利用目标信道特性约束的信道匹配检测算法

浅海有源声呐的探测性能主要受到多途扩展以及混响干扰的影响。为了提高声呐系统的检测性能,根据双扩展信道匹配原理,结合混响信道与声呐目标信道特点,提出了一种基于回波特性约束的信道匹配检测算法。该算法通过最小二乘匹配追踪算法估计信道稀疏响应,并根据混响和目标信道的扩展差异,通过约束目标信道扩展对稀疏信道响应去冗余,得到更精确的目标回波信道响应。利用该信道响应进行信道匹配检测,可以进一步提高信混比处理增益。数值仿真结果表明所提算法可以有效汇集多途信号能量并抑制混响干扰,提高声呐系统的检测性能;海试数据处理结果显示,在试验信道条件下,所提算法处理结果的峰值信混比,与匹配滤波相比提升约7~12 dB,与传统自适应相关器相比提升约6~7 dB。      

混合稀疏水声信道的动态区分性压缩感知估计

由于水声传播过程中同时存在声信号直达、静态或动态边界反射的现象,水声信道会呈现不同动态特性的多径,形成具有混合稀疏的结构,即多径由静态或相对缓变的平稳多径分量和快速时变的动态多径分量混合组成。对于混合稀疏信道,经典的稀疏信道估计算法未考虑混合稀疏性,将导致算法失配、性能下降;以时变稀疏集为模型,动态压缩感知(DCS)结合卡尔曼滤波(KF-CS)可提高对时变多径分量的估计精度,但KF对静态稀疏分量的估计无法充分挖掘其稀疏性。通过将混合稀疏水声信道建模为由静态和时变支撑集所组成的稀疏集,提出一种动态区分性压缩感知(DDCS)方法。该算法首先结合同步正交匹配追踪(SOMP)和正交匹配追踪(OMP)将混合稀疏多径进行区分,分解为静态分量和时变分量;然后,分别用KF-CS和同步正交匹配追踪算法估计时变和静态多径的幅度;最后,将静态分量和时变分量的估计结果整合以得到整个水声信道的冲激响应。通过海试实验把所提DDCS算法与经典信道估计算法、压缩感知算法和DCS算法进行了比较,验证了所提算法的有效性。结果表明,对混合稀疏水声信道进行区分性稀疏估计可改善信道估计性能,进而可通过信道估计均衡器提升水声通信质量。      

结合卷积神经网络的浅海有源探测信道匹配

信道匹配方法在有源探测领域是一种重要的提升检测信噪比的方法。针对非确知海底参数环境下的有源探测信道匹配问题,提出一种结合卷积神经网络进行信道匹配的算法。该算法基于海底参数扰动开展声场仿真生成卷积网络训练数据;首先通过分类网络将信号按照海底底质类型分类,在每个分类区间内采用单独的卷积网络反演海底参数;然后结合声场模型估计信道传递函数,进行信道匹配,从而在非确知环境下抑制多途影响,提升回波检测能力。仿真与实验结果表明,该算法能够在不确知海底环境条件下,有效估计信道传递函数,实现信道最优化匹配,在实验条件下可提高回波检测信噪比4 dB左右。相比传统方法,该算法可以在海底参数不确知条件下对低接收信噪比的信号实现信道匹配,同时不需要高信噪比的实验参考信号,有效提高了信道匹配方法的环境宽容性。      

改进的多输人多输出正交频分复用水声通信判决反馈信道估计算法

针对最小均方误差准则下(Minimum Mean Square Error,MMSE)判决反馈信道估计算法在多输入多输出正交频分复用(Multiple-input Multiple-output Orthogonal Frequency Division Multiplexing,MIMO-OFDM)低信噪比水声通信环境下存在误码遗传缺陷,提出了一种基于压缩感知理论的改进的MMSE判决反馈信道估计算法。通过结合浅海水声信道的稀疏性特点,利用编码校验后的信息与原始信息实现了对信道估计的判决反馈更新,采用匹配追踪算法改进MMSE判决反馈追踪信道估计技术,实现了抑制传统判决反馈信道估计算法在迭代更新及传递过程中存在的误码遗传的目的。仿真和水池实验结果证实:改进的MMSE判决反馈追踪信道估计算法不仅可以有效的抑制误码遗传,对抗突发噪声,跟踪信道的缓慢时变,同时大幅降低了导频占用率,提高了通信质量。      

基于改进基追踪去噪的水声单载波频域均衡信道估计

针对低信噪比下单载波频域均衡信道估计精度低导致均衡效果差的问题,利用基追踪去噪方法估计稀疏信道有效抽头具有的稳定特性,提出了一种在平稳水声信道条件下单载波频域均衡系统中应用的改进基追踪去噪稀疏信道估计方法。方法利用延拓循环前缀作为导频进行多次信道估计,将估计结果累积平均,再采用门限判决提取有效抽头得到信道估计值,从而提高了稀疏信道的估计精度。通过合理选择循环前缀延拓次数,尽可能地降低导频长度对频带利用率的影响。仿真对比分析了改进基追踪去噪算法与匹配滤波、最小平方以及传统基追踪去噪信道估计算法的性能以及对单载波频域均衡系统误码率的影响。仿真实验结果表明,改进基追踪去噪信道估计算法具有更优的估计精度,在单载波频域均衡系统中可以提高约3 dB的接收信噪比增益。     

基于改进蝙蝠算法的CO-OFDM系统峰均比抑制技术

为了抑制相干光正交频分复用系统中的峰值平均功率比,采用蝙蝠算法优化系统子载波的相位.同时针对蝙蝠算法存在的易陷入局部最优和收敛精度不高的问题,对蝙蝠算法进行改进.在蝙蝠的速度更新公式中加入蝙蝠的自我学习部分,并引入惯性权值和学习因子,在保证算法收敛速度的同时尽可能提高算法的收敛精度,防止算法出现早熟收敛情况.采用改进算法对正交幅度调制、100 Gb/s的相干光正交频分复用系统进行仿真实验,仿真结果表明,改进算法有较强的搜索能力和较高的搜索精度,使正交频分复用信号的峰值平均功率比降低了5.48 dB,相对于蝙蝠算法降低了0.52 dB,改进算法的峰值平均功率比抑制性能得到了进一步的提高.     

基于改进蝙蝠算法的CO-OFDM系统峰均比抑制技术（英文）

为了抑制相干光正交频分复用系统中的峰值平均功率比,采用蝙蝠算法优化系统子载波的相位.同时针对蝙蝠算法存在的易陷入局部最优和收敛精度不高的问题,对蝙蝠算法进行改进.在蝙蝠的速度更新公式中加入蝙蝠的自我学习部分,并引入惯性权值和学习因子,在保证算法收敛速度的同时尽可能提高算法的收敛精度,防止算法出现早熟收敛情况.采用改进算法对正交幅度调制、100Gb/s的相干光正交频分复用系统进行仿真实验,仿真结果表明,改进算法有较强的搜索能力和较高的搜索精度,使正交频分复用信号的峰值平均功率比降低了5.48dB,相对于蝙蝠算法降低了0.52dB,改进算法的峰值平均功率比抑制性能得到了进一步的提高.     

基于基追踪去噪的水声正交频分复用稀疏信道估计

针对传统的l₂-范数信道估计精度低的问题, 提出了一种基于基追踪去噪(BPDN)的水声正交频分复用稀疏信道估计方法, 该方法针对水声信道的稀疏特性, 利用少量的观测值即可以很高的精度估计出信道冲激响应. 与贪婪追踪类算法相比, 基于BPDN算法的稀疏信号估计具有全局最优解, 采用l₂-l₁范数准则估计信号, 同时考虑了观测值含噪情况, 通过调整正则化参数控制估计信号稀疏度和残余误差之间的平衡. 仿真分析了导频分布、正则化参数等对BPDN 算法的影响以及BPDN算法与最小平方(LS)、正交匹配追踪(OMP)信道估计算法的性能. 湖试结果表明, 在稀疏信道下, 基于BPDN的信道估计方法明显优于LS和OMP信道估计方法.     

变步长似p范数约束稀疏水声信道估计方法

针对范数约束类归一化最小均方(NLMS)算法在正交频分复用(OFDM)稀疏水声信道估计中误码率较高的问题,提出一种改进的变步长似p范数约束信道估计方法。采用改进双Logistic函数构造步长,并将误差信号自相关函数引入其中,实时调整步长和零吸引项,使得收敛速度和估计精度能够很好地折中。算法仿真结果表明,在浅海多径稀疏水声信道下,相比于传统方法,所提出的信道估计获得的最高性能提升为收敛速度提高72.3%,稳态误差降低95.9%。湖上试验数据处理结果显示,相比于传统信道估计方法,所提出的方法能使通信误码率降低2~3个数量级,实现零误码水声通信。      

自适应直达波抑制方法在前向散射宽带信号中的应用

介绍了前向声散射目标探测的基本原理,并提出了基于自适应滤波的直达波抑制(DBS-AF)方法。将DBS-AF方法扩展到线性调频(LFM)信号中,把信号的包络视为一种广义"波形"并输入自适应滤波器。利用该方法分析了湖试数据,并得到了随观测时间变化的检测输出曲线。在曲线上直达波对应了曲线的背景输出而目标引起的接收声场畸变则对应了曲线的峰值起伏。单个通道的直达波抑制效果可以达到-5 dB左右;引入去均值化预处理能够增强直达波抑制效果,再利用多通道的接收信息,直达波被抑制到-10 dB以下。影响算法性能的主要因素是训练权值时段内接收信号的起伏和信直比。      

无线光码分多址中一种改进的盲多用户检测算法

干扰消除是无线光码分多址(CDMA)通信系统中的一项关键技术。分析了基于递归最小二乘(RLS)算法的盲多用户检测算法的原理及性能,并将其应用于采用光正交码的无线光CDMA系统中。讨论了该系统中遗忘因子的选取原则及其对算法的收敛性和系统误码率性能的影响。为了克服固定遗忘因子所带来的矛盾,提出了一种改进的变遗忘因子RLS盲多用户检测算法,并对遗忘因子进行了修正。结果表明,采用改进的方法后系统能获得较快的收敛速度和跟踪速度,收敛时的估计误差也较小,而且信号干扰比由传统算法的6dB提高到9dB。说明采用变遗忘因子的RLS算法不仅适合于采用光正交码的无线光CDMA系统,而且跟踪期望用户信号的性能良好。     

基于模式搜索的自适应干扰抵消器算法的研究

为了减小同址干扰对接收机性能的影响,设计了一种基于正交矢量合成的自适应干扰抵消器;根据其中控制单元提取出的数据的特点,提出了将模式搜索算法(PSA)作为控制器算法,并对其进行了改进;利用实际测量的数据进行了仿真分析,结果表明,相比于PSA算法、模拟退火算法、遗传算法,改进后的PSA算法具有更快的收敛速度,同时收敛精度相差无几;最终的实现结果也证明了该方法可满足性能要求。     

Exploiting joint sparsity for underwater acoustic MIMO communications

MIMO communication has been recognized as a potential solution for high speed underwater acoustic communication, which unfortunately encounters significant difficulties posed by simultaneous presence of multipath and Co-channel interference (CoI). Sparsity contained in the multipath structure of underwater acoustic channels offers an effective way for improving channel estimation quality and thus enhancing the communication performance in the form of time reversal or channel estimation based equalization. However, for MIMO channels with extensive multipath and CoI, the performance gain achieved by classic sparsity exploitation channel estimation methods such as orthogonal matching pursuit (OMP) is still not enough to yield satisfactory performance. Under quasi-stationary assumption, underwater acoustic channels of adjacent data blocks exhibit correlated multipath structure, namely, multipath arrivals with similar time delay but different magnitude, which has not been exploited. In this paper, a joint sparse recovery approach is proposed to exploit the sparse correlation among adjacent data blocks to improve the performance of channel estimation. Under the framework of distributed compressed sensing (DCS), a joint sparse model which treats the multipath arrivals as sparse solutions with common time support is adopted to derive a joint sparse recovery algorithm for efficient channel estimation, the results of which are used to initialize and periodly update a channel estimation based time reversal receiver. Finally, underwater MIMO communication experimental results obtained in a shallow water channel are provided to demonstrate the effectiveness of the proposed method, compared to the same type of receiver that do not exploit the joint sparse.     

Doubly selective channel estimation and equalization based on ICI/ISI mitigation for OQAM-FBMC systems

Over a doubly selective channel, broadband transmission systems face challenges in channel estimation and equalization. High mobility causes inter-carrier interference (ICI), while multipath transmission induces inter-symbol interference (ISI). In this paper, we present a mitigation method of ICI/ISI for the offset quadrature amplitude-modulated filter bank multi-carrier (OQAM-FBMC) system. It features low inherent imaginary interference (IMI) sensitivity and high efficiency. Specifically, a pilot indices optimization algorithm and a sparse adaptive orthogonal subspace pursuit (SAOSP) algorithm are presented based on the 2-D channel modeling scheme. The guard pilots are first added to mitigate the effect of ICI. Then the index optimization and SAOSP algorithms are applied to achieve a high-accuracy estimation of sparse channel coefficients. In addition, a threshold judgment suboptimal minimum mean square error (MMSE) equalization method is presented based on the variability of the interference power. The method uses normalized interference power thresholds to estimate the ISI dimension and reduce the equalization data, thus mitigating the effect of ISI and achieving efficient equalization. To verify the above methods, single-input-single-output (SISO) and multiple-input-multiple-output (MIMO) models are built. Simulation results indicate a 3-5 dB improvement in channel estimation accuracy. The suboptimal MMSE equalization results are close to the optimal MMSE with about four orders of magnitude reduction in complexity.     

Time reversal acoustic communication receivers: DSP implementation and fast channel estimation

A communication system is implemented on digital signal processors (DSPs) for the underwater acoustic environment. The implemented receiver uses time reversal multi-channel combining followed by a single-channel decision feedback equalizer. Periodic channel estimation is employed to track the channel fluctuations. These techniques are used to mitigate time-varying inter-symbol interference, which is the main challenge in the underwater acoustic channel at operating frequencies greater than 10 kHz. Various optimization tasks are performed to reduce the receiver computational complexity. A fast implementation of the matching pursuit algorithm is tested on the DSP platform. Its performance, in terms of accuracy and run-time, is compared with that of the basic matching pursuit algorithm. Experimental results of the transmission and demodulation of binary phase-shift keying signals at three different symbol rates were obtained in the local Delaware Bay. The low bit error rates demonstrate the effectiveness of our implementation.     

用于像移探测的位平面匹配改进算法

像移探测作为电子稳像的重要的步骤,直接影响稳像的精度和速度。针对传统位平面匹配算法的局限,对各阶位平面的探测效果进行了综合测试,并提出了一种改进方案,即对位平面4,5经过下采样后组成一个合成位平面来进行匹配。研究了匹配块大小变化对位平面算法的影响,比较了相邻帧和固定帧两种参考帧选取方法的优劣。实验表明,改进的位平面匹配算法提高了位平面算法的稳健性,在没有增加计算量的前提下,算法精度达到了与全搜索块匹配法相当的程度。