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Chirp扩频水声通信技术研究

李辑维  
【摘要】:水声信道具有十分复杂的传输特性。时变性、频变性、空变性是其典型特点。多普勒效应和多径引起的码间干扰是影响水声通信性能最主要的两个因素。如何在低信噪比条件下提高系统抗多径干扰和多普勒效应的性能是水声通信必须要解决的问题。扩频通信可以很好地解决噪声和多径干扰。Chirp信号是一种随时间变化而频带展宽的信号,自身具有较好的扩频性能。而且它是大时宽带宽积信号,信号增益高,抗多普勒效应容限大。由于Chirp信号自身具有较好的扩频通信的优点,所以将其应用到水声扩频通信中进行研究。Chirp信号具有很好的匹配相关性和在分数阶傅里叶域信号良好的处理特性,本文重点从这两点展开深入地研究。论文首先研究了 Chirp扩频二进制键控通信系统的两种解调匹配滤波解调(De-MF)和分数阶傅立叶变换解调(De-FRFT)并比较其性能优劣。然后研究了在匀速相对运动以及变速相对运动多普勒估计和补偿方法。最后分别在时域和频域上提出解决多径干扰的信道估计均衡算法。将这些算法通过Matlab仿真和海试试验验证其可行性。论文的主要研究工作如下:1.介绍了开展水声扩频通信研究的目的和意义,以及国内外发展现状。2.研究了多普勒频移、码元同步误差、相位误差对De-MF和De-FRFT的影响。比较两种解调方法在噪声干扰和多径干扰下的解码性能。在Chirp扩频二进制键控通信系统基础上提出四进制扩频通信系统,并比较两者优劣性。仿真结果表明四进制在提升了通信速度的同时增大了系统的误码率。3.分别在匀速相对运动和变速相对运动条件下研究了多普勒估计方法。仿真结果证明分组数据长度估计多普勒方法适用于匀速相对运动,但对变速多普勒估计不适用。从而提出滑动跟踪多普勒估计方法可以有效解决该问题。4.为了解决水声通信中的多径干扰问题,提出分数阶傅里叶域迫零均衡、分数阶傅里叶域MMSE准则均衡,并与频域迫零均衡、时反均衡进行性能比较。仿真结果证明分数阶傅里叶域MMSE准则均衡性能最好。5.经过海试试验证明了均衡方法和滑动跟踪多普勒估计方法的实际可行性。


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