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水声通信及网络技术综述

电子与信息学报 2024年第1期46卷 1-21页

作者：杨健敏王佳惠乔钢刘凇佐马璐何鹏中山大学海洋工程与技术学院珠海519000 哈尔滨工程大学水声技术重点实验室哈尔滨150001 工业和信息化部海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学) 哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨150001 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519000 极地环境立体观测与应用教育部重点实验室(中山大学) 珠海519000

水声通信(UAC)及网络技术在海洋环境监测、商业领域和军事领域等诸多方面发挥着重要作用,关心海洋、认识海洋、经略海洋离不开水声通信及网络技术的发展。该文对水声通信技术和水声通信网络(UACN)进行综述,首先回顾了水声通信技术和水... 详细信息

水声通信(UAC)及网络技术在海洋环境监测、商业领域和军事领域等诸多方面发挥着重要作用,关心海洋、认识海洋、经略海洋离不开水声通信及网络技术的发展。该文对水声通信技术和水声通信网络(UACN)进行综述,首先回顾了水声通信技术和水声通信网络的发展,总结了水声信道的特点。然后,对于水声通信技术中的非相干调制技术、相干调制技术以及以应用需求为导向的新型通信技术进行陈述。随后,对于水声通信网络中数据链路层媒介接入控制协议、网络层的路由协议和跨层设计进行分类探讨。最后,对目前水声通信及网络技术的不足进行总结,并且对未来水声通信及网络技术的发展进行展望。

关键词：水声通信水声通信网络技术调制解调 MAC协议路由协议

基于排序码本的水声自适应OFDM通信中信道状态信息反馈研究

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电子与信息学报 2024年第5期46卷 2095-2103页

作者：刘凇佐韩雪马璐徐金颉杨洋哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室哈尔滨150001 工业和信息化部海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学) 哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨150001 哈尔滨工程大学三亚南海创新发展基地三亚572024

水声(UWA)信道时延扩展大等特点导致信道频响(CFR)快衰落,水声通信(UWAC)技术发展受到挑战。发射端获取有效可靠的信道状态信息(CSI)是自适应通信的前提,针对水声自适应正交频分复用(OFDM)通信的需求,该文提出基于排序码本的信道状态信... 详细信息

水声(UWA)信道时延扩展大等特点导致信道频响(CFR)快衰落,水声通信(UWAC)技术发展受到挑战。发射端获取有效可靠的信道状态信息(CSI)是自适应通信的前提,针对水声自适应正交频分复用(OFDM)通信的需求,该文提出基于排序码本的信道状态信息分组排序拟合反馈算法(CSI-GSFF),包括分组、排序、数据拟合3个步骤。该算法首先将相邻导频子载波分组,以组为反馈单元;然后对各组内的导频子载波按照信道增益值进行排序,以减轻水声信道频响快衰落造成的反馈开销大等不利影响;最后进行多项式拟合,排序操作有效地降低了拟合阶数。通过实测海试时变信道数据仿真,结果表明,该文提出的信道状态信息反馈算法能够基本达到完美信道状态信息情形下的水声自适应OFDM通信系统误码率性能,同时可以有效地减少反馈开销。

关键词：水声通信正交频分复用自适应调制信道状态信息有限反馈

联合稀疏自适应滤波的水声通信双向迭代均衡算法

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声学学报 2024年第5期49卷 1041-1050页

作者：刘璐郑睿哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室哈尔滨150001 工业和信息化部海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学) 哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨150001

针对具有稀疏性的水声信道,提出了一种参数自适应调整稀疏迭代最小二乘自适应算法。通过联合优化遗忘因子和稀疏约束参数,实现不同结构特性稀疏信道的自适应匹配,使均衡算法更快地收敛到稳态;针对常规均衡算法和单一方向Turbo判决反馈... 详细信息

针对具有稀疏性的水声信道,提出了一种参数自适应调整稀疏迭代最小二乘自适应算法。通过联合优化遗忘因子和稀疏约束参数,实现不同结构特性稀疏信道的自适应匹配,使均衡算法更快地收敛到稳态;针对常规均衡算法和单一方向Turbo判决反馈均衡器存在误差传递的问题,设计了一种稀疏自适应迭代最小二乘算法与双向迭代Turbo判决反馈均衡器相结合的均衡器结构,改善了常规均衡算法和单一方向Turbo判决反馈均衡器误差传递的问题,提高了在稀疏水声信道条件中自适应均衡器的收敛速度和均衡性能。仿真和试验数据结果表明,在稀疏水声信道中,基于参数自适应调整稀疏迭代最小二乘算法的双向Turbo均衡算法具有更快的收敛性能、更低的误比特率和更好的均衡效果。

关键词：信道均衡稀疏性 Turbo 接收机双向均衡

基于M元循环移位的MIMO扩频深海水声通信方法

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系统工程与电子技术 2024年

作者：程琳葛威门伟哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室极地海洋声学与技术应用教育部重点实验室(哈尔滨工程大学)教育部哈尔滨工程大学水声工程学院中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室清华大学电子工程系

针对传统扩频通信系统速率低，难以广泛应用于水下通信组网的问题，提出一种将M元循环移位(M-ary cyclic shift keying，MCSK)扩频与多输入多输出(multiple input multiple output，MIMO)通信系统相结合的高效水声通信方法，一方面利用M... 详细信息

针对传统扩频通信系统速率低，难以广泛应用于水下通信组网的问题，提出一种将M元循环移位(M-ary cyclic shift keying，MCSK)扩频与多输入多输出(multiple input multiple output，MIMO)通信系统相结合的高效水声通信方法，一方面利用MIMO系统的空分复用增益及MCSK编码增加信息调制维度，进而实现通信速率的显著提升；另一方面，接收端相应提出一种频域相位共轭能量检测算法抑制码间干扰和同信道干扰并进行低复杂度译码，并通过仿真验证其优越性。在南海南沙群岛以北海域开展的2发8收MIMO深海试验中，成功实现了通信距离为10km和20km处通信速率为257.8bps的低误码水声通信，验证了所提方法的有效性和稳健性。

关键词：扩频水声通信 M元循环移位 MIMO 被动相位共轭频域能量检测

脉冲干扰下基于变分贝叶斯推断的水声正交频分复用联合估计方法

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声学学报 2024年第5期49卷 1051-1060页

作者：葛威焦桦坤佟文涛生雪莉韩笑哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室哈尔滨150001 教育部极地海洋声学与技术应用教育部重点实验室(哈尔滨工程大学) 哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨150001 中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190

脉冲干扰环境下水声正交频分复用通信性能严重下降,为此提出了基于变分贝叶斯推断的信道估计方法。该方法利用水声信道和脉冲干扰的稀疏特性,基于平均场变分贝叶斯推断,将信道向量和脉冲干扰向量的后验概率分布分别分解为简单概率分布... 详细信息

脉冲干扰环境下水声正交频分复用通信性能严重下降,为此提出了基于变分贝叶斯推断的信道估计方法。该方法利用水声信道和脉冲干扰的稀疏特性,基于平均场变分贝叶斯推断,将信道向量和脉冲干扰向量的后验概率分布分别分解为简单概率分布进行拟合,基于导频子载波迭代直至收敛,得到信道和脉冲干扰的最大后验估计。所提方法改进了基于稀疏贝叶斯学习的干扰、信道联合估计方法中信道和干扰构成的联合向量无法分离二者稀疏度的问题,并且显著降低了计算复杂度。在此基础上,进一步提出了基于变分贝叶斯推断的干扰、信道和符号联合估计方法,将未知符号融入变分贝叶斯推断框架,与干扰和信道一起迭代,最终得到更精确的符号估计。仿真和试验结果验证了所提算法的有效性,与现有方法相比,本文所提方法具有更低的误码率和复杂度。

关键词：正交频分复用脉冲干扰变分贝叶斯推断稀疏贝叶斯学习联合估计

针对电力线通信信道下脉冲噪声的鲁棒混沌传输系统优化设计综述

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电子与信息学报 2024年第5期46卷 1761-1773页

作者：苗美媛田峰王琳代洲南京邮电大学通信与信息工程学院南京210003 厦门大学信息学院厦门361005 贵州财经大学管理科学与工程学院贵阳550025 自然资源部东南沿海海洋信息智能感知与应用重点实验室漳州363000

随着用户的剧增,现有的无线资源已经难以为继。因此,电力线通信(PLC)的重新启用引起了各大研究单位及工业界的关注。PLC由于信道环境复杂,现有处理方案复杂度及成本较高,因而导致其发展缓慢。其中针对脉冲噪声的研究工作最为广泛,如何... 详细信息

随着用户的剧增,现有的无线资源已经难以为继。因此,电力线通信(PLC)的重新启用引起了各大研究单位及工业界的关注。PLC由于信道环境复杂,现有处理方案复杂度及成本较高,因而导致其发展缓慢。其中针对脉冲噪声的研究工作最为广泛,如何在低成本情况下针对脉冲噪声实现数据传输的鲁棒性尤为重要。该文首先介绍PLC环境中几种主流噪声以及分类,而后描述具有低成本低复杂度的差分混沌键控(DCSK)及多元DCSK(MDCSK)调制技术。分别介绍与分析该系统在PLC中的特性,以及针对各种脉冲噪声种类存在的优势以及改进方式。其次该文将介绍一些相关编码调制新方案以便于提高带限环境下的传输质量。结果表明这些优化工作显著地改善了系统性能,针对PLC整体信道特性系统参数的调制及编码调制传输优化方案将成为未来工作的研究热点。

关键词：差分混沌键控电力线通信脉冲噪声编码调制

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多圆柱组合体目标回波特性研究

哈尔滨工程大学学报 2024年

作者：张弘瑞陈文剑王艺迪厉夫兵哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学)工业和信息化部哈尔滨工程大学水声工程学院中国电子科技集团公司第二十八研究所北京信息科技大学信息与通信工程学院

针对多圆柱组合体目标回波中的多次散射声场计算问题，提出在声束弹跳方法中利用KD树结构加速声束追踪的研究方法。首先建立基于多圆柱组合体目标的轴对称包围盒，之后通过最大方差法和中间剖分法在空间不同维度上对包围盒进行划分，同... 详细信息

针对多圆柱组合体目标回波中的多次散射声场计算问题，提出在声束弹跳方法中利用KD树结构加速声束追踪的研究方法。首先建立基于多圆柱组合体目标的轴对称包围盒，之后通过最大方差法和中间剖分法在空间不同维度上对包围盒进行划分，同时通过分离轴算法进行面元数据的归属分配，经过多次划分后完成目标KD树结构的建立；然后进行声束构建和声束追踪，加快追踪时声束与面元的相交判断过程；最后根据追踪结果进行多圆柱组合体目标强度的计算。结果表明：声波在柱体之间存在多次声散射，多次散射与一次散射回波存在相位差，干涉叠加后导致多圆柱组合体目标强度在原本一次散射的基础上得到增强或减弱。通过实验测量结果与仿真计算结果对比，不同入射角度下实测结果与理论预报结果都有较好的一致性。

关键词：多圆柱组合体回波特性多次散射 KD树声束弹跳法

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仿海豚哨声频率调制水声通信信号自动识别

声学学报 2024年

作者：刘亚男刘凇佐方涛马天龙颜宏璐凌焕章哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室工业和信息化部海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学) 哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨工程大学三亚南海创新发展基地江苏科技大学海洋学院哈尔滨工程大学数学科学学院

针对现有水声信号特征参数无法有效辨识仿海豚哨声水声通信信号调制方式的问题，提出联合多特征的仿海豚哨声频率调制水声通信信号自动识别方法。首先，通过预处理和最小二乘多项式拟合估计海豚哨声谱轮廓；然后，基于估计的海豚哨声谱... 详细信息

针对现有水声信号特征参数无法有效辨识仿海豚哨声水声通信信号调制方式的问题，提出联合多特征的仿海豚哨声频率调制水声通信信号自动识别方法。首先，通过预处理和最小二乘多项式拟合估计海豚哨声谱轮廓；然后，基于估计的海豚哨声谱轮廓提取特征参数，仿真结果表明提取的特征对仿海豚哨声频率调制水声通信信号具有良好的辨识能力和稳健性；最后，联合支持向量机分类器实现自动识别。湖试验证了所提方法的识别效果，分析了调制参数(码元宽度和频率偏移量)对识别率的影响。结果表明，调制的频率偏移量对平均识别率的影响更显著。当频率偏移量为50 Hz，信噪比大于5 dB时，平均识别率约90%以上；当频率偏移量不小于100 Hz，信噪比大于0 dB时，平均识别率达到95%以上。

关键词：仿生伪装水声通信海豚哨声自动调制识别特征提取哨声谱轮廓

压电材料全矩阵材料常数超声谐振谱反演技术中的变温模式识别

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物理学报 2017年第2期66卷 330-337页

作者：汤立国厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室厦门361102

利用传统的超声脉冲-回波与电谐振技术定征压电材料全矩阵材料参数,必须采用多块尺寸差异显著的样品,故很可能导致定征结果不自洽.超声谐振谱(RUS)技术仅需一块样品即可对压电材料全矩阵材料参数进行定征,故可确保定征结果的自洽.由于... 详细信息

利用传统的超声脉冲-回波与电谐振技术定征压电材料全矩阵材料参数,必须采用多块尺寸差异显著的样品,故很可能导致定征结果不自洽.超声谐振谱(RUS)技术仅需一块样品即可对压电材料全矩阵材料参数进行定征,故可确保定征结果的自洽.由于实际测量谐振谱中模式混叠与遗漏现象不可避免,使得谐振谱中谐振模式的准确识别成为RUS技术顺利实施的最大难点.本文提出一种谐振模式的变温识别技术.温度变化可导致压电体材料参数发生变化,材料参数的改变可影响各谐振模式的振动频率,且对不同谐振模式影响不一致,因此改变测量环境温度,有可能使得所测量超声谐振谱中某些原本混叠的模式分开或使得某些原本遗漏的模式出现.压电陶瓷(PZT-8)的实验结果表明,该技术可有效提高谐振谱中谐振模式识别准确率,从而保证了RUS反演的可靠性.

关键词：压电材料材料常数超声谐振谱变温模式识别