基于时间反转扩频的隐蔽水声通信方法

针对低信噪比条件下水下小尺度平台与通信浮标间进行隐蔽水声通信时,强多径干扰导致通信困难的问题,提出了一种基于时间反转技术的直接序列扩频隐蔽通信方法。该方法利用多通道主/被动时间反转的空时聚焦效应,提高了低信噪比条件下直接序列扩频通信的抗多径干扰能力,并且具有良好的低检测概率通信能力。仿真和水池实验结果表明:该方法满足水下小尺度平台处理结构简单、低功耗的要求,实现了水下单阵元平台与通信浮标之间的双向隐蔽通信。     

MFSK浅海远程通信多径抑制的频率分组编码方法

多频移键控调制技术（MFSK）对信道衰落有良好的适应性，是远程水声通信的重要技术。但是，用于浅海远程水声通信时，由于多径传播的影响，导致严重的码间干扰（ISI），使得远程微弱信号的频率估计产生较大偏差，误码率显著增加。本文针对远程水下信道和MFSK调制的特点，提出了一种新的频率分组编码（FGC）方法。该方法改变了传统MFSK的数据帧格式，相邻符号采用不同组的频率进行编码映射，有效抑制了多径干扰。在深入研究新方法统计特性的基础上进行了湖试验证，结果表明，采用FGC新方法的通信系统，多径抑制有效，性能稳健，更适合于80-100km水声远程通信。     

相位调制水声高速通信中的一种空间滤波算法

提出了一种智能天线技术与空时联合判决反馈均衡器相结合的空间滤波算法。实现方法是水下通信系统采用水听器阵列接收,进行多波束智能天线算法处理,得到多路空间滤波后的信号,再经过空时联合判决反馈均衡处理。该算法已应用于在实际的水下正交相移键控调制高速水声通信系统中,在相同条件下的湖水试验中,与传统的空间分集算法进行了比较,获得的误码率分别为2．9×10-3和8．62×10-2,多组试验结果表明该算法有效抑制了水下多径干扰的影响,获得了与空间分集算法相比低十倍的误码率。     

基于LabVIEW的特殊复杂信号源研究与设计

围绕导航通信系统的抗干扰测试需求以及对现役无线电导航系统的性能评估任务,研究并设计了一种复杂环境下的信号源并给出了数学模型。该信号源设计要求能够产生包括理想、多径、干扰以及信道噪声在内的、具有天线效应的实际复杂信号。在多径延时的设置上,给出了一种精度更高,延时任意的信号生成方法。最后以PXIe-5672为硬件测试平台,由计算机软件LabVIEW产生波形数据,并通过控制仪器驱动实现信号的存储和发生,完成了整个信号源的设计。仿真结果表明了该设计方案可行有效。     

水声多输入多输出信道的分布式压缩感知估计

多输入多输出技术通过采用多个阵元进行多发多收空间复用信道可在极其有限的通信带宽下实现高速水声通信,但由于同时存在通道间干扰和多径干扰,水声MIMO信道估计变得困难。提出利用MIMO水声信道多径稀疏结构存在的相关性,在经典联合稀疏模型的基础上对MIMO观测矩阵进行重组,从而建立基于分布式压缩感知的单载波水声MIMO通信信道联合稀疏模型;同时,针对信道响应中具有相同多径位置的稀疏部分和特有稀疏部分设计区分性正交匹配追踪算法进行联合重构,进一步抑制通道间干扰的影响。最后通过仿真和海上实验进行本方法有效性的验证,实现16 kbps的MIMO水声通信。通过算法推导、仿真和实验可得到结论:利用MIMO水声信道多径相关性进行分布式压缩感知估计可提高估计性能。     

水声多输入多输出信道的分布式压缩感知估计

多输入多输出技术通过采用多个阵元进行多发多收空间复用信道可在极其有限的通信带宽下实现高速水声通信,但由于同时存在通道间干扰和多径干扰,水声MIMO信道估计变得困难。提出利用MIMO水声信道多径稀疏结构存在的相关性,在经典联合稀疏模型的基础上对MIMO观测矩阵进行重组,从而建立基于分布式压缩感知的单载波水声MIMO通信信道联合稀疏模型;同时,针对信道响应中具有相同多径位置的稀疏部分和特有稀疏部分设计区分性正交匹配追踪算法进行联合重构,进一步抑制通道间干扰的影响。最后通过仿真和海上实验进行本方法有效性的验证,实现16 kbps的MIMO水声通信。通过算法推导、仿真和实验可得到结论:利用MIMO水声信道多径相关性进行分布式压缩感知估计可提高估计性能。      

一种正交频分复用系统抗水下时变多径信道的频率偏移估计方法

提出了一种水下正交频分复用(OFDM)系统鲁棒的频率偏移估计方法,即通信帧由一个训练帧和多个数据帧组成。其中克服大的多普勒频移,也就是粗频移估计(Rough Frequency Offset Estimation,RFOE),是通过训练帧来实现的,而克服时变的和小的多普勒频移,也就是精细多普勒频移估计(Accurate Frequency Offset Estimation,AFOE),是通过每一个数据帧实现的。RFOE和AFOE都是使用OFDM数据或循环前缀(Cyclic Prefix,CP)中没有被多径干扰的那部分数据计算得到的。在海试中,采用这种算法实现了通信速率与作用距离的乘积为133km·kbps的无误码通信,并比较了不同算法的试验结果,试验结果表明该算法能克服水下信道多径和时变的影响。      

时间反转法在水下通信中的应用

将时间反转法应用于水下扩频编码通信,在分析水下波导中时间反转自适应聚焦特性的基础上,研究了时间反转法克服多径效应对编码信号造成的波形畸变,采用BPSK(Binary Phase Shift Keying)编码方式,选取7位巴克码(Barker code) 作为扩频编码信号的码型,在实验水槽内进行了时间反转法用于水下通信的实验研究并进行了相应的理论分析。理论和实验证明了时间反转法能获得聚焦增益并提高编码信号相关解码时的主副瓣比,因此时间反转法应用于水下编码通信时,可望降低误码率和提高水下通信距离。     

带内干扰抑制的超宽带脉冲设计

采用不同幅度和延迟的高斯函数脉冲组合来拟合抽样函数脉冲，利用拟合的抽样函数脉冲设计超宽带脉冲信号,实现美国联邦通信委员会制定的辐射掩蔽要求的高效逼近.该方法产生的脉冲波形具有实现简单、持续时间短、带外辐射功率小、容易进行时域或频域调节等特点.与已报道的几种脉冲比较，设计的脉冲可携带更多的能量, 同时具有良好的带内（窄带或宽带）干扰抑制能力，能够和带内的其他通信系统更好的共存.最后，对设计的脉冲波形和最佳高斯波形的通信性能进行了比较，表明文中波形的性能明显优于最佳高斯波形.     

不同时变延迟下的多AUV编队协调控制

针对无领航者AUV编队协调控制问题,提出了一种不同时变通信延迟下的一致性协调控制方法。首先考虑到AUV之间水下通信存在时间延迟和数据丢失的问题,利用状态反馈线性化理论处理AUV数学模型中的非线性耦合项,从而将复杂的AUV模型转换为双积分器动态模型。其次,针对不同延迟通信情况,设计了位置和速度双独立的拓扑结构以减少编队成员之间发送每个数据包中的数据量。最后,提出了无领航者的多AUV稳定条件,进而将多AUV编队控制问题看作是一致性问题,基于Laypunov-Razumikhin定理证明时延多AUV编队系统的稳定性。该控制方法不仅能够克服不同时变延迟和数据丢失对编队的影响,使所有以随机位置和速度出发的AUV的三维轨迹均能达到一致状态,同时能抑制外界干扰。仿真结果与所提控制方法理论结果一致。