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水声信道建模及其仿真平台的实现

欧晓丽  
【摘要】: 水声通信技术是研究和开发海洋的主要工具之一。水声信道的复杂性,如多途干扰等时变、频变、空变随机特性,使得水声通信技术成为当今最具挑战性的通信领域之一。同时,水声信道的高环境噪声、有限频带、传输时延大等特点又极大地降低了水声通信系统的可靠性、有效性。对水声信道进行研究,了解其特性,是设计水声通信系统的基础。 随着计算机技术日新月异的发展,目前应用计算机进行仿真研究己经渗透到各个技术领域。由于水声信道的复杂性,采用传统的手段设计适合浅海信道的通信系统既困难又不经济。而采用计算机仿真技术,则可以较好的对水声信道建模,同时也可以利用仿真事件的可重复性寻找对系统有重要影响的因素,甚至完美地模拟出真实的水声信道环境。 本文主要进行水声信道的建模与仿真的研究工作。 首先介绍了基于波动方程的五种建模技术,着重介绍射线理论模型的特点及其在声场环境模型处理中的应用可行性。接着分析了水声信道的主要特性以及浅海多途特性。阐述了射线传播理论,并在此基础上介绍了声线跨度模型和基于该模型的分层海洋中的本征声线的搜索算法,该算法能够快速而准确地搜索出重要的本征声线。接着,本文给出了水声信道的本征路径模型,从传播衰减和延迟、多径分量、多普勒频移几个方面用数学公式对本征路径信道进行了详细的理论分析,说明此信道模型的合理性和可行性。 最后,本文采用MATLAB建立仿真界面,对水声信道本征路径模型进行了仿真工作。并对仿真中输入的参数进行了一定的理论分析,对仿真所选参数给出了合理解释。从仿真结果中,说明了本征路径模型对水声的建模是合理正确的。


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