基于Chirp扩频的移动平台水声通信技术研究

发布时间：2017-06-23 08:18

  本文关键词：基于Chirp扩频的移动平台水声通信技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水声通信技术是水下信息交互的主要手段,水声信道尤其是浅海水声信道是目前最为困难的无线信道之一,水声信道是时变、空变的。近年来,移动平台如自主水下航行器(AUV)的迅速发展对水声通信提出了新的需求,在移动情况下,多径干扰和多普勒效应是水声通信的主要障碍之一。因此为了实现移动平台可靠、低功耗的水声通信,必须克服多径干扰和多普勒效应,而Chirp扩频技术的特点正好符合移动水声通信的要求。本文首先分析了浅海移动水声信道的特点,并针对移动平台着重分析了多普勒效应的影响,并给出了浅海移动水声信道模型,为后续通信系统的仿真奠定了基础。然后对移动水声通信中的多普勒估计和帧同步技术进行了分析研究,对正反扫频的双曲调频(HFM)信号方法进行了着重推导分析,并与其他基于线性调频(LFM)信号和HFM信号的方法进行了性能对比分析,结果表明正反扫频HFM方法性能最好。接着对Chirp扩频技术不同方式进行了研究,主要分析了三种调制方式,一种是二进制正交键控方式,另外两种是直接调制方式,分别为Chirp-PSK调制和Pattern时延编码(PDS)调制,并着重对直接调制方式在抗多径和多普勒的性能进行分析,并在此基础上给出了新的接收机解调方案,通过仿真表明本文提出的利用相邻码元进行时间反转卷积得到编码时延差值的PDS系统的性能最好。最后,对Chirp扩频系统进行了实验验证。基于AUV移动平台设计了一套移动水声通信实验数据采集系统,在莫干湖进行了移动平台水声通信实验,结果表明在发送节点与接收节点存在相对运动时,本文中给出的PDS系统性能表现良好,进一步验证了仿真的结论。
【关键词】：移动平台 浅海水声通信 多普勒估计和帧同步 Chirp扩频 湖试
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.3
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 课题背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.3 论文主要研究内容14-15
• 2 浅海水声信道15-25
• 2.1 浅海水声信道特点15-20
• 2.1.1 声传播衰减15-16
• 2.1.2 海洋环境噪声16-17
• 2.1.3 通信带宽17
• 2.1.4 多径传输17-18
• 2.1.5 多普勒效应18-20
• 2.2 水声信道建模20-24
• 2.2.1 简正波模型21-23
• 2.2.2 浅海移动多径水声信道模型23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 3 多普勒估计和帧同步技术25-41
• 3.1 Chirp信号特性分析26-31
• 3.1.1 LFM信号特性26-27
• 3.1.2 HFM信号特性27-29
• 3.1.3 LFM和HFM信号特性对比29-31
• 3.2 多普勒估计和帧同步方法31-39
• 3.2.1 块估计法31-32
• 3.2.2 正反扫频LFM信号多普勒估计和同步方法32
• 3.2.3 HFM与单频脉冲信号联合多普勒估计和同步方法32-35
• 3.2.4 反扫频HFM信号多普勒估计和同步方法35-36
• 3.2.5 多普勒估计和帧同步性能仿真36-39
• 3.3 本章总结39-41
• 4 Chirp扩频通信系统41-65
• 4.1 CSS-BOK方式42-46
• 4.1.1 BOK调制方式42-46
• 4.2 CSS-DM方式46-58
• 4.2.1 Chirp-PSK调制与解调46-52
• 4.2.2 PDS调制与解调52-58
• 4.3 CSS通信系统仿真分析58-64
• 4.3.1 CSS通信系统参数设计58-61
• 4.3.2 仿真性能对比61-64
• 4.4 本章总结64-65
• 5 Chirp扩频移动水声通信实验65-85
• 5.1 移动水声通信实验数据采集系统65-74
• 5.1.1 主控模块设计66-67
• 5.1.2 FPGA协处理板设计67-72
• 5.1.3 系统电源模块72-74
• 5.2 移动水声通信系统实验研究74-84
• 5.2.1 实验环境及过程74-75
• 5.2.2 湖上实验方案及性能分析75-84
• 5.3 本章总结84-85
• 6 总结与展望85-87
• 6.1 全文工作总结85-86
• 6.2 未来工作展望86-87
• 参考文献87-91
• 作者简历及在学期间所取得的研究成果91

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