基于声呐图像特征的水声多载波传输技术研究

作     者：崔俊飞 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：付晓梅

授予年度：2022年

学科分类：082403[工学-水声工程] 08[工学] 0816[工学-测绘科学与技术] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

主      题：水声通信 水下图像传输 多载波调制 频谱效率 图像压缩 

摘      要：水下声呐图像传输对开展海洋探测、海底救援等水下活动具有重要意义。然而水声信道带宽有限的特性与声呐图像数据量大的特点形成矛盾,且存在噪声干扰等影响图像传输质量的因素,因此实现高效可靠的水下声呐图像传输具有挑战性。本文围绕满足声呐图像传输对有效性和可靠性的要求开展研究,根据声呐图像压缩数据频率特征提出了具有高频带利用率的水声多载波调制技术,并基于声呐图像特征设计了具有一定抗误码能力的水下声呐图像传输方案。本文具体研究工作如下:(1)设计基于声呐图像压缩数据频率特征的非均匀非正交子载波结构,以携带更多有效信息。将声呐图像的压缩数据视为具有独特频率特征的压缩比特流图像,通过二维傅里叶变换和巴特沃斯滤波器对其进行频谱分析,提出将子载波矩阵设计与声呐图像压缩数据的频率特征相结合,设计了一种新型子载波结构。(2)提出了非均匀非正交多载波调制技术,以提高频谱效率。因为非正交子载波由正交基进行频域扩展和时域混叠生成,所包含的频率分量是初始正交子载波的子集,所以调制的频谱效率得到了提高。仿真和湖试实验表明,与现有的正交频分复用、正交波分复用、稀疏非正交波分复用三种典型多载波调制技术相比,本文提出的非均匀非正交多载波调制技术在占用更少频谱资源的同时降低了误码率,传输图像具有更高的峰值信噪比和结构相似度。(3)设计具有一定抗误码能力的水下声呐图像渐进传输方案。基于感兴趣区域的渐进式压缩编码优先传输最具价值的感兴趣区域图像,通过提前获取图像关键信息节省了频谱资源。不等差错保护的信源信道联合编码对不同重要程度的压缩码流添加不同长度纠错信息以抵抗传输误码,避免解压图像失真。仿真与湖试实验表明,本文所设计的水下声呐图像传输方案可以实现高压缩比的图像渐进传输,有效抵抗传输误码,得到感兴趣区目标可辨的解码图像。