抗强多途径干扰的水声数字语音通信研究

【摘要】： 由于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的保障和海洋经济的发展都有着极其深远的意义。但是噪声高、带宽窄、载波频率低、传输时延大、多途径效应随时间—空间—频率变化等信道特性都会给有效、可靠的水声通信带来很大的麻烦，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。 本研究是根据很重要的应用单位对更远作用距离语音通信机的需要而选题的。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于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；在克服幅度衰落方面，选用卷积编码和维特比译码方法来替代原有的分集技术以综合调节系统的通信速率与误码性能，达到差错可控的目的。 对于中、远距离的水声通信而言，水声信道的窄带宽、低载波频率特性只能支持较低的信息传输速率。采用语音识别的方法在保持语义的同时极大地压缩了语音信息的冗余度，既能有效地降低在信道上传输的数据速率，又能在接收端通过语音合成的方法获得高清晰度和高可懂度的语音回放，确保了水声语音通信的实时性。同步是任何数字通信系统有序工作的“指挥棒”，本研究采用5重时频分集的方法，使得在接收端能够可靠地恢复出系统工作所需要的同步信号。 本文从概念上创新性地提出了通信声呐方程，并根据通信声呐方程全面剖析了增加水声通信系统作用距离的各种可能途径，然后结合实际应用的要求确定了本研究具体可采用的措施并加以实现。在样机的具体研制过程中，提出并设计了具有积分清洗和自动校准功能的高Q窄带带通滤波器配合瞬时频率测量来改善信号检测分辨率和可靠度的方法是本研究的另一创新之处。 通过实验室水池的实验和厦门港浅海域的现场测试，证实了本研究实现的新一代水声数字语音通信机确实有更远的作用距离并且有抗强多途径干扰的能力，达到预期的研究目标。