多普勒频移环境中水声通信伪随机码快速捕获方法

伪随机码应用于水声通信时，需解决接收信号在多普勒频移情况下的快速捕获问题。本文在全数字通讯系统的框架内，提出了基带信号相关检测的数字下移频算法，显著减小了计算量，并针对数字处理的灵活性，提出了多普勒频移的概率搜索策略，根据多普勒频移的分布概率来对其进行搜索，进一步减小多普勒频移搜索的计算量。     

多普勒展宽和多普勒频移在光谱分析中的应用

分析了多普勒展宽和多普勒频移区别，讨论了高斯拟合和弦积分线形分布的差异。利用多道光学分析仪（OSMA）测量HT-6M托卡马克限制器前Hα线形分布，通过高斯拟合由多普勒展宽和多普勒频移分别得出等离子温度和粒子入射速度。     

基于矢量传感器的频率估计算法在水声通信中的应用

本文给出了基于矢量传感器的ESPRIT频率估计算法，并将其应用于频率调制水声通信系统中。与声强频率估计算法相比，ESPRIT频率估计可在小样本的情况下，获得高精度的频率估计。仿真和湖试结果表明，基于矢量传感器的ESPRIT频率估计算法可以提高通信速率并降低对通信系统的带宽要求。本算法对信噪比的要求较高，目前看，较适用于近程高速水声通信。     

多普勒频移和干涉谱联合的水声目标运动参数估计

常见水中运动目标会辐射连续谱噪声和线谱噪声,连续谱噪声在浅海波导环境中形成明暗相间的干涉条纹。根据干涉条纹可以得到目标最近距离与速度的比值,无法直接解出两个参数值。针对利用干涉条纹无法分别估计最近距离与速度问题,提出一种多普勒频移、干涉条纹结合的运动参数估计方法。根据单条线谱多普勒频移得到最近距离与速度参数耦合曲线,再将该曲线与干涉条纹得到参数比值线相交,交点即为两参数估计结果。数值仿真估计声源运动速度、最近距离,在信噪比6dB条件下,平均估计误差分别为0.71%与0.87%。将该方法应用在2021年6月大公岛海域海试数据,5组实验数据估计目标运动速度、最近距离平均误差分别为2.5%,4.4%,证明了方法的有效性。     

多普勒频移修正在测定直升机飞行噪声固有频率中的应用

对于噪声信号采集系统采集的某型直升机的飞行噪声信号,提出了结合机载GPS数据,进行多普勒频移修正,然后叠加多个多普勒频移修正结果,以得到直升机旋翼、尾桨和减速器噪声固有频率的新方法,可以大大减小单次多普勒频移修正的误差。这种方法为确定飞行器飞行噪声固有频率提供了有效的途径。     

多普勒频移的普遍公式

考虑了时空变换与速度合成的相对论效应，一个普遍的纵向多普勒频移公式被导出，它对声波和光波均适用，讨论了几种典型情况，结果表明介质中光波多普勒频移，不仅同光源与接收器两者的相对速度有关，也与光源、光波自相对介质速度有关。     

原子束在慢波场中的多普勒频移的观察

报道了在慢波场中原子波谱多普勒频移随微波慢波系数的变化，并讨论产生这种现象的原因，实验中观察到慢波场中的原子多普勒频移现象，给出了钠原子在慢小系数分别为５．２０和１０．６７情况下的微波波谱，证实了原子微波慢波波谱中多普勒频移正比于慢波系数。     

基于激光多普勒频移的钢轨缺陷监测

针对现阶段我国铁路上应用的探伤设备只能在天窗时间进行人工巡检,无法在线监测的问题,提出一种基于超声导波的激光多普勒频移法钢轨内部缺陷监测方法。首先,引入环境温度作为变量改进了半解析有限元方法,并应用该方法获得了我国无缝线路CHN60钢轨在特定温度下的频散曲线。通过分析振型并结合激励响应算法确定了适于检测缺陷的模态及其激励方式,从而激励该超声导波模态使其在钢轨中传播。然后,应用半反半透玻璃镜将激光分为参考光和测量光,测量光通过Bragg Cell进行频偏照射钢轨表面,通过反射光产生的多普勒频移与参考光干涉得到光强度变化曲线,经过信号处理及标定测得钢轨内部缺陷的回波速度信号,再经过数字化处理和计算得到缺陷的位置。最后,在北京环形铁路试验基地进行了现场实验,以钢轨接地孔模拟钢轨内部核伤,得到缺陷定位误差均小于0. 5 m,验证了该方法的可行性。使用激光多普勒频移方法检测导波信号从而定位缺陷的方法可以有效避免由于换能器接触性测量而产生的误差。该方法在不影响列车的正常运营的同时,实现了全天候无间断的在线监测,提高了检测效率。     

从光量子性看多普勒频移

从光的粒子性出发，分析计算了运动原子和静止原子发射的光子的频率，得到了完全相同的多普勒频移公式．     

多普勒频移的一种讨论方法

介绍了一种新的讨论多普勒频移的方法     

水声通信中的编解码及其快速算法的研究

本文针对在水声通信中使用m序列作为编码形式的扩频通信系统进行研究。分析扩频码的产生和序列特点，给出的编码序列搜索，信息解码的解码方法。对其中相关运算给出了快速算法，解决了运算中的瓶颈问题，极大的提高了运算速度，并对长序列的快速相关进行初步探索。     

正交频分复用在水声通信中频率同步的研究

正交频分复用（OFDM）通信系统对频率偏移比较敏感，容易导致系统性能急剧下降。水声通信中存在着严重的多普勒频率偏移，限制了OFDM技术在水下的应用。本文仿真分析了频率偏移对OFDM系统的性能影响，提出了一种适用于水声通信的频率同步方法。本方法不仅可以对固定的频率偏移进行估计，也可以对连续变化的频率偏移进行估计。仿真表明，本方法具有较高的频偏估计精度和大的频偏估计范围。湖试结果也表明，采用这种方法可有效地进行频偏估计。     

相位调制激光多普勒频移测量方法的改进

本文对现有相位调制激光多普勒频移测量方法进行了改进,通过定义新的鉴频参量来同时利用相位调制信号直流和交流分量中的有用信息进行多普勒频移测量.由于相位调制信号直流分量中包含着调制信号光的Fabry-Perot干涉仪光强透过率,所以这一改进本质上是将基于Fabry-Perot干涉仪的边缘技术激光多普勒频移测量方法的优势引入到相位调制测量方法中,以提高其自身的性能.理论上证明改进后的相位调制激光多普勒频移测量方法无需对信号光的光强进行测量,所以可以进一步简化探测系统的结构和较少噪声混入的通道.另外,通过对改进前后鉴频和测量灵敏度曲线进行对比,还证明了其具有更高的测量灵敏度和动态范围.实验上对硬目标反射的频移可控信号光进行测量,不但证明了理论的正确性,而且证明了改进后的相位调制激光多普勒频移测量方法,测量动态范围提高约1倍,测量标准偏差降低约35%.     

基于相位调制器与Fabry-Perot干涉仪的激光多普勒频移测量方法

提出了一种激光多普勒频移测量方法, 此方法利用正弦相位调制使信号光在原频率成分基础上产生正负一阶边带, 再由Fabry-Perot干涉仪对调制光振幅和相位进行调整, 使其产生固定频率的拍频信号, 利用此拍频信号的振幅随频率变化而变化的性质来进行多普勒频移测量. 通过理论分析证明该方法具有很高的测量精度, 加工装调难度不大, 兼顾了普通相干与非相干探测方法的优势. 另外通过实验证明该方法的正确性与可行性, 并通过与普通非相干方式比较发现该方法在测量精度上可以提高 约1个数量级. 关键词： 多普勒频移 相位调制 Fabry-Perot干涉仪 拍频     

数字式声呐中的一种简化的ZoomFFT算法

在水声信号处理中,DEMON和LOFAR已被证明为有效的方法,特别是对微弱信号的检测和目标的识别和分类。有的时候,我们还需要知道接收信号频谱的细微结构.一般说来,只有长的时间数据才有可能得到高的频率分辨力,但是由于实际系统软、硬件方面的限制,这样作并不总是可能的.如果我们只是对某些频率附近的谱结构感兴趣,那么ZoomFFT就是一种解决高分辨率谱分析的折中方法.已有的讨论ZoomFFT的文献大体可以分为两大类,即复包络解调ZoomFFT(Complexmodulation)^[4]和级连FFT(cascadeFFT)^[5,6].前者需要对输入信号进行复解调、低通滤波、降采样等一系列繁复的操作.而后者通常利用前后两次FFT,经过相位和幅度修正得到所需频段的细化谱估计,因而易于实现,可作为一种有效的窄带处理器。本文在给出级连FFT法ZoomFFT理论推导的基础上,试图探讨其与复包络解调法之间的内在对应关系,并分析了窗函数、采样率、重叠率等参数的选取对估计结果的影响,最后给出一种简化的ZoomFFT算法,它可以大大缩短实时数据的运算次数.并给出了系统模拟的结果。     

利用双光栅的多普勒频移测速度

衍射光的多普勒频移是与光栅运动速度有关的量.激光束依次通过动光栅、静光栅衍射,然后使1对光频不同、彼此平行又能部分重叠的衍射光束通过硅光电池进行光电转换,得到的信号电流的频率等于多普勒频移.信号电流经I/V转换、f/V转换和A/D转换后,由单片机测出电压,由此就可以确定动光栅的运动速度.最后对利用双光栅的多普勒频移测气垫导轨上滑块的速度进行分析和讨论.     

正交时频空间调制移动水声通信方法

为提高移动水声通信可靠性,提出了一种基于正交时频空间(OTFS)调制的移动水声通信方法。针对水声信道长时延扩展的特点,设计了一种低复杂度交叉域Turbo迭代均衡算法,先在时域内对接收信号进行最小均方误差(MMSE)均衡,将均衡后的外部信息传递到时延-多普勒域进行软译码;再将译码后的软信息反馈回时域,作为下一次时域均衡的先验信息,实现均衡与译码的迭代检测。此外,针对OTFS水声通信中OTFS符号维度过大导致MMSE均衡复杂度过高的问题,采用了一种低复杂度MMSE算法,先利用矩阵对角线元素得到一组初始估计值,再将矩阵求逆问题转换为求解初始估计值与准确求解值之间的误差,继而通过对误差向量的不断迭代估计来实现低复杂度计算。湖试数据处理结果表明,所提方法可在最大移动速度4 kn的情况下实现OTFS信号的可靠检测。     

基于正交频分复用的水声自适应通信系统性能仿真研究

本文从平均谱效率的角度分析并讨论了基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplex,OFDM)技术的水声自适应通信系统的通信性能。在两种典型的水声统计信道假设下,根据信道状态信息的不同精确程度,针对不同的调制方式,对水声自适应通信系统的平均谱效率进行了理论推导,并给出了部分性能函数的解析形式,而后从多个角度给出了较为全面的数值仿真分析结果。仿真结果显示:当目标误码率为10-3时,水声自适应通信系统可以在相同发射功率下,显著地改善通信性能(约3 bit/s/Hz);在同样的目标误码率下,如果维持传输性能不变,自适应通信系统可以显著节省发射功率(约10 dB)。在信道状态信息不确知的情况下,当信道估计误差大于-15 dB,或多普勒补偿后信道的扩展因子大于0.03时,自适应系统的性能才会显著劣化。此外,在统计意义上,自适应通信方法对于系统性能的改善程度随通信距离的增加而增大。     

虚拟时反镜在水声被动测距中的应用

水声信道多途干涉使被动测距产生偏差．接收信号的自相关输出波形含有信道冲激响应结构的信息，本文提出通过简化模型可估计出信道冲激响应，并将其时间反转构造一前置预处理器，可实现虚拟时间反转镜（VTRM）．虚拟时反镜可获得时间、空间上的自适应聚焦效果，克服多途干涉对被动测距的影响，并且实现简单，可实时对目标进行测距．通过计算机仿真研究，验证VTRM技术可匹配声信道，提高被动测距的精度．     

无源时间反转镜在水声通信中的应用

提出单阵元无源时间反转镜(PTRM),在对声信道没有任何先验知识的情况下可与信道自动匹配,实现自适应聚焦。并将其应用于Pattern时延差编码(PDS)水声通信体制,构成无源时间反转镜Pattern时延差编码水声通信系统(PTRM- PDS)。通过计算机仿真研究及湖试,验证了PTRM-PDS系统能够抑制声信道多途扩展产生的码间干扰,可在时变、空变的声信道中实现低误码率通信,具有很好的鲁棒性。