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《哈尔滨工程大学》 2012年
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基于声传播模型的信道模拟与应用

王晋晋  
【摘要】:由于上下界面的存在,浅海水声信道是强烈的相干多途信道。许多无线电中的信号处理技术移植到水声领域中时,效果都不甚理想。为了改进声纳系统在多途信道中性能,必须要对水声信道进行深入的研究。水声信道模拟技术是在实验室中模拟实际信道特性的一种方法。由于环境参数控制方便,信道模拟对研究信号处理方法在多途信道中的性能具有重要意义。本文从声传播的物理模型入手,对水声信道模拟技术进行深入研究,并将信道的模拟结果应用于声源定位和信号检测中。 声传播模型是水声信道模拟的数学基础。传统的信道模拟技术通常专注于传播损失这一宏观特性,进一步预报声纳系统的作用距离。本文以射线模型和简正波数值模型为基础,模拟计算信道的冲激响应这一微观特性,以便预报信号处理方法在模拟信道中的性能。按照水声信道的时变特性,可以将信道分为时不变信道、确定时变信道和随机时变信道三类。对于时不变信道,使用虚源法和射线数值模型求解本征声线,即可得到信道的冲激响应。此外,使用简正波数值模型和频率综合快速算法,也能快速计算时不变信道的冲激响应;对于确定时变信道,使用插值算法结合射线模型可以模拟计算声源或水听器运动时的接收信号。当水听器匀速运动时,使用多途在运动方向的投影和多普勒尺度变换可以高速模拟计算接收信号。同时使用ChirpZ变换算法可以大幅减小时间尺度变换时的运算量;对于随机时变信道,利用时变海面下的射线插值算法,可以实现对信道随机特性的模拟。使用时变海面的Kirchhoff近似,将海面散射等效为多个位于海面处的点声源可以大大提高时变信道模拟时的计算速度。 信道估计是从接收信号中提取信道特性的有效方法。使用凸集投影算法估计时不变信道时,可以获得理想的信道冲激响应估计结果。其分辨率优于传统最大似然估计器–匹配滤波器。将凸集投影算法推广至复数域时,可以正确估计由界面反射引起的相移。相移估计结果可以用于区分水面反射和水底反射。使用发射信号的多普勒频移样本作为凸集投影算法的参考信号,构建凸集投影算法滤波器组,可以实现对信道冲激响应在时延–频移平面上的二维估计。这种估计算法可以用于估计确定时变信道和随机时变信道的时变冲激响应。 对模拟信道的分析结果表明:时不变信道的冲激响应不随时间变化,没有频率偏移和频谱扩展;确定时变信道的冲激响应随时间发生确定性变化,频率偏移根据时延值规律变化;随机时变信道的冲激响应随时间随机变化,产生随机的频率偏移和频谱扩展。对模拟信道的冲激响应估计结果表明:确定时变信道的多普勒频移与多途反射的阶数成反比,低阶反射的频移接近水听器的运动速度,高阶反射的频移小于水听器的运动速度;随机时变信道的频率偏移和频谱扩展与多途反射阶数成正比,低阶反射几乎没有频率偏移和频谱扩展,高阶反射的频率偏移和频谱扩展则较大。 在浅海水声信道中,合理利用界面反射,即可使用单个水听器对脉冲声源进行定位。利用凸集投影算法对直达波、水面反射和水底反射的到达时刻进行估计。联合由虚源法得到的定位方程,即可解算得到声源位置。对定位方程的研究结果表明:直达波与水面反射的时延差确定了一条开口向下的双曲线,直达波与水底反射的时延差确定了一条开口向上的双曲线,这两条双曲线的交点就是声源位置。利用Rake接收机对水声信道的匹配特性,即可使用单水听器对脉冲声源进行匹配场定位。匹配场定位的模糊度平面同样具有双曲线形状。在双曲线附近,Rake接收机的输出峰值剧烈震荡。多个多途形成的双曲线相交于声源处。 对模拟信道中的声源定位结果表明:基于信道估计的定位方法可在一定信噪比条件下对单频脉冲声源进行定位,并且不受海面起伏引起的信道随机时变特性影响。使用Rake接收机的匹配场定位算法可在低信噪比条件下对宽带脉冲声源进行定位,其性能易受信道随机时变特性的影响。对实验数据的处理结果表明:这两种定位方法在实际环境中是可行的,具有结构简单,成本低廉的优点。 本文对水声信道的模拟结果可以广泛应用于声纳系统中,对信号处理方法和声纳系统进行快速有效的评估和测试。同时,基于信道模型的单水听器的定位方法可以应用于水声通信和水声定位系统中,改进其在多途信道中的性能。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TN929.3

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 付进;梁国龙;张光普;;界面反射对定位系统性能影响及应对策略研究[J];兵工学报;2009年01期
2 生雪莉;罗方方;郭咏;刘磊;;垂直阵时反聚焦的目标被动定位方法研究[J];兵工学报;2011年03期
3 陈韵;王逸林;蔡平;殷敬伟;梅继丹;;基于分数阶Fourier变换的远程水声通信技术研究[J];兵工学报;2011年09期
4 崔国平,李志舜,梁红;F湖单水听器宽带匹配场定位的快速实现[J];船舶工程;2003年06期
5 王金辉;张效民;;基于匹配场的多目标源定位研究[J];国外电子测量技术;2011年11期
6 赵极远;王逸林;杨威;;多用户水声通信仿真平台设计[J];电子技术应用;2011年08期
7 董继刚;孙大军;;水声通信网络仿真技术[J];哈尔滨工程大学学报;2010年07期
8 梁国龙;林旺生;王燕;;水声信道有效声速估计方法及空间特征分析[J];哈尔滨工程大学学报;2010年12期
9 毛岱山;;浅海声信道信号时间相关特性研究[J];海洋技术;2006年02期
10 董姝敏;刘洪波;赵博;梁国龙;;匹配场声源定位的并行计算方法研究[J];计算机应用研究;2012年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 肖专;复杂海洋环境匹配场源定位性能分析[D];浙江大学;2011年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张光普;梁国龙;王燕;付进;;分布式水下导航、定位、通信一体化系统设计[J];兵工学报;2007年12期
2 付进;梁国龙;张光普;;界面反射对定位系统性能影响及应对策略研究[J];兵工学报;2009年01期
3 生雪莉;罗方方;郭咏;郭龙祥;;虚拟迭代时间反转镜被动选择聚焦技术研究[J];兵工学报;2010年03期
4 徐复;何文翔;惠俊英;余赟;;脉冲信号被动定位时延差估计方法研究[J];兵工学报;2011年02期
5 生雪莉;罗方方;郭咏;刘磊;;垂直阵时反聚焦的目标被动定位方法研究[J];兵工学报;2011年03期
6 陈韵;王逸林;蔡平;殷敬伟;梅继丹;;基于分数阶Fourier变换的远程水声通信技术研究[J];兵工学报;2011年09期
7 张兰;许肖梅;冯玮;陈友淦;;浅海水声信道中重复累积码性能研究[J];兵工学报;2012年02期
8 赵金宪;孙桂芝;;能量高效的水声传感器网络路由协议[J];吉林大学学报(信息科学版);2008年03期
9 陈凯;赵安邦;陈阳;解立坤;;RS码及卷积码在PDS水声通信体制中的应用[J];吉林大学学报(信息科学版);2010年02期
10 崔化超;赵安邦;刘佳蕾;陈阳;陈凯;;TCM在Pattern时延差编码通信体制中的应用[J];吉林大学学报(信息科学版);2011年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王凯;李军;;基于匹配滤波的水声信道估计[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年
2 李军;蔡润泽;吴越;;基于复倒谱的水声信道均衡[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年
3 任岁玲;葛凤翔;郭良浩;;浅海宽带声源的匹配场定位[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
4 安良;张学峰;陈励军;张俊;方世良;;柔性阵被动定位系统中的阵形测量与互相关峰跟踪算法研究[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
5 王旭辉;;基于OFDM技术的水声通信系统研究及软件实现[A];2011下一代自动测试系统学术研讨会论文集[C];2011年
6 孙国仓;惠俊英;;基于阵列声强器的稀疏声矢量传感器阵方位估计[A];2006北京地区高校研究生学术交流会——通信与信息技术会议论文集(上)[C];2006年
7 阳继军;庞卫平;马少娟;;基于长基线水下声学定位系统的研究[A];华东六省一市测绘学会第十一次学术交流会论文集[C];2009年
8 宫在晓;张仁和;李秀林;;浅海声脉冲传播的信道匹配[A];中国声学学会2002年全国声学学术会议论文集[C];2002年
9 宫在晓;张仁和;李秀林;吴立新;;浅海脉冲声传播的信道匹配[A];2004年全国水声学学术会议论文集[C];2004年
10 崔国平;李志舜;刘春跃;;F湖单水听器宽带匹配场定位的实验研究[A];2004年全国水声学学术会议论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李关防;模态域信号处理在水声中的应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 刘德铸;声学多普勒流速测量关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 梅继丹;水声声图测量技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 雷亚辉;水下目标的时间反转法声探测技术应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 樊炜;海底热液口温度场声学测量技术研究[D];浙江大学;2010年
6 周琳;深远海环境监测水声通信仿真方法与信道估计研究[D];中国海洋大学;2011年
7 李想;水下高速运动目标轨迹测量技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
8 高成志;浅海环境下的水声信道辨识技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
9 师俊杰;基于潜标的甚低频矢量声场建模与试验研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
10 余赟;浅海低频声场干涉结构及其应用研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 何文翔;矢量传感器多普勒定位研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 陈乃锋;MFSK水声通信信号处理子系统的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 范波;多途信道下的水下目标模拟器显控软件设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 汤继伟;超短基线定位系统数字信号处理硬件和软件的实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 李旭;矢量浮标定位系统目标模拟器设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 黄丽琴;匹配场处理性能仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 刘欣;高频声纳接收信号仿真预报[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 董继刚;水声通信网仿真与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 解恺;基于多载波直扩码分多址的水声通信技术研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 牛悦娇;水声信道空时编码技术仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 卓力;匹配场被动定位方法的优化研究[J];北京工业大学学报;1999年03期
2 高国青;叶湘滨;乔纯捷;赵慎;;水下声定位系统原理与误差分析[J];四川兵工学报;2010年06期
3 张贻华;陈志强;叶家骏;;40GHz毫米波室内传播损耗分析[J];电子测量技术;2010年06期
4 董阳泽,陈琨,刘平香;基于ADSP21160的Hammerhead-PCI在声诱饵仿真系统中的应用[J];电子产品世界;2002年10期
5 邱航;陈雷霆;Jim X.Chen;;一种基于混合采样的雷达作用范围三维建模方法[J];电子测量与仪器学报;2010年01期
6 周俊山;陶进绪;贾浩;袁韬;;一种基于MUSIC算法的匹配场定位方法[J];电子技术;2010年01期
7 殷敬伟;惠俊英;蔡平;郭龙祥;;分数阶Fourier变换在深海远程水声通信中的应用[J];电子学报;2007年08期
8 杨晶超;;基于伪随机序列的高精度时延测量技术研究[J];国外电子测量技术;2009年01期
9 蒋继刚;谈恩民;姚丽婷;;一种基于多目标遗传算法的CA加权测试生成方法[J];国外电子测量技术;2010年04期
10 刘巧林;李斌;雷亚龙;;FSE在水声微多径信道条件下应用的实验验证[J];国外电子测量技术;2010年04期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 生雪莉;矢量反转镜时空滤波技术及其在水声中的应用[D];哈尔滨工程大学;2005年
2 孙万卿;浅海水声定位技术及应用研究[D];中国海洋大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 林旺生;水声信道仿真与声线修正技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 Lori Grunim ,唐宏;BackWeb Technologies BackWeb,PointCast Network,Wayfarer Incisa——划分Web信道[J];电子与电脑;1997年11期
2 刘军,黄桂金;N-ISDN的新接入技术AO/DI[J];通讯世界;2000年12期
3 王志军;因特网上的高速大巴 ISDN全接触[J];电子计算机与外部设备;2001年04期
4 刘征;一代大师——谢宗信道长[J];湖北档案;2003年03期
5 陈焕平;综合业务数字网和IEEE802.9标准[J];电子技术;1995年07期
6 税世鹏;同步轨道卫星移动通信系统的信道结构和信道分配[J];电信快报;1995年09期
7 宋瑞麒;分组交换网设计基础(续十一)[J];邮电设计技术;1994年02期
8 东月;相聚在网络笑谈IRC之四[J];中国计算机用户;1997年17期
9 宋瑞麒;分组交换网设计基础(续十)[J];邮电设计技术;1994年01期
10 钱锋,沙斐;一种有效使用ISDN信道资源的信道存取控制策略的性能分析[J];通信学报;1992年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 曹年红;;ACS系列微功耗数据采集器设计[A];全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集(上)[C];2003年
2 李卫民;;PHS网络同频干扰问题探讨[A];2007中国科协年会——通信与信息发展高层论坛论文集[C];2007年
3 朱斌;马艳;赵丛;;RLS—BP算法在信道盲均衡中的应用[A];2007’促进西部发展声学学术交流会论文集[C];2007年
4 高电波;魏迎春;;宽带移动卫星通信信道确定性仿真模型的研究[A];2003’中国通信学会无线及移动通信委员会学术年会论文集[C];2003年
5 刘敬伟;;信道、噪声与说话人自适应技术研究[A];第七届全国人机语音通讯学术会议(NCMMSC7)论文集[C];2003年
6 项国勇;李剑;郭光灿;;量子信道干涉[A];第十二届全国量子光学学术会议论文摘要集[C];2006年
7 孙文力;孙文强;;信道过载对UAIS系统性能的影响[A];2002航海实用新技术论文集[C];2002年
8 汪俊;吴立新;王慧文;Jim Lynch;;用二次相关的方法研究信道起伏[A];中国声学学会2003年青年学术会议[CYCA'03]论文集[C];2003年
9 蹇登亮;黄朱成;杨伏华;;一种改善LEO卫星通信系统性能的信道重组技术[A];卫星通信技术研讨会论文集[C];2004年
10 曾一凡;孙波;王家同;;变电站RTU及远动信道故障诊断方法研究[A];2004电站自动化信息化学术技术交流会议论文集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 关海萱;“无缝信道”为企业赢主动[N];国际商报;2005年
2 钟 明;爱师与信道[N];中国教师报;2005年
3 沈建苗 编译;802.11n 重新扬帆[N];计算机世界;2007年
4 闫冰;挑战拥挤的Wi—Fi环境[N];网络世界;2009年
5 高鸣矫 DigiTimes;奥地利微电子推出低功耗A/D转换器AS1530/31系列[N];电子资讯时报;2006年
6 晓雅;美国空白信道开放之争将水落石出[N];人民邮电;2008年
7 蔡志明;股市冷暖情[N];上海证券报;2006年
8 Joshua Wright;论准802.11n设备的风险[N];网络世界;2006年
9 闫冰;802.11n草案升级到2.0版本[N];网络世界;2007年
10 三星电子中国通信系统部 李英文;三星HSDPA引领通信新时尚[N];通信产业报;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王晋晋;基于声传播模型的信道模拟与应用[D];哈尔滨工程大学;2012年
2 汪朝晖;椭圆曲线密码的安全性研究[D];武汉大学;2004年
3 徐元欣;有线数字电视信道接收芯片的实现研究[D];浙江大学;2003年
4 刘杰平;图象/视频的鲁棒性传输研究[D];华南理工大学;2004年
5 刘清宇;海洋中尺度现象下的声传播研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
6 林云;多业务DS/CDMA系统的性能及分集技术研究[D];电子科技大学;2003年
7 杜学峰;长电缆传输研究[D];中国科学技术大学;2006年
8 秦政坤;硅基聚合物阵列波导光栅器件波谱响应平坦化研究[D];吉林大学;2007年
9 赵德春;按需式无线内窥镜的设计与研究[D];重庆大学;2008年
10 华东明;安全协议的形式化方法及其应用的研究[D];中国科学院研究生院(计算技术研究所);2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张良永;IMT-Advanced信道硬件仿真器的研发[D];西安电子科技大学;2011年
2 邓晖;LTE系统速度估计技术研究[D];武汉理工大学;2013年
3 吴增荣;基于DSP的高频实时信道模拟[D];大连海事大学;2004年
4 张力;DVB-S信道接收芯片字节处理环节的研究与实现[D];浙江大学;2004年
5 赵楠;自由空间量子通信信道的研究[D];西安电子科技大学;2008年
6 鲁辉;室内无线红外通信系统的研究与设计[D];西南交通大学;2006年
7 孙志刚;通讯中的噪声抵消方法的研究[D];吉林大学;2006年
8 辛爱学;无线电遥控技术分析及在遥控艇中的应用[D];北京邮电大学;2007年
9 何翔;实时信道模拟系统中关键技术的研究与实现[D];电子科技大学;2004年
10 康恩婷;宽带电力线信道特性及OFDM性能的分析与研究[D];华北电力大学(河北);2005年
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