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水声电子邮件传输研究

程恩  
【摘要】: 声波是目前海中实现中、远距离无线通信唯一有效的信息载体,因此水声通信对于国防安全和海洋资源开发都有着极其深远的意义。但是由于水声信道是一个十分复杂的时?空?频变参随机多径传输的信道,再加上它的噪声高、带宽窄、载波频率低、传输时延大等特点,这诸多不利因素给可靠有效的水声通信带来很大的困难,其中多途径效应是最主要的困扰因素,它会导致信号幅度衰落和码间干扰。 本论文是在厦门大学水声通信课题组水声图象传输和水声数字语音通信研究的基础上,研究水声电子邮件传输技术,采用数字通信方式实现水下信息的传输,实现无线中继接入,进而达到与移动通信网和Internet网的互联的目的,研制成具有自主知识产权的水声电子邮件收发系统,为将来海洋水下组网打下良好的基础。 本文建立了水声信道的确定性模型,对浅海声信道进行了建模与通信仿真。由多途径效应产生的机理可知,通信距离的拓展将使多途径效应的影响更加严重,所以必须研究水声通信中抗强多途径干扰的各种可能措施。由于扩频技术在抗码间干扰方面具有优良的特性,因此在分析了各种扩频技术在本研究应用的可行性之后,确定了跳频技术作为具体实现方案;分集技术是抗自多途引起的信号衰落的有效手段,时频分集既可以提供频率分集,又不存在功率分散的问题,非常适用于水声通信;在恶劣的水声信道的条件下进行数据通信,快速、准确、有效的检测到同步信号成为水声跳频通信系统的关键,根据水声信道自身的特点提出一种结合同步头法和匹配滤波器法的同步方案。声波在海水中传播时由于海水的吸收以及传输的损耗,会使其发射信号在接收端严重衰落,在分析了几种常用的信号检测方法及它们之间的关系后,提出一种适合水声通信的相关匹配检测弱信号的方法。同时研究一种比较适合于窄带信号的谱分析方法――线性调频Z变换(Chirp z transform,简称CZT),创新性地采用DSP实现了CZT频谱细化算法实现跳频数据解调;分析了电子邮件的数据结构和收发协议,利用MSComm控件通过PC机的串口来收发单片机存储的数据,完成与水声通信系统的接口。 在上述理论及实验研究的基础上,最后设计并实现了一套能适用于浅海域的


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