水下窄脉冲超宽带信号的传播特性仿真

超宽带信号具有分辨率高、截获概率低、穿透能力强等优点,将在水下目标探测、定位及通信等领域具有良好的应用前景。基于水下等离子体声源提出了窄脉冲超宽带信号产生方法,建立了以传播损失和海洋环境噪声为主要影响因素的超宽带脉冲传播信道模型;结合湖试实测数据,利用Matlab仿真软件和Welch谱分析法,仿真分析了不同频率的超宽带脉冲在水下传播不同距离后的功率谱密度以及传播特性。研究成果对水下等离子体超宽带脉冲的工程应用具有重要的参考价值,同时对水下等离子体超宽带脉冲声源的设计和研制也有一定的借鉴意义。     

水下均匀材料复合层吸声特性研究

本文对水下阻尼板和其它介质层复合的多层吸声和结构吸声，反声性能进行了研究，利用各层界面压力，振速的四端网络矩阵及层间边界条件导出吸声结构表面阻抗和反射系统数随频率的变化关系，数值计算分析了不同边界条件，多种层以及改变各层参数情况，反声，吸声系数的变化，发现多层结构中厚的水层引起强烈的共振反射峰，并提出了抑制共射的方法。     

格林函数解卷积处理的阵不变量浅海无源定位

水下声源无源定位是声呐技术重要的研究方向。针对水下声源无源定位问题,本文提出了一种基于格林函数解卷积处理的阵不变量无源定位方法。该方法使用盲解卷积算法从水平阵接收信号中提取时域格林函数,然后采用空域解卷积方法处理得到的时域格林函数,获得波束时间偏移,从波束时间偏移中计算得到阵不变量,解算目标距离,从而实现声源定位。区别于常规阵不变量方法,该方法可以得到更精确的波束时间偏移,从而提升了声源定位精度。仿真和实验数据结果表明,在小孔径水平阵情况下,基于格林函数解卷积处理的阵不变量浅海无源定位方法相较于常规时域处理方法的距离估计精度提高近 40%。     

Backing effects on the underwater acoustic absorption of a viscoelastic slab with locally resonant scatterers

Backing effects on the underwater acoustic absorption of a viscoelastic polymer slab embedded with locally resonant scatterers are reported. The polymer slab is embedded with two layers of locally resonant scatterers, i.e. Al spheres coated by soft silicon rubber. Theoretical absorption coefficients of the polymer slab under different backings using a layer multiple scattering method show good agreement with the experimental results, which supports unambiguously the experimental observation. Then relations between the resonance modes and the low-frequency absorption peaks of the composite slab are clarified to address the absorption mechanisms. It shows that the mass of the steel backing affects evidently the low-frequency absorption, the absorption peak shifts to lower frequency range while increasing the backing mass.     

3D color reconstruction based on underwater RGB laser line scanning system

Laser line scanning (LLS) as an optical 3D survey method is recently used for underwater 3D imaging. This paper presents an approach for both 3D reconstruction and color restoration based on the LLS system. The system is set up with RGB laser scanning components for acquiring 3D data and color data at the same time. Direct calibration algorithms and RGB additive color model are involved for processing 3D color data. The experiment result shows that underwater targets can be feasibly 3D reconstructed with color texture simultaneously, at millimeter scales.     

水下多层均匀材料的声特性

本文研究水和空气中由不同厚度的两层弹性板及消声橡胶共同组成的分层介质在斜入射时的声特性,并采用数值方法求解多层结构声场的线性方程组。得到反射,透射系数,当板的厚度远小于波长时,采用弹性薄壳振动模型和弹性波模型进行计算,它们的结果基本相同,但是薄壳振动模型更便于计算和理论分析;对系统反射系数和透射系数的计算结果表明,系统增加消声橡胶层后,极大地改变后射系数和透射系数的频率响应;频率升高,反射系数减小     

基于VxWorks的水下机器人通信系统设计

针对水下机器人（ROV）在深海高噪声干扰环境中工作的特点,设计了一套基于VxWorks实时操作系统的ROV整体通信系统,实现了水下核心控制器对水下分系统快速高效的信息采集和数据分配,水下系统和水面控制器稳定实时的数据交换;硬件方面设计了以CAN总线为基础的水下通信系统,通过FPGA实现了CAN总线和PC104总线之间的时序逻辑转换,软件方面设计了基于TCP/IP协议栈的水面操控台和ROV之间的网络通信方式和水下各系统之间的CAN总线通信方式,着重介绍了基于缓冲队列的网络通信编程;通信系统数据测试实验表明：CAN总线通信和网络通信均具有良好的实时性和可靠性,满足最初的设计需求,而且采用模块化设计,便于维护和移植。     

Effects of the transducer dynamics in underwater acoustic communication

The inter-carrier interference (ICI) of Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) symbols, which is caused by the transducer’s dynamics, has been analysed and simulated in this paper. The small Cyclic Prefix (CP) method is proposed to overcome the ICI caused by the transducer in order to maintain the orthogonality between sub-carriers without much loss of the energy and the bandwidth efficiency. The simulation results show that the small CP whose length is longer than the transient response of the transducer can eliminate the ICI problem.     

最优路径搜索压缩感知水声通信信道估计

将信号恢复中最优路径搜索的A*正交匹配追踪(A*Orthogonal Matching Pursuit,A*OMP)伪贪婪算法引入到水声通信信道估计中,可以有效改善正交匹配追踪(OMP)算法容易陷入局部最优的问题,并提出了一种改进型的A*OMP水声信道估计算法。改进了路径初始化方式,同时为了避免过多迭代引起的未知误差,将前后两次迭代残差之差作为停止准则。在正交频分复用(OFDM)通信体制下,对OMP、A*OMP和本文改进方法的估计误差和误比特率进行了仿真对比,随着信噪比的增加,改进方法未出现误差平台,且受导频间隔影响较小。仿真结果表明相对于OMP算法和传统A*OMP算法,在高信噪比下改进方法的估计误差分别降低约2和1个数量级,海试数据结果验证了改进方法的可行性,其误比特率分别平均降低42.0%和4.7%。     

无线/水声通信浮标技术研究及其实现

本文研究并设计实现了一种用于浅海水声信道多速率通信的无线/水声通信(racom)浮标,介绍了其水声通信和无线通信技术方案和工程设计与实现。本文设计的浮标综合了水声通信、DSP信号处理和无线电通信等技术,也可以用作水声通信/传感网络中的无线/水声通信(racom)网关节点。海上试验验证了本浮标总体设计方案的可行性。海上试验中,浮标无线通信距离达到15.2 km,误码率不大于10 6;除2 kbps速率外,浮标各种速率的水声通信数据传输误码率都小于1%,最大通信作用距离达到9.6 km;同时,试验也验证了浮标与水下运动平台之间的通信功能。