淺海浮標(biāo)水聲通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究

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1、密級(jí)：——中國科學(xué)院大學(xué)UnjversityofChineseAcademyofSciences博士學(xué)位論文作者姓名：塞紹建指導(dǎo)教師：黃遵主班基旦生墾科堂睦直堂班塞壓藝左班塞雖生圍疆堂暄直堂班塞壓學(xué)位類別：王堂墁±學(xué)科專業(yè)：信量皇信皇絲堡研咒所：生國抖堂瞳直堂班塞壓2013年5月ByZhiShaolongADissertationSubmittedtoTheUniVersi坶ofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofsignalandinf．ormationpr

2、ocessingInstituteofAcoustics，ChineseAcademyofSciencesMay'2013中國科學(xué)院聲學(xué)研究所學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本論文的所有工作，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。論文作者簽名：日期：加7弓年j月糾日學(xué)位論文使用授權(quán)說明本人完全了解中國科學(xué)院大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：·按照中國科學(xué)院大學(xué)要求

3、提交學(xué)位論文的印刷本和電子版本；·中國科學(xué)院大學(xué)與中國科學(xué)院聲學(xué)研究所有權(quán)保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；·中國科學(xué)院大學(xué)與中國科學(xué)院聲學(xué)研究所可以采用影印、縮印j數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；(保密論文在解密后遵守此規(guī)定)敝作者張挺乙億導(dǎo)師簽名．董硝彳日期：加7弓年r劇1日摘要隨著世界各國海洋意識(shí)的日益增強(qiáng)，無論是民用領(lǐng)域還是軍事領(lǐng)域，對(duì)穩(wěn)定的水聲通信系統(tǒng)的需求也日趨強(qiáng)烈。我國擁有廣闊的領(lǐng)海，其中大部分為淺海和大陸架區(qū)域。相比于深海信道，淺海水聲信道復(fù)雜的時(shí)．空．頻變特性導(dǎo)致現(xiàn)有的水聲通信系統(tǒng)不能滿足應(yīng)用需求。因此，淺海水聲通信系統(tǒng)研究對(duì)于維護(hù)我國海洋主權(quán)、開

4、發(fā)海洋資源、促進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用。通信浮標(biāo)作為一種小型化通信系統(tǒng)，具有布放簡單、機(jī)動(dòng)靈活、覆蓋范圍大、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，世界各海洋強(qiáng)國都投入大量資源用于浮標(biāo)系統(tǒng)研究。但是，小型化也給浮標(biāo)水聲通信體制和系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來諸多挑戰(zhàn)。本文緊密結(jié)合需求和實(shí)際，在淺海水聲信道特性研究的基礎(chǔ)上，建立了淺海浮標(biāo)水聲通信系統(tǒng)模型，提出了浮標(biāo)水聲通信系統(tǒng)的通信體制和體系結(jié)構(gòu)。研究了淺海浮標(biāo)通信系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)算法和分集均衡算法。在浮標(biāo)水聲通信體制的指導(dǎo)下，結(jié)合需求，提出了浮標(biāo)水聲通信系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，完成了各分系統(tǒng)的工程實(shí)現(xiàn)。研制的淺海浮標(biāo)水聲通信系統(tǒng)原理樣機(jī)經(jīng)過多次海試驗(yàn)證，性能穩(wěn)定，具有一定的工程應(yīng)

5、用價(jià)值。本文針對(duì)淺海水聲通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)展開深入研究，主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)部分：1．在研究了水聲通信技術(shù)和水聲通信系統(tǒng)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀后，提出了浮標(biāo)水聲通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)、通信模型和設(shè)計(jì)目標(biāo)。提出了淺海浮標(biāo)水聲通信體制和浮標(biāo)通信系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。2．研究了淺海水聲信道的基本特性和時(shí)頻衰落特性對(duì)通信信號(hào)傳播的影響。利用射線跟蹤模型，深入研究了聲速剖面、聲源深度、海底起伏等因素對(duì)信號(hào)傳播的影響。建立了可以反映實(shí)際海區(qū)環(huán)境信息和信道特征的淺海水聲信道仿真系統(tǒng)。3．建立了淺海浮標(biāo)水聲通信系統(tǒng)上行鏈路和下行鏈路的通信體制。從浮標(biāo)水聲通信技術(shù)特點(diǎn)的角度，提出了發(fā)射信號(hào)設(shè)計(jì)方案，統(tǒng)籌調(diào)制

6、解調(diào)算法與系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)。提出了針對(duì)不同需求的幀同步算法和載波同步算法。4．深入研究了直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)和砌墩e接收技術(shù)在淺海水聲信道中的應(yīng)用。在淺海負(fù)躍層雙波束信道的假設(shè)下，通過仿真比較了兩種接收算法淺海浮標(biāo)水聲通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究的性能，從理論上分析了Ra出e接收技術(shù)在復(fù)雜水聲信道下失效的原因，進(jìn)而說明了水聲信道多徑效應(yīng)的兩面性。5．提出了淺海水聲信道空間分集均衡聯(lián)合算法。在判決反饋均衡技術(shù)的基礎(chǔ)上，將單通道均衡擴(kuò)展為多通道均衡，結(jié)合數(shù)字鎖相環(huán)完成載波同步和相位跟蹤。提出了一種I冰e與空間均衡聯(lián)合算法，利用波束成形技術(shù)分辨來波方向，在獲得陣列增益的同時(shí)，達(dá)到分集合并的目的。6．

7、在淺海浮標(biāo)水聲通信體制的指導(dǎo)下，完成了浮標(biāo)水聲通信系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。按照浮標(biāo)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和體系結(jié)構(gòu)，提出了各分系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和體系結(jié)構(gòu)。完成了接收機(jī)與發(fā)射機(jī)的工程實(shí)現(xiàn)。深入研究了換能器與電子系統(tǒng)的匹配理論，提出了一種整體匹配方法。完成了調(diào)制解調(diào)算法在基于多核DSP的信號(hào)處理系統(tǒng)上的實(shí)現(xiàn)。完成了淺海浮標(biāo)水聲通信系統(tǒng)原理樣機(jī)的工程研制。7．結(jié)合需求和實(shí)際，提出了一種自適應(yīng)閾值的喚醒信號(hào)檢測算法，完成了該算法在低功耗微處理器上的工程實(shí)現(xiàn)。文中所有