分组M元扩频Pattern时延差编码水声通信

针对水声通信中通信速率和频带利用率不高的问题,提出将M元扩频技术与Pattern时延差编码相结合,将多进制扩频码作为Pattern波形进行时延差信息调制,在接收端利用拷贝相关器解出信息,提高了系统的通信速率和抗干扰能力;在此基础上又提出了分组扩频的概念.对发送端扩频码进行有效分组,利用其良好的正交性,将各组挑选出的扩频码并行传输,进一步改善系统的通信速率和频带利用率.在信道水池内进行了通信实验,在2.5 kHz带宽内,M元扩频PDS系统通信速率为91 bit/s,分组M元扩频PDS系统可达302bit/s,误码率为1×10-4,实验结果验证了该系统的可行性和鲁棒性.     

混响背景下低秩矩阵恢复的目标亮点特征提取

有源声呐探测水下目标时,混响干扰增加了从目标回波信号中提取目标亮点特征的难度.依据目标回波与混响在时频域上能量分布的相关性不同,采用自适应核时频分析方法将目标回波信号变换到时频域上进行分析.通过低秩矩阵恢复方法将目标回波与混响分到稀疏矩阵和低秩矩阵中,从而分离目标回波与混响,降低混响对回波信号的干扰.针对稀疏矩阵采用Hough变换提取回波中的亮点峰,得到目标的亮点特征。通过仿真和实验数据证明在较低信混比情况下通过低秩矩阵恢复方法能够在时频域上进一步区分目标回波与混响,达到抑制混响的目的,便于获取目标亮点特征。     

极地海冰声波导建模综述

全球性气候变暖的持续使极地科学成为国际科研热点.极地声学技术研究在近年国内学者的努力下取得了长足进展,但在基础理论研究方面还有很多需要攻坚的难题.极地冰声传播受弹性波导影响严重,特殊的材料物理特性、复杂的边界条件以及极端恶劣的环境均给相关研究推进带来挑战.针对冰声波导模型精细化构建难题,本文从海冰物理特性概述、冰声传播理论模型构建、冰声传播特征方程数值求解以及冰声参数评估与选取四个方向出发,回顾并梳理了极地海冰声波导建模关键技术的发展历程与研究现状,分析了国内外冰声传播研究进展,讨论并展望了冰声波导建模技术的未来研究重点以及其在极地开发中的应用潜力,以期为后续极地声学理论与应用研究的开展提供有益参考.     

瞄准改革方向 培育创新创业人才

经济社会发展与国家改革目标引领下,高等院校亟需顺应社会的人才需求变化和产业发展形势,着力推进教育教学改革、狠抓人才培养质量提升工作。通过分析改革背景下人才培养需要注重的几个典型特征,结合自身特色、立足使命要求,哈尔滨工程大学水声工程学院从人才培养思路、课程体系设置与授课模式调整、实践实训平台搭建、学生国际视野拓展与交流等几个方面不断探索和实践,推进教育教学改革、培育创新创业人才,成效显著,促进了学院建设全面发展。     

基于单矢量有源平均声强器的码分多址水声通信

基于单矢量传感器对码分多址水声通信进行了研究. 利用单个矢量传感器自身指向性进行方位估计最为常用的方法是平均声强器和复声强器, 但这些方法对于同频带的多用户来说, 理论极限仅能测量两个用户. 提出了有源平均声强器, 利用扩频通信中伪随机码优良的自相关和互相关特性, 可同时测得多个用户的方位, 利用估计的用户方位构建矢量组合, 调整矢量传感器的指向性, 实现各用户定向通信, 抑制多址干扰, 增加处理增益, 降低误码率. 对频带相同的扩频多用户通信进行了仿真及试验研究, 验证了有源平均声强器的有效性和实用性.     

M元混沌扩频多通道Pattern时延差编码水声通信

Pattern时延差编码水声通信体制利用信息码元的时延值调制信息，他的抗多途扩展干扰能力与码型种类及码型脉宽有关. 扩频通信可获得扩频增益，可胜任远程水声通信，但其通信速率低是使用受限的重要原因. 提出将扩频通信与Pattern时延差编码水声通信体制相结合，并采用M元扩频、多通道工作方式，构成一种新的适用于水声环境的通信方案，既可获得扩频通信的优良性能，又可提高通信速率. 湖试结果验证了本文提出的M元混沌扩频多通道Pattern时延差编码水声通信方案的鲁棒性及可行性.     

参量阵差分Pattern时延差编码冰下水声通信方法

为提高差分Pattern时延差编码水声通信方法的通信速率以及抗多途能力,使其能有效适用于冰下水声环境,提出了基于参量阵的差分Pattern时延差编码水声通信方法,推导了Pattern码的参量发射原理,分析了参量阵发射对该方法性能的影响,利用参量阵发射产生低频宽带窄指向性声柬,减少了声线触碰上下边界的次数,提高了系统抗多途的能力。冰下水域外场试验结果表明:本方法可有效抑制多途效应,同时低频宽带特性提高了系统通信速率。     

稀疏贝叶斯学习水声信道估计与脉冲噪声抑制方法

水声信道具有显著的稀疏特性,利用稀疏贝叶斯学习(SBL)算法能够实现稀疏水声信道的有效估计。针对SBL计算复杂度较高的问题,将广义近似消息传递-稀疏贝叶斯学习(GAMP-SBL)引入水声信道估计。该方法在SBL的框架下结合GAMP以消息传递的方式计算信道冲激响应,能够有效降低SBL的计算复杂度。针对假设背景噪声服从高斯分布的信道估计方法在脉冲噪声环境下性能下降问题,提出了基于GAMP-SBL的脉冲噪声抑制水声信道估计方法:首先利用脉冲噪声时域稀疏特性,采用GAMP-SBL估计脉冲噪声并进行抑制,然后再次利用GAMP-SBL实现水声信道估计.基于第九次北极科考冰下脉冲噪声的两次仿真结果表明,所提出的方法在归一化均方误差上相对于未进行脉冲噪声抑制的GAMP-SBL最大分别降低了18.71%,6.61%,在信道解码前误码率上最大分别降低了1.66%,4.05%,并且相对于Clipping方法更加稳健。在信噪比为20 dB时,误码率可低于10^-2。     

随机起伏冰面三维声散射的Kirchhoff近似数值计算模型

针对随机起伏冰面的声散射问题,建立了随机起伏冰面三维声散射的Kirchhoff近似数值计算模型。利用Delaunay三角剖分方法对随机起伏冰面进行三角面元剖分,然后采用Z-buffer算法进行面元的遮挡消隐,得到处于声波照射亮区的面元,最后采用Gordon面元积分的板块元方法计算得到随机起伏冰面的散射强度。数值计算模型中,将冰面认为是局部阻抗表面,直接代入起伏冰面局部反射系数进行散射声场的计算,避免了解析计算模型中对反射系数的近似处理。对比分析了数值和解析计算模型在小粗糙起伏冰面、大粗糙起伏冰面及不同声波入射角和不同声波频率时的散射强度。相比解析模型计算结果,数值模型计算结果与实测结果更吻合。     

水下甚低频目标的深度分类及布放预报

基于水下目标在甚低频段(10~100 Hz)其主要声学特征较为明显的现状,采用声压水平振速互谱的有功分量(PHVCA)进行了水面船和水下目标的区分.基于Pekeris波导模型,提出了被动垂直双矢量水听器的深度布放预报公式,用于指导双矢量水听器的实际布放.通过公式推导及仿真分析指出:当双矢量水听器布放深度之和等于有效深度时,PHVCA的正负号分布不再随着水平距离的变化而变化;在有效深度内,整个声场的PHVCA被分为三个不同符号的水平区域(负-正-负),两临界面之和等于有效深度,若第一临界面小于有效深度与实际水深之差,则第二临界面大于实际水深,从而实现水下目标的深度分类.仿真验证了该算法及布放深度预报公式的有效性.