基于幅移键控的水声通信—定位算法设计及实现

作     者：田旭阳 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：闫敬;杨会龙

授予年度：2019年

学科分类：082403[工学-水声工程] 08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

主      题：水声通信 异步时钟 水下定位 接收信号强度 

摘      要：随着人类对海洋战略地位、海洋资源开发、海洋科学研究价值认识的深化,世界各国对海洋的关注提高到前所未有的战略高度。水声通信技术是人类认识海洋、开发海洋、利用海洋的基础技术支撑。而水下目标定位作为水声通信应用的基础性课题,能够为后续的水下目标追踪研究提供位置参考。因此搭建出有利于实验和有实用价值的水声通信平台系统至关重要。同时,在水声通信平台之上进行定位系统研究也是水声通信平台的一类实际应用,这对于构建海洋水声探测网络具有很大的意义。本文主要的研究工作如下:(1)针对水下复杂环境下节点之间通信问题,设计了基于幅移键控方式的水声通信系统,搭建了水声调制解调器的水声实验平台,实现两个或多个水下节点之间的信息交互目的,该实验平台系统具备半双工通信能力与二次开发应用能力,为后续定位设计奠定实验基础。实验结果表明所设计的水声通信系统能够实现节点之间稳定的数据传输。(2)针对水下复杂环境中节点之间时钟异步下的定位问题,在水声通信实验基础上,设计了异步定位策略消除节点之间水下异步时钟对信息交互过程的影响并建立了优化函数,通过迭代最小二乘法求解位置信息。仿真结果与实验结果验证了所设计的定位策略的有效性与可行性。(3)在不考虑水下时钟模型的情况下,根据水声信号强度与距离之间的关系,提出了基于水声接收信号强度的水下定位方法并建立优化函数,通过迭代最小二乘法求解位置信息,并通过仿真对定位方法的进行验证研究,在实验水池与燕飞湖进行探究性的实验,给出实验结果与实验分析。