基于自相关目标函数的水声多普勒因子估计研究

发布时间：2017-08-10 15:39

  本文关键词：基于自相关目标函数的水声多普勒因子估计研究

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【摘要】：多普勒频移在通信系统中往往不可避免,多普勒估计是通信系统中不可或缺的一部分。经过多年的研究,陆上无线通信系统的多普勒频移估计技术已经取得不少的成果,在水下通信系统中,由于声波在海水中良好的传播性能,声波作为人们进行海洋开发研究的主要信息载体,但相对于陆上的无线通信,声波的速度远小于电磁波,而且声波速度受水流速度等因素的影响,水下多普勒频移要比陆上的多普勒频移大几个数量级。因此,水声通信中多普勒频移的估计和补偿成为水声通信中不可忽略的重要环节,为此本文针对水下环境中的多普勒频移估计进行了研究,具体的内容包括:第一,阐述了海洋水声环境下的效应,声波在海洋中的传播过程中,受到了包括声吸收和散射引起的传播损耗,多径效应带来的延时,海洋中环境的各种噪声以及多普勒效应的带来的影响。本文还介绍了几种经典的多普勒估计算法,并分析了这些算法在水声通信和探测中的可适用性。第二,针对现有多普勒估计算法估计在低信噪比下精度不足和运算量过大的问题,本文提出一种快速的基于自相关目标函数的多普勒估计方法。本文算法是通过对单频信号的自相关函数进行推导,构造出了目标函数,以此求解出了多普勒频移因子估计的闭式表达式。第三,根据参数估计的理论知识,文中推导出了在单频率信号模型下的多普勒估计性能的理论下界(CRB界),并进行了理论和算法仿真实验。仿真结果表明,本文所提算法较现有低复杂度的多普勒估计方法估计精度高,并且在低信噪比条件下可逼近理论的CRB界。
【关键词】：多普勒估计 参数估计 自相关函数 目标函数
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 水声通信与探测的发展历史10-12
• 1.3 水声多普勒估计技术国内外的研究现状12-13
• 1.4 论文研究的主要内容及组织结构13-15
• 第二章 水声环境效应及多普勒估计技术15-36
• 2.1 引言15
• 2.2 水声环境效应15-25
• 2.2.1 水声环境的基本参数15-19
• 2.2.1.1 海水中的声速和垂直结构16-17
• 2.2.1.2 海水的声吸收17-18
• 2.2.1.3 声传播的界面特性18
• 2.2.1.4 海洋内部的非均匀性18-19
• 2.2.1.5 不确定性和非线性19
• 2.2.2 水声环境的信道特性19-25
• 2.2.2.1 有限的通信带宽20-21
• 2.2.2.2 海洋噪声21-22
• 2.2.2.3 多径效应22-24
• 2.2.2.4 多普勒效应24-25
• 2.3 多普勒估计技术25-35
• 2.3.1 参数估计的基本概念25-26
• 2.3.2 参数估计的性能指标26-27
• 2.3.3 块多普勒估计法27-28
• 2.3.4 基于功率谱自相关函数法28-31
• 2.3.5 模糊度函数法31-32
• 2.3.6 基于频率估计法32-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 基于自相关目标函数的多普勒估计36-46
• 3.1 引言36
• 3.2 信号模型36-37
• 3.3 信号的自相关分析37-38
• 3.4 目标函数38-39
• 3.5 多普勒频移因子估计39-41
• 3.6 多普勒估计理论性能下界41-45
• 3.6.3 克拉美-罗下界41-45
• 3.7 本章小结45-46
• 第四章 算法性能仿真及分析46-59
• 4.1 引言46
• 4.2 仿真参数46-47
• 4.3 新算法仿真分析47-51
• 4.3.1 自相关序列的选择47-48
• 4.3.2 新算法性能仿真48-51
• 4.4 与其他算法性能比较51-58
• 4.4.1 不同信噪比下的算法性能比较51-54
• 4.4.2 不同信号长度下的算法性能比较54-55
• 4.4.3 不同频率下的算法性能比较55-57
• 4.4.4 不同多普勒因子的算法性能比较57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 结论与展望59-60
• 参考文献60-64
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果64-65
• 致谢65-66
• 附件66

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本文编号：651527