浅海声信道的信道响应估计研究

发布时间：2019-10-24 06:06

【摘要】：浅海海域无论是在军事还是民用方面都是一个十分重要的战略区域。声波作为在水中传播最远、性能最好的能量形式，被广泛应用于大规模远距离的水下信息传输。而对水声信道的研究，则是一切水下信息传递的基础,本文主要探讨了信道响应估计问题，即获得水声信道传输函数。其研究为海洋声传播特性的了解、水声通信的保障、水声设备的使用、水面舰艇之间的信息交互提供了重要的技术支持。 论文分析了浅海声信道的主要特点和实现信道响应估计的难点，对浅海声信道进行了建模与仿真，并结合海上声传播的实测数据，分别提出了针对已知声源和未知声源的水声信道响应估计方案。本文具体进行了以下几个方面的工作： 1、全面地综述了水声信道响应估计的研究概况，简单叙述了浅海多途信道模型的结构和假设条件，并从声速剖面、声传播损失、海底沉积层类型、水下噪声等四个方面阐述了海洋环境对水声信道的影响。 2、针对已知声源的信道估计问题，充分考虑频散的影响，提出基于消频散变换的水声信道响应估计方法。该方法在不需要任何海洋环境先验信息的前提下，只需利用发射和接收信号的有效频率点，就能准确地估计出信道响应函数。与传统的水声信道响应估计方法相比，该方法利用消频散变换消除了由频散引起的信号畸变，减缓了信道响应随频率的变化趋势，因此能够有效地提高信道响应估计的效率。 3、对于未知声源信号的水声信道响应估计，本文依据简正波理论和水声信道的固有特性，采用模态滤波盲解卷方法，从垂直阵接收数据中恢复出声源信号；并结合消频散方法，消除频散对盲解卷性能的影响，，提高了算法的精度。 4、分别针对浅海典型的波导环境：理想波导和夏季波导进行数值仿真，给出了方法的基本理论推导和初始值估计过程，对比了消频散前后水声信道响应估计（包括各号简正波不同频率成分的到达时间和幅度）的结果，从而验证了本文提出的基于消频散变换的水声信道响应估计方法的优势。通过对崂山湾海域声传播实验的数据分析，验证了以上方法具有较快的收敛速度和较稳定的性能。
【图文】：

图 2-1 浅海水声信道的声线传播示意图模型[29][30]传播的过程是十分复杂多变的，水声信道不但对声波的能射信号的波形也会产生影响，想要建立一个模型来完全模是不可能实现的。但在一定的时间内，可以将水声信道看信道，即时不变滤波器。根据这一原则，可以在误差允许理简化的数学模型，其所需的假设条件有：上声速不发生变化，仅是深度的函数。海底界面为平整界面，其不平整性可以通过调整海面、到合理的简化。接收器的位置是不动的。信道看作是一个时-空变的滤波器，其输入为声源发射信

Miiihtat1( ) ( )(2i 为第i条到达接收器的本征声线的声压归一化幅度值，i 为第i条到征声线的相对到达时间。因为各声线所经过的距离和路径不同，所的时间和声波能量的衰减也不相同，这就是多途效应导致信号畸变若发射信号为 s (t),则经过水声信道后的接收信号 r (t)可以写作：()()()()[()]()11iMiiMiiir t st ht st a t ast (2-个水声信道模型可以用图 2-2 来描述。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P733.2

【参考文献】

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本文编号：2552419