时变水声环境中的单矢量信道均衡技术

发布时间：2020-05-10 16:12

【摘要】：水声通信成为近些年的研究焦点。由于海洋环境噪声大、信道多途结构复杂、传播损失大等恶劣信道条件下,为了获取更高的接收信噪比,通常采用大尺寸接收阵进行接收信号。但这在水下潜器中并不适用,所以研究性能良好的小尺寸接收机十分必要。本文首先根据水声信道特性建立了时变水声信道物理模型、矢量信道物理模型和时变矢量信道物理模型,并通过对矢量信道的多途结构和矢量场中声压信道与振速信道的相关特性分析可知,在矢量信号场中声压信道与水平振速信道是相干的,但声压信道与垂直振速信道是非相干的。在矢量噪声场中,声压噪声与振速噪声均是非相干的;这为矢量自适应信道均衡研究奠定了物理基础。针对时变水声信道存在严重的信道多径干扰和信道多径衰落问题,自适应多通道判决反馈均衡器利用自适应算法可以根据信道变化而改变均衡器权系数和垂直信道非相干的物理特性,有效地提高了均衡系统的输出增益,但是这样的接收机尺寸较大。矢量水听器能同步共点地输出矢量场中的声压与振速信息,同时利用在矢量信道场中声压信道与水平振速信道是相干的,声压信道与垂直信道是非相干的,但在矢量噪声场中声压与振速是非相干的物理特性,研究了基于单矢量水听器的自适应信道均衡系统。通过对单矢量均衡系统与标量均衡系统均衡性能的比较分析可知,矢量均衡系统比标量均衡系统具有更好的均衡效果;对单矢量均衡系统中不同组合方式的均衡性能进行比较分析可知,利用声压与水平振速的线性组合信号与垂直振速信号进行自适应多通道均衡的均衡性能最佳。为了进一步提高单矢量均衡系统的均衡性能,利用时反的空-时聚焦特性对信道多途进行有效地抑制,再利用自适应判决反馈均衡器进行消除残余的码间干扰,这有效地降低了均衡后的误码率。针对判决反馈均衡器若出现判决错误时会导致错误传递现象,利用水声信道关于时间非对称的特性进行双向判决反馈均衡,进一步降低均衡误码率。对比分析了在不同环境参数、不同通信参数条件下单矢量自适应均衡的性能,以及研究分析了单矢量自适应均衡算法在时变信道中的性能。最后针对上述的理论分析进行仿真和外场实验,对单矢量自适应均衡算法、双向判决反馈均衡算法、结合时间反转镜技术的自适应均衡算法和分数间隔均衡器的均衡性能进行验证。
【图文】：

道的特性本来就非常复杂，再加上一些人类活动使得海洋的环复杂的海洋环境噪声直接影响了接收信号的信噪比。我们都知带宽是非常窄的，因为声波带宽的下限频率主要受海洋环境噪上限频率取决于声波在海洋中的传播吸收损失。境噪声的噪声源很多，一般浅海区的噪声源主要有潮汐、暴雨船舶噪声、海岸的人类活动噪声等；而一般在深海，其主要的海水静压力、地震扰动、海洋湍流、波浪非线性作用引起的低声、风成噪声（海面波浪噪声）及热噪声等[40]。于岸上人类活动的影响在不同地区有很大的不同，这也使得在声的区别也非常大，而深海区的环境噪声一般会比浅海噪声稳环境噪声会比深海区的坏境噪声高 10dB[41]。多途效应严重海洋环境中传播，由于受海面和海底的反射向前传播，导致接达的声波信息，这就是水声信道中普遍存在的多途效应，如图

pa 。而这些个参数在其各自的范围内是时变的。如图2.2所示为收发间距为1km，发射深度为20m，接收深度为40m，，海深为100m，声速梯度如图 2.2(a)所示，通过模型计算得到的一个时变信道。（a）声速梯度 （b）时变信道冲激响应函数图 2.2 声速梯度和时变信道冲激响应函数0 50 100 150 20000.511.522.533.544.5x10-3t=2.5s时的信道冲激响应时延/ms信道冲激响应0 5 10 15 20 25 3000.20.40.60.81hp时间相关性系数观测时间/s归一化相关峰值（a）t=2.5s 时的信道冲激响应 （b）时变信道的时间相关系数图 2.3 时变信道中 t=2.5s 的信道冲激响应和时间相关性系数
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.3

【参考文献】

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本文编号：2657560