基于参量阵的浅海水声通信系统设计与实现

发布时间：2018-04-09 16:09

  本文选题：水声通信　切入点：参量阵　出处：《大连理工大学》2014年硕士论文

【摘要】：水声通信技术一直是水声工程、海洋工程中的一个重要研究领域,研究的重点在于如何克服浅海信道的多径效应、时变效应所产生的信号畸变,降降低水声通信误码率,同时提高水声通信速率。参量阵技术具有低频窄波束、宽带、基阵尺寸小波束无旁瓣等特点,利用参量发射技术进行水声通信可有效的克服浅海环境中的不利因素,有效抑制多途效应,方便实现低频宽带发射,提高水声通信可用带宽,实现浅海环境中的高速率远程水声通信。 本文针对浅海定向水声通信的特殊环境要求,开展基于参量阵的浅海水声通信系统设计与实现研究。由参量阵的平面波参量阵模型、平面波条件下的自解调模型、考虑衍射和声吸收条件下的宽带参量阵模型,给出了参量阵声场参数的仿真计算结果,设计了利用原频波参数进行差频信号波形控制的方法,给出了参量阵相移键控调制方式,介绍了差频波相位参数控制方法的水池验证情况。对浅海参量阵水声通信信道特性进行建模分析,形成适于参量阵水声通信的载波OFDM调制方案和参量阵定向通信方法,并对峰均功率值比控制、导频方式设计、参量阵预处理方法等参量阵水声通信的技术要点进行了论述。利用射线声学的方法建立海洋多途信道模型,仿真分析了不同水文条件、典型海底介质的海洋声信道环境中的信道冲激响应函数及参量阵浅海水声通信的效能。 建立浅海参量阵水声通信系统原理样机,描述了参量阵水声通信系统的系统构成及实验测试情况,仿真分析与海上测试验证表明利用参量发射技术进行水声通信即可实现低频远程定向传输,同时又具备抑制多途效应,降低系统误码率,提高水声通信带宽,提高数据的传输速率的技术特点。在平均深度为20m的浅海进行了图像传输实验,采用4PSK的OFDM方式,当带宽为6kHz时通信速率为3.3kbps,误码率为0.0058;带宽为9kHz时通信速率为5.1kbps,误码率为0.0031。
[Abstract]:Underwater acoustic communication technology has always been an important research field in underwater acoustic engineering. The emphasis of the research is how to overcome the multipath effect of shallow water channel, the signal distortion caused by time-varying effect, and reduce the bit error rate (BER) of underwater acoustic communication.At the same time, the rate of underwater acoustic communication is improved.Parametric array technology has the characteristics of low frequency narrow beam, wide band, small array size beam without sidelobe and so on. Using parametric emission technology in underwater acoustic communication can effectively overcome the adverse factors in shallow water environment and effectively suppress the multipath effect.It is convenient to realize low frequency broadband transmission, to improve the available bandwidth of underwater acoustic communication, and to realize high rate and long range underwater acoustic communication in shallow water environment.In this paper, the design and implementation of underwater acoustic communication system based on parametric array is studied according to the special environmental requirements of directional underwater acoustic communication in shallow water.Based on the plane wave parametric array model of parametric array, the self-demodulation model under plane wave condition, and the wideband parametric array model under the condition of diffraction and acoustic absorption, the simulation results of sound field parameters of parametric array are given.A method for waveform control of differential frequency signal using original frequency wave parameters is designed. The modulation mode of phase shift keying of parametric array is given. The validation of phase parameter control method of differential frequency wave in pool is introduced.The channel characteristics of parametric array underwater acoustic communication in shallow water are modeled and analyzed. The carrier OFDM modulation scheme and parametric array directional communication method for parametric array underwater acoustic communication are formed, and the peak-to-average power ratio control and pilot mode design are also presented.The main technical points of parametric array underwater acoustic communication, such as parametric array pretreatment method, are discussed in this paper.The multipath channel model is established by means of ray acoustics, and the channel impulse response function and the effectiveness of parametric array shallow water acoustic communication under different hydrological conditions, typical underwater acoustic channel environment are simulated and analyzed.The principle prototype of parametric array underwater acoustic communication system in shallow water is established. The system structure and experimental test of parametric array underwater acoustic communication system are described.Simulation analysis and offshore test show that the use of parametric emission technology in underwater acoustic communication can realize low frequency remote directional transmission, at the same time, it can suppress the multipath effect, reduce the bit error rate of the system, and improve the bandwidth of underwater acoustic communication.The technical characteristics of improving the transmission rate of data.The experiment of image transmission in shallow water with an average depth of 20m is carried out. The OFDM mode of 4PSK is used. When the bandwidth is 6kHz, the communication rate is 3.3kbpsand the BER is 0.0058. when the bandwidth is 9kHz, the communication rate is 5.1kbpsand the BER is 0.0031.
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN929.3

【共引文献】

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本文编号：1727157