基于DSP的嵌入式水声跳频通信技术研究

sophie0love — Tue, 09 Nov 2021 16:48:33 GMT

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水声通信技术是当代海洋资源开发和国家安全保障的重要组成部分，也是我国海洋高技术急待研究开发的项目之一。随着现代海洋资源开发的迅猛发展和国家海洋安全的迫切需求，水声通信技术的研究越来越受到人们的重视。但是水声信道是一个十分复杂的时空频变随机多径信道，再加上高噪声、窄带宽、载波频率低、大起伏、传输时延大等特点，给水声通信带来极大的困难，其中强多径效应和大幅度起伏是造成水声通信性能较差的主要因素，它会导致信号幅度衰落和严重的码间干扰。近年来实际应用的迫切需求，水声网络通信成为国际水声技术领域研究的热点课题。而在水声通信网络中，实现可靠、稳健的点对点物理通信是水声网络通信的前提。本论文选题正是在这样的研究背景下，结合国家863专项课题“分布式海洋水声通信技术研究”而提出的。论文查阅了国内外大量水声通信相关文献资料，针对浅海水声信道的物理特性，基于射线理论建模，采用了Matlab对水声信道传输特性进行仿真研究。仿真结果表明，多途效应会造成接收信号的幅度衰落、频率扩展和码间干扰等，是影响水声通信有效和可靠性的主要原因，所以在水声通信中必须研究抗强多途径干扰的各种可能措施。由于扩频技术在抗码间干扰方面具有优良的特性，论文在分析了各种扩频技术之后，提出了采用跳频技术作为水声通信调制方式。根据水声信道声传输特点和跳频通信系统中同步信号快速、有效检测的重要性，论文设计了一种同步字头与频谱估计相结合捕获同步，互相关检测线性调频信号完成同步跟踪的同步方案。由于高速信号处理技术(DSP)的快速发展，论文研究了基于DSP硬件的嵌入式水声跳频通信系统。在对水声信道进行较为深入分析的基础上，采用DSP设计并实现了跳频水声通信系统中的编解码与同步技术。通过实验室水池及厦门港海上测试，系统可在一定传输速率下、实现高可靠性传输，在浅海海域(2～12m)，距离3km时，传输速率为200bit/s，误码率约为10—3。

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