虚拟时间反转镜啁啾率键控的水声多用户通信

针对频率选择性衰落严重的浅海信道多用户通信问题,提出了一种虚拟时间反转镜(VTRM,Virtual Time Reversal Mirror)啁啾率键控(CRK,Chirp-Rate Keying)的水声多用户通信方式。该算法采用啁啾信号作为载波,接收端利用啁啾信号中心频率与分数阶傅里叶变换域的关系还原出原始信息,并使用虚拟时间反转镜技术减少了多径环境对系统的影响,采用啁啾调频率分集作为多址接入方式。在10 kHz的带宽内,可支持4个用户进行可靠通信,每用户通信速率425 bps。水池及海洋实验结果表明:该算法能够有效地传输数据,并且误码率在10~(-3)数量级以下。     

海底爆破辐射声场的理论及数值研究

对固体基底浅海中声波传播的色散特性作了数值模拟与分析. 利用液体及固体中声传播理论导出了固体基底内爆破源在浅海中所激发声场的解析解, 在此基础上, 通过数值计算, 得出了浅海中不同空间点处的瞬态声压时域波形, 并在瞬态声压时域波形的平滑伪Wigner-Ville分布基础上, 对固体基底内爆破源在浅海中所激发瞬态声场的特性作了详细分析. 关键词： 海底爆破 声场 色散 瞬态声压     

两类一维流固声子晶体全向透射特性比较研究

研究了声纵波全向入射到两类一维流固声子晶体(第Ⅰ类满足固体横波传播速度cst大于流体纵波传播速度c1以及第Ⅱ类cst＜cl)的透射特性.推导了其传递矩阵,并应用有限元方法进行验证,二者显示结果一致性.研究表明两类声子晶体呈现的不同声透射特征:第Ⅰ类声子晶体中,高频声波在斜入射角大于第二全反射临界角条件下发生全反射现象,而低频声波却呈现全反射贯穿效应;第Ⅱ类声子晶体中,在整个频段范围内均会出现周期性的透射导带.两类声子晶体均出现了低频声裂隙现象,第Ⅱ类声子晶体低频声裂隙角范围明显大于第Ⅰ类.     

一种单频水声信号多径时延估计算法

提出一种针对单频水声信号的多径时延估计算法,通过采用频域加权并结合进化规划算法解决代价函数强烈振荡下的高效全局优化.算法引入多径径数建立由多径时延、幅度系数及径数组成的水声信道多径参数模型,在采用频域加权预白化进行非线性最小二乘代价函数解耦处理的基础上,结合进化规划算法进行非线性参数解空间的高效全局寻优,从而实现多径时延的高分辨率估计.利用仿真数据和海上实验数据进行的实验表明,本算法具有较高的多径时延估计精度并可同时实现多径径数的估计.     

多频带水声信道的时频联合稀疏估计

多频带水声信道多径结构在相邻数据块和不同子频带存在相关性,从分布式压缩感知的角度可对这种时频联合稀疏特性进行利用。但是,在传统联合稀疏模型下水声信道间存在的不同多径时延部分形成差异支撑集,由此引入的干扰导致估计性能下降,提出利用多路径选择机制进行差异支撑集检测;同时,进一步结合频域子频带信道间、时域相邻数据块信道间存在的相关性进行频带-时间域联合稀疏估计.利用数值仿真及海试实验结果进行了性能验证和比较,表明利用时频联合稀疏估计构造的水声通信接收机改善了匹配性能,可获得较为明显的输出信噪比、误比特率等通信性能提升.从而说明:利用多频带水声信道在时域、频域存在的联合相关性可有效提高信道估计性能。      

高浓度沙泥沉降建模及对声传播能量的影响分析

对非刚性水下目标和事件的检测是水下安全警戒的重要内容之一。论文以港口疏浚导致的短时海区内高浓度沙泥侵入为例,探索基于声传感器收发分置的非刚性水下目标检测方法。基于沙泥沉降和声线传播模型,研究非刚性目标在沉降过程中形状、位置变迁对声传播能量及结构的影响规律。计算机仿真与海上实验均表明,局部高浓度泥团在沉降过程中,其形状、密度等指标参数会随时间发生变迁,并对经过其沉降区域的声线能量及结构造成明显影响。通过检测接收声信号能量、结构随沙泥沉降变迁的关系,可实现对水下侵入目标存在性的检测,并为开展进一步的反演、跟踪提供支持,具有一定的研究意义和参考价值。      

一种宽吻海豚通讯信号自动分类的方法

针对宽吻海豚通讯信号自动分类提出了一种基于句法模式识别的方法。该方法首先提取海豚通讯信号基频随时间变化的轨迹曲线,然后提取基频变化的基元序列。根据海豚通讯信号分类的标准,归纳出产生各类海豚通讯信号基频基元序列的文法。对未知类别的海豚通讯信号,提取其基频变化的基元序列,根据各类模式的文法对基元序列进行分类,进而实现海豚通讯信号的自动分类。实验结果显示本文方法的分类准确率达到了95%。本文方法预期为海豚生物学行为的声学研究提供一定的技术支持。      

改进支持向量机和常数模算法水声信道盲均衡

针对盲均衡算法收敛速度较慢的问题,提出一种结合改进支持向量机和常数模算法的水声信道盲均衡算法。该算法首先利用具有优异小样本学习能力的支持向量机进行盲均衡器权系数初始化,在完成初始化后切换至运算量较小的常数模算法。考虑到支持向量机本身非自适应运算的限制,在时变水声信道条件下利用经典支持向量机获得的均衡器初始权向量与切换后的信道仍然存在失配。因此,本文导出时变条件下的改进支持向量机用于盲均衡器初始化,改善算法切换时的权系数失配,并结合分数间隔结构和内嵌数字锁相环进一步提高盲均衡算法性能。仿真和湖试实验结果表明:在时变水声信道条件下,本文算法的收敛性能优于经典支持向量机盲均衡算法。      

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。     

块稀疏水声信道的改进压缩感知估计

压缩感知信道估计可利用信道稀疏特性提高估计性能,但对于具有典型块稀疏分布的水声信道,经典的l₀或l₁范数无法很好地描述块稀疏特性。利用水声信道块稀疏分布规律特性提出一种能够识别块稀疏结构的块稀疏似零范数,并在稀疏恢复信道估计算法中引入块稀疏似零范数约束项,进一步推导了复数域块稀疏似零范数恢复迭代算法,该算法通过对块稀疏似零范数进行梯度下降迭代并将梯度解投影至解空间来获得水声信道的块稀疏似零范数估计。数值仿真和海上水声通信实验结果表明该算法相对经典的稀疏信道估计算法有较明显的性能改善。通过算法推导、仿真和实验可获取结论:利用水声信道的块稀疏特性进行压缩感知重构可有效提高信道估计性能。