基于矢量传感器的高速水声通信技术研究

基于矢量传感器的高速水声通信技术研究

一、基于矢量传感器的高速水声通信技术研究(论文文献综述)

黄熠,刘书杰,刘和兴,董钊,成家威[1](2021)在《基于单矢量水听器的水声通信接收机的设计与实现》文中研究说明随着海洋事业的不断发展,多用户水声通信技术正成为水声通信方向研究的热点。矢量水听器因其目标方位分辨能力和各向同性噪声的抑制能力有望在水声通信尤其多用户水声通信领域得到广泛应用。在理论研究了有源平均声强器的矢量方位估计方法与结合了矢量信号处理的自适应判决反馈均衡结构的基础上,设计了一套基于二维单矢量水听器的单载波通信体制的水声通信接收机系统。在吉林市松花湖进行了水平方向上的通信试验。试验结果表明,在通信距离为1.44 km、单载波QPSK调制、通信频带为10 kHz~14 kHz的条件下,最终误码率为2.1×10-3,验证了基于矢量水声通信算法的通信接收机的通信性能良好。

张雅渊[2](2021)在《基于信道建模和拓扑控制的移动水声传感器网络协议研究》文中研究表明随着水声通信技术的不断发展和水声通信设备、水下移动平台的日益成熟,移动水声传感器网络在水下信息感知与传输中承担了越来越重要的角色。凭借着水下移动平台的机动性,移动水声传感器网络能够实现对海洋环境的大范围实时观测,为重点海区的长期水下监测和安全时效预警提供保障。移动水声传感器网络不仅要考虑水声通信有限带宽、长时延和低速率等特性,同时还需要承担移动节点带来的网络结构和通信链路质量的动态变化。因此,需要设计与海洋环境、节点动态适配的移动水声传感器网络协议。论文针对静态和动态组网场景下的不同需求,研究和设计了相对应的媒体接入控制(Media Acess Control,MAC)和静态/动态路由方案。这些方案具备较高的传输效率并保证了网络的灵活性和鲁棒性。首先,考虑到现有水声网络仿真平台信道建模比较简单,和真实海洋环境差距较大,论文结合声信道传播模型实现了平台移动场景下的多径水声信道建模。以正交频分复用调制解调方式为例,建立了不同声速剖面下随传播距离与节点深度变化的误比特率模型。信道建模通过模拟真实的海洋信道,为后续协议仿真和优化提供合理的通信性能指标。其次,针对节点位置变化不大,网络层次相对稳定的静态组网场景,论文提出了基于拓扑控制的冲突避免MAC协议(Collision Avoidance Topology Controlled MAC,MACA_TC),实现在固定路由下对网络资源的合理分配。MACA_TC通过使用请求发送/允许发送(Request To Send/Clear To Send,RTS/CTS)包的握手机制实现冲突避免,通过基于节点距离的数据包功率控制优化暴露终端的并行传输问题。同时通过被动侦听邻居节点的分布情况定时调整RTS/CTS控制包功率,优化冲突避免的控制范围。接着,针对节点数量和网络结构不定变化的动态组网场景,在广播MAC和机会路由协议的基础上,提出了基于信道建模和拓扑控制的优化策略。针对海洋信道的声传播特点,利用信道特征优化路由转发过程以减少转发次数。根据网络结构调整传输功率以减小发射功率,并同时优化路由选择。理论分析和仿真表明,对于传输可靠性和负载要求高的网络场景,可采用基于点对点链路质量和位置矢量结合的节点度拓扑控制多跳路由(Hop-by-Hop Channel-Quality-and-Vector Based Forwarding with Degree based Topology Control,HH_CQVBF_DETC);对于要求低传输时延和低能耗的网络场景,可采用基于点对点链路质量和位置矢量结合的节点距离拓扑控制多跳路由(Hop-by-Hop Channel-Quality-and-Vector Based Forwarding with Distance based Topology Control,HH_CQVBF_DSTC)。论文通过网络仿真、理论分析以及多次海上试验对提出的信道模型和网络协议进行了性能测试和评估。仿真表明提出的协议可以在各自负载和网络规模下获得期待的性能。同时,通过试验也验证了信道模型和优化策略的合理性。最后,论文对全文工作进行了总结,并对移动水声传感器网络后续研究方向进行了展望。

谭东旭[3](2021)在《基于仿生行为的多水下机器人自主协作策略》文中研究说明随着多水下机器人的发展和技术的进步,多水下机器人协同控制成了多水下机器人系统的一个重要研究方向。队形控制问题是多AUV执行复杂协同任务的基础,针对不同的任务需要与环境,科研人员提出了多种控制方式,用来解决多AUV的队形控制问题。但是迄今为止,没有一套成熟理论框架可以用来指导多AUV的队形控制问题,往往仅是针对特定的编队任务设计队形控制算法,因此多AUV系统不够灵活。考虑到水声通信的特点、水下环境的复杂性、多水下机器人队形控制的应用场景,本论文主要内容如下:(1)针多水下机器人编队控制问题进行了研究,通过对生物群体的蜂拥行为进行分析,将单个AUV的运动控制分为位置协同项、速度协同项、导航项。又通过构建虚拟领航者,设计了基于目标跟踪的多水下机器人群集控制算法,将蜂拥算法应用到多AUV队形控制中,并通过仿真进行试验验证。(2)研究了基于分解策略的多水下机器人队形控制方法,将多水下机器人分解成多个子队伍进行编队控制,采用领航跟随法与基于行为法相结合的编队控制方式,对多水下机器人编队问题建立数学模型,利用Lyapunov函数设计子队伍的控制器,最后引入生物启发模型进行平滑处理。同时研究了多水下机器人的行为分解策略,并且设计了适合这种控制方式的通信协议。最后通过仿真及湖上试验进行了验证。(3)针对水声通信时延、通信丢包、变换拓扑结构,对多水下机器人编队控制的稳定性进行分析,对设计的编队控制算法进行优化,并进行试验验证。

万威威[4](2020)在《基于水声信道预测的空时分组喷泉码组合传输技术研究》文中认为水声信道多径效应明显、传输损耗大,严重影响了水声通信的有效性和可靠性。为了克服水声信道频率选择性衰落和多径效应,提高系统的差错控制能力,本文在水声传感器网络中构建了一种基于空时分组喷泉码的组合传输系统模型,并重点研究了该系统在不同情况下的误码性能,主要创新点如下:1. 在基于分簇算法的水声传感器网络中,引入虚拟多天线技术构建虚拟MIMO系统,设计了一种基于STBC-OFDM/SC-FDE组合传输系统模型,解决了传统网络中单天线结构的中继节点无法获得分集增益的问题,采用组合设计能够更好发挥系统抗多径衰落的优势。上行和下行链路分别采用STBC-SCFDE和STBC-OFDM系统模型,将复杂的FFT/IFFT功能模块部署在能量非受限节点侧,可以降低传感器节点硬件复杂度和功耗。仿真研究表明通过发射和接收分集能够有效提高系统误码性能,且当部分充当虚拟天线的协同节点失效时,系统误码性能无明显降低。此外在信道预测的基础上,研究了一种分簇算法改进的STBC-SCFDE系统,仿真结果表明,在低信噪比条件下该系统误比特率有所提升。为进一步提高系统性能,研究了一种可达到满分集满速率的水声QOSTBC-SCFDE系统,仿真结果表明,在相同传输速率和误码率条件下,该系统增益较水声STBC-SCFDE系统至少提升2d B以上。2. 针对水声信道传输延迟大的特点,为进一步提高系统误码性能,选用具有前向纠错能力和无码率特性的LT码和Raptor码,与STBC-SCFDE系统进行串行级联编码,构建基于空时分组喷泉码的组合传输系统模型,解决了上行链路中水声STBC-SCFDE系统误码率偏高的问题,实现了信息的可靠传输。仿真分析表明,当译码开销增加至1.25倍时,即使在低信噪比情况下,串行级联系统误比特率也能快速降低至10-4以下,特别是对具有多发多收天线的STBC-SCFDE系统误码性能提升更明显。在相同译码开销和信噪比条件下,基于Raptor码的串行级联系统较基于LT码的串行级联系统误比特率低至少1个数量级以上。

吴浩晨[5](2020)在《一种时分复用OFDM水声通信机的设计与实现》文中提出近年来水声通信蓬勃发展,在国防军事领域具有重大战略地位,在资源探测、潜水活动等民用领域中也被广泛应用。正交频分复用(OFDM)技术的频谱利用率高,抗多途能力强,通信速率高,适合应用于高速水声通信领域。本论文对一个时分复用OFDM水声通信机的设计与实现展开论述,并对系统设计过程中的关键技术进行了研究。针对浅海的时变水声信道,提出了一种基于可变导频的信道估计方法,该技术利用轮流插入导频的信道估计策略,对不同频点的信道特征进行估计与加权处理,得到完整的信道特征并以此对接收信号进行补偿。然后提出了一种频时域联合的多普勒估计方法,首先利用每个符号中的单频信号进行初始多普勒估计,重新同步后再利用数据帧的时域长度进行残余多普勒估计与补偿。最后研究了分组交织、循环前缀与峰均比抑制等技术对系统性能的影响。仿真和江上试验结果均证明,基于可变导频的信道估计技术可以较好的适应时变信道,优化系统性能。针对目前水声通信系统的通信时延较高的问题,采用时分复用技术可以更充分地利用水声通信的信道资源。本文进行了水声时分复用通信的时隙分配研究,提出了一种低时延时分复用通信方案,通过复用同一个信道在远距目标间进行低时延数据传输,在通信速度与通信时延中取得了平衡。仿真研究证明,本文提出的交叉时隙分配法在较远距离的水声通信中具有较低的时延。本文对上述OFDM水声通信机进行了软硬件设计与算法实现。水声通信机由数字信号处理模块、AD/DA转换器、前置放大电路与功率放大电路组成,以TMS320C6748型数字信号处理芯片(DSP)为核心的数字信号处理模块具有较强的信号处理能力,前置放大电路对接收到的水声信号进行放大与滤波处理,功率放大电路对发射信号进行功率放大以驱动发射换能器。算法层面上,本文对信号编解码算法、同步算法、信道估计算法和多普勒估计与补偿算法进行了实现,对缓存与算法的优化降低了系统算法的时间复杂度与空间复杂度。

温梦华[6](2020)在《水下定向无线传感器网络数据链路层与网络层协议研究》文中指出水下无线传感器网络在海洋资源开发方面具有举足轻重的作用,不断改善网络性能是一件极为迫切的任务。而定向通信技术具有空分复用的优势,可提高网络吞吐量和发送成功率等性能。本文设计了几种适用于水下定向无线传感器网络的媒体介入控制(Medium access control,MAC)协议和路由协议,把定向通信空分复用的优势充分利用到网络中,提高网络性能。首先,本文分别基于多模态换能器和矢量水听器的原理和工作模式建立了定向发射和接收模型。对于定向发射模型,为了选择定向发射波束的最优形状,本文定义了发射区内外面积比函数来衡量发射波束的优越性,并用粒子群算法求出该函数的最优解;对于定向接收模型,本文参照矢量水听器的测向和电子旋转的工作模式设计了矢量水听器屏蔽干扰信号的流程,使它能够实现对某个方向的信号的定向接收,减小其它方向上的干扰信号的影响;针对如何选取矢量水听器电子旋转的角度的问题,本文提出了用粒子群算法求解能使接收信号信干噪比达到最大的电子旋转角度最优解的方案。然后,对于MAC协议,本文以全向ALOHA协议为起点,逐步优化地提出了定向ALOHA协议、定向MACAW协议,主要工作包括设计这两种定向MAC协议的流程以及改进虚拟载波侦听机制。仿真结果表明,定向ALOHA协议可充分发挥空分复用的优势,相比于全向ALOHA协议明显提高了网络吞吐量和发送成功率等性能;定向MACAW协议在长数据包的情况下可改善定向ALOHA协议中出现的隐蔽终端问题;最后仿真分析了节点受内波、湍流影响而发生的随机转动对定向MACAW协议的影响,并提出了相应的解决方案。最后,本文对定向水声通信网络的路由协议进行了研究,研究了基于最小干扰代价原则的改进型AODV协议和基于最小跳数原则的改进型AODV路由协议,仿真对比结果表明,在定向通信的水下传感器网络中,基于最小干扰代价原则的AODV路由协议的发送成功率和网络吞吐量优于基于最小跳数原则的AODV路由协议。

成家威[7](2020)在《基于单矢量水听器的水声通信接收机的设计与实现》文中指出随着海洋事业的不断发展,越来越多的水下无人平台(如无人潜航器等)被应用于海洋环境观测、海洋资源勘探等领域。为实现多无人平台水下协同工作以及水下采集数据的传输和交互,多用户水声通信技术正成为研究的热点。矢量水听器因其目标方位分辨能力和各向同性噪声的抑制能力有望在水声通信尤其多用户水声通信领域得到广泛应用。本论文首先研究基于单矢量水听器的水声通信技术:1)采用有源平均声强器进行方位估计;2)为提高通信系统的处理增益,设计采用+2的线性组合方式对矢量水听器的声压与振速信号进行联合处理。通信系统采用单载波相位调制的通信体制,为了解决水声信道中多途效应带来的码间干扰问题,研究了自适应时域信道均衡算法,并结合矢量声信号处理算法设计了基于矢量水听器的自适应判决反馈均衡器结构。在此基础上,论文设计并实现了基于单矢量水听器的水声通信接收机,系统硬件模块包括模拟信号调理电路板和数字信号处理电路板。模拟板采用低功耗的设计方案,对二维矢量水听器接收的三路信号进行放大滤波,提升接收信号的信噪比;论文设计了相位可调电路,可实现对三路信号相位补偿。数字板采用低功耗的TMS320C6748F核心处理器,处理架构为FPGA加DSP。FPGA部分实现信号采集存储、同步检测以及矢量信号处理算法。同步检测和有源平均声强器的实现利用FPGA内部快速傅立叶变换IP核,在频域上实现互相关运算;DSP部分实现解调、数字滤波以及信道均衡判决算法。DSP与FPGA通信采用SPI通信协议,通过IO口触发DSP产生外部中断,驱动产生SPI时钟信号脉冲。最后通过实验室电联测试,测量硬件电路实际工作参数和优化算法实现过程,对系统硬件和软件设计进行了验证分析。在水池做近距离的通信试验,通过较为理想的通信信道环境,验证通信接收机可以正常工作。在松花湖试验结果表明,系统在1.44km的通信距离误码率为2.1×1,验证了基于矢量水声通信算法的通信接收机的通信性能良好。

刘路[8](2020)在《潜标数据传输水声通信系统软件设计与实现》文中研究指明海洋蕴藏着丰富的自然资源,深海观测数据连续和实时获取在海洋资源开发时起着重要作用。为了实时获取和传输在海洋石油开发时海底井口温度、压力等传感器数据,文中设计了潜标与水面钻井平台的单载波水声通信系统,并实现了该系统的嵌入式软件。系统使用具有指向性的收发合置换能器,用来抑制海底、海面以及其他钻井平台结构物声反射带来的多径干扰。由于潜标要长期布放在水下,系统设计了低功耗值班检测和水声通信两种工作模式。根据潜标数据传输水声通信机的应用场景设计系统总体方案和确定系统参数。论文通过对潜标和钻井平台附近水域进行实际噪声采集和分析环境噪声分布的情况,便于通信频带选择,通过比较不同通信特点选择单载波通信作为系统通信体制。通过对单载波时域均衡技术进行系统仿真实验,发现自适应均衡RLS算法的性能优于LMS,分数间隔判决反馈均衡器能对信道进行有效补偿,添加锁相环可以补偿随机相位。最终使用内嵌锁相环的分数间隔递归最小二乘判决反馈均衡器消除码间干扰。潜标水声通机由于需要长期布放在水下,所以需要添加值班检测模式,其检测原理是对先验信号进行信号频率估计。自适应Notch滤波器用于检测CW脉冲信号时,可以达到唤醒的目的。文中仿真分析了Notch滤波器对CW信号的响应特性,并在STM32上进行了算法嵌入式实现。随后完成了实时处理所必需的水声通信机底层数据传输相关驱动程序开发。论文在TMS320C6655型号DSP上实现了单载波水声通信算法,采用了内嵌锁相环的分数间隔递归最小二乘法判决反馈均衡器消除码间干扰。为了实现实时处理,运用了FFT计算线性卷积、叠接相加法等实时处理技术,并且采用了EDMA数据传输、DSP内存合理分配和使用标准库函数等方式优化DSP程序,极大减少了DSP运算时间,最终测试证明通信机满足实时处理要求。最后通过实验室电联调、水池试验和松花湖外场试验数据处理对潜标水声通信机功能和稳定性进行验证,试验结果表明潜标水声通信机软件能够正常工作,稳定性好,满足设计要求。

刘衡[9](2020)在《缩比模型水下定位及通信遥控系统软件设计》文中提出随着水下探测技术的发展,水下潜器的减振降噪处理显得尤为重要。而对水下潜器噪声性能的研究,很多是通过使用水下潜器缩比模型进行相关的实验来实现的。本文中的缩比模型水下定位与通信遥控系统就是为了保障大比例缩比模型水下实验的安全进行而设计的,它主要涉及到水下定位技术、水下目标姿态测量技术与水声通信技术。水下定位技术是在海底勘测、资源开发、军事对抗等领域广泛使用的一种声学测量技术,此技术可以用来探测水中未知或已知目标的方位和运动轨迹,高精度的水下定位系统是控制水下潜器作业、航行的重要手段。水下目标姿态测量技术是针对水中目标在一定范围的水域内工作时,水面操作平台上的实验人员需要测量目标移动过程中的姿态而设计的一种通过在目标上多点定位来计算目标姿态的技术。水声通信技术是以声为载体,在水中进行信息收发的技术。本文首先分析了系统的工作环境、性能指标、搭载平台等,并根据分析结果明确了系统硬件的需求,确定了系统所选设备的型号,并基于所选的各硬件设备设计了系统的接口类型、布设方案和供电方案等。然后,本文基于所选的硬件设备分析了系统软件的功能要求和性能要求,并将软件根据功能划分为不同的模块。之后,本文又根据各模块对数据的处理关系设计了系统软件的总体处理流程和操作界面。接下来,本文研究了系统软件中用到的相关理论和算法,一是通过超短基线水下定位技术获取水中模型各个点的位置,计算出该时刻模型姿态的算法;二是用于多设备并发处理数据的多线程技术;三是为了保障在小带宽水声通信的情况下,同时传输图片类大数据和命令、参数类小数据时的可靠性而设计的双层传输协议设计。最后,本文介绍了系统软件的各个模块的在平台下的实现过程和部分代码,如通过OpenCV控制水下摄像机、通过OpenGL实现缩比模型的3D展示等,并介绍了系统软件的测试、联调和外场实验过程和结果。

周红[10](2019)在《水声通信网络自适应路由协议的研究》文中提出论文针对水声通信网络的传感器节点的移动性,研究了能自适应水声通信网络拓扑结构变化的路由协议,以及针对水声通信节点能量受限特点研究了能耗均衡路由协议。首先介绍了水声通信网络及其国内外研究现状,分析了水声通信网络的协议栈结构,并对水声通信网络的MAC层协议和路由层协议进行讨论。接着分别研究了两种按需路由协议DSR和AODV,针对移动网络,在路由维护阶段引入路由生命周期,以及时清除过期路由,避免频繁修复链路,适应水声移动网络拓扑结构的变化。对这两种路由协议的各个模块分别进行了建模仿真,并从平均端到端时延、丢包率、节点移动速率以及自适应发射功率下路由开销等方面对协议的性能进行了分析。然后介绍了水声通信网络移动自组网的基本内容,包括其路由建立过程、局部拓扑信息的收集、数据分组的发送,路由的定期更新等。基于OPNET平台对移动自组网进行了建模仿真,并从平均端到端时延、丢包率、节点移动速率、自适应发射功率下网络平均能耗等方面对移动自组网的性能进行研究。最后从水声通信网络中节点能量受限的角度出发,在移动自组网的基础上基于局部拓扑信息提出了一种基于随机路由的网络能耗均衡机制,以及一种邻居节点能量因子自适应优化的网络能耗均衡机制,仿真结果表明,两种能量机制都能够有效均衡网络能耗,延长网络生命周期。

二、基于矢量传感器的高速水声通信技术研究(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、基于矢量传感器的高速水声通信技术研究(论文提纲范文)

(1)基于单矢量水听器的水声通信接收机的设计与实现(论文提纲范文)

0 引言
1 矢量水声通信方法研究
    1.1 矢量信号处理基础
    1.2 有源平均声强器方位估计方法
    1.3 基于矢量联合处理的自适应判决反馈均衡方法
        1.3.1 均衡器原理结构
        1.3.2 仿真研究
2 接收机系统硬件设计与实现
    2.1 模拟信号调理电路板
    2.2 数字信号处理电路板
3 接收机系统软件设计与实现
    3.1 矢量信号处理的FPGA实现
        3.1.1 同步检测算法的实现
        3.1.2 矢量信号处理实现
    3.2 水声通信解调与信道均衡的DSP实现
        3.2.1 FPGA与DSP通信实现
        3.2.2 自适应判决反馈均衡器实现
4 系统测试与试验
5 结语

(2)基于信道建模和拓扑控制的移动水声传感器网络协议研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
Abstract
缩写、符号清单、术语表
1 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 水声传感器网络信道仿真
        1.2.2 水声传感器网络MAC协议
        1.2.3 水声传感器网络路由协议
        1.2.4 拓扑控制技术
    1.3 研究内容
    1.4 章节安排
2 结合声信道传播模型的网络仿真
    2.1 链路级仿真
        2.1.1 物理层模型
        2.1.2 海洋声传播原理
        2.1.3 移动水声信道特征分析
        2.1.4 误比特率表
    2.2 系统级仿真
        2.2.1 仿真平台
        2.2.2 协议性能评价指标
        2.2.3 仿真结果与分析
    2.3 本章小结
3 基于拓扑控制的静态组网协议
    3.1 移动水声传感器网络静态组网场景
    3.2 静态组网协议设计
        3.2.1 基于RTS/CTS的冲突避免协议
        3.2.2 静态路由协议
    3.3 协议问题描述与解决方案
        3.3.1 暴露终端问题
        3.3.2 漏斗效应问题
        3.3.3 拓扑控制流程
    3.4 协议实现和理论性能分析
        3.4.1 协议流程
        3.4.2 包格式
        3.4.3 流量分析
        3.4.4 对比协议
    3.5 仿真结果与分析
        3.5.1 参数设计
        3.5.2 仿真分析
    3.6 本章小结
4 基于信道建模和拓扑控制的动态组网协议
    4.1 移动水声传感器网络动态组网场景
    4.2 动态组网协议设计
        4.2.1 VBF协议流程
        4.2.2 HH_VBF协议流程
        4.2.3 协议问题描述
    4.3 基于信道模型的网络协议优化
    4.4 基于拓扑控制的网络协议优化
        4.4.1 基于节点距离拓扑控制流程
        4.4.2 基于节点度拓扑控制流程
    4.5 网络仿真与结果分析
        4.5.1 单策略优化仿真与结果分析
        4.5.2 对比协议DBR
        4.5.3 组合优化协议仿真与结果分析
    4.6 本章小结
5 实验数据分析与系统验证
    5.1 实验系统
        5.1.1 网络框架
        5.1.2 设备平台
        5.1.3 水声通信机
        5.1.4 水下包格式设计
    5.2 声传播模型与实验数据对比
    5.3 基于信道模型的网络协议优化实验
    5.4 结合拓扑控制的网络协议优化实验
    5.5 本章小结
6 总结和展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
作者简历

(3)基于仿生行为的多水下机器人自主协作策略(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 概述
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 多水下机器人系统关键技术研究现状
        1.2.2 多水下机器人系统研究现状
        1.2.3 群集智能算法研究现状
        1.2.4 编队控制研究现状
    1.3 本文主要研究内容
第2章 基于局部环境感知的多AUV群集队形控制研究
    2.1 引言
    2.2 蜂拥算法模型建立
    2.3 AUV数学模型建立
        2.3.1 参考坐标系
        2.3.2 AUV运动学模型
        2.3.3 AUV动力学模型
    2.4 基于目标跟踪的多AUV群集算法设计
        2.4.1 多AUV蜂拥算法设计
        2.4.2 基于目标跟踪的群集控制算法设计
    2.5 本章小结
第3章 基于组群分解的多AUV队形控制研究
    3.1 引言
    3.2 多AUV队形控制方法及组群分解策略
        3.2.1 多AUV组群分解策略
        3.2.2 多AUV队形控制方法
    3.3 多AUV通信体系协议设计
        3.3.1 水声通信技术简介
        3.3.2 多AUV通信协议设计
        3.3.3 AUV数据合法性检测与异常处理
    3.4 基于领航跟随的AUV编队控制
        3.4.1 多AUV编队模型的建立
        3.4.2 多AUV队形控制设计
        3.4.3 引入生物启发的编队控制器
    3.5 本章小结
第4章 多AUV编队控制稳定性分析
    4.1 引言
    4.2 多水下机器人系统稳定性描述
    4.3 基于水声通信的编队稳定性研究
        4.3.1 基于一致性算法的通信时延的稳定性分析
        4.3.2 针对水声通信误码问题的分析
        4.3.3 基于卡尔曼滤波的通信丢包的分析
    4.4 改变拓扑结构的编队研究
    4.5 本章小结
第5章 多AUV编队仿真测试及试验验证
    5.1 局部环境感知的多AUV蜂拥队形控制仿真
        5.1.1 基于单目标跟踪的多AUV蜂群控制仿真
        5.1.2 基于多目标跟踪的多AUV蜂群控制仿真
    5.2 基于分解策略的多AUV队形控制试验
        5.2.1 基于领航跟随的多AUV编队控制试验
        5.2.2 基于组群分解的多AUV编队控制试验
    5.3 基于水声通信的多AUV编队控制试验
        5.3.1 基于一致性算法的状态估计实验
        5.3.2 基于水声丢包的多AUV编队控制试验
    5.4 改变拓扑结构的多AUV编队控制试验
    5.5 小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间的发表论文和取得的科研成果
致谢

(4)基于水声信道预测的空时分组喷泉码组合传输技术研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 课题研究背景及意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 水声传感器网络研究现状
        1.3.2 喷泉码研究现状
    1.4 本文主要工作及结构
        1.4.1 论文的主要工作
        1.4.2 论文的基本结构
第二章 水声信道特性及模型研究
    2.1 水声信道的物理特性
        2.1.1 环境噪声
        2.1.2 传输损耗
        2.1.3 多径效应
        2.1.4 多普勒频移
    2.2 水声信道建模的理论基础
        2.2.1 波动方程
        2.2.2 射线理论
    2.3 基于BELLHOP模型的水声信道建模
        2.3.1 BELLHOP模型的原理
        2.3.2 基于BELLHOP模型的水声信道建模方法
        2.3.3 水声信道模型及仿真
    2.4 本章小结
第三章 水声OFDM和 SC-FDE技术简介
    3.1 水声OFDM通信系统
        3.1.1 OFDM基本原理
        3.1.2 循环前缀
        3.1.3 交织和编码
        3.1.4 空时编码技术
    3.2 水声SC-FDE通信系统
        3.2.1 SC-FDE基本原理
        3.2.2 训练序列
        3.2.3 信道估计与预测
    3.3 本章小结
第四章 基于空时分组码的组合传输系统研究
    4.1 水声传感器网络中STBC组合传输系统设计
        4.1.1 水声传感器网络
        4.1.2 基于STBC-OFDM/SCFDE的组合系统模型
    4.2 基于STBC-OFDM的下行链路系统性能仿真
        4.2.1 STBC-OFDM系统模型
        4.2.2 水声STBC-OFDM通信系统性能仿真分析
    4.3 基于STBC-SCFDE的上行链路系统性能仿真
        4.3.1 STBC-SCFDE系统模型
        4.3.2 水声STBC-SCFDE通信系统性能仿真分析
        4.3.3 分布式STBC-SCFDE通信系统模型及性能仿真分析
        4.3.4 基于信道预测的分簇算法改进STBC-SCFDE系统模型及仿真分析
        4.3.5 水声QOSTBC-SCFDE通信系统模型及性能仿真分析
    4.4 本章小结
第五章 基于喷泉码改进的系统性能研究
    5.1 FEC差错控制方案分析
    5.2 LT码的编译码算法和性能分析
        5.2.1 LT码的编译码算法
        5.2.2 LT码性能仿真与分析
    5.3 Raptor码的编译码算法和性能分析
        5.3.1 Raptor码编译码算法
        5.3.2 Raptor码性能仿真分析
    5.4 LT码改进的水声串行级联STBC-SCFDE系统性能仿真
        5.4.1 串行级联LT-STBC-SCFDE系统模型
        5.4.2 串行级联LT-STBC-SCFDE系统性能仿真
    5.5 Raptor码改进的水声串行级联STBC-SCFDE系统性能仿真
    5.6 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件

(5)一种时分复用OFDM水声通信机的设计与实现(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 水声通信系统发展现状
        1.2.2 水声多用户通信与时分复用研究现状
    1.3 浅海水声信道特点
    1.4 论文主要内容
第2章 基于可变导频的OFDM通信方案研究
    2.1 OFDM通信方案
        2.1.1 原理推导
        2.1.2 信号结构
    2.2 可变导频信道估计
        2.2.1 导频插入方式
        2.2.2 可变导频信道估计方案
        2.2.3 最小二乘信道估计
    2.3 多普勒估计与补偿
        2.3.1 多子载波系统的多普勒频偏分析
        2.3.2 多普勒估计与补偿方案
    2.4 OFDM通信中的其它内容
        2.4.1 信道编码
        2.4.2 交织
        2.4.3 循环前缀
        2.4.4 峰均比抑制
    2.5 仿真研究
        2.5.1 可变导频信道估计
        2.5.2 多普勒估计与补偿
        2.5.3 信噪比要求
    2.6 实验与数据分析
    2.7 本章小结
第3章 基于OFDM的时分复用通信时隙规划
    3.1 时分复用水声通信技术
    3.2 低时延时分复用通信方案
        3.2.1 二次握手测距
        3.2.2 交叉时隙分配法
        3.2.3 重叠时隙分配法
        3.2.4 询问-应答式分配法
    3.3 性能分析与仿真研究
    3.4 本章小结
第4章 系统设计与实现
    4.1 系统参数计算
        4.1.1 收发参数
        4.1.2 通信参数
    4.2 系统硬件平台设计
        4.2.1 数字信号处理模块设计
        4.2.2 接收机设计
        4.2.3 发射机设计
    4.3 系统软件设计
        4.3.1 信号检测算法
        4.3.2 EDMA数据处理
        4.3.3 程序执行流程
    4.4 系统算法实现
        4.4.1 RS信道编解码实现
        4.4.2 信号同步算法实现
        4.4.3 信道估计算法
        4.4.4 多普勒估计算法
    4.5 系统优化
        4.5.1 系统缓存优化
        4.5.2 相关算法优化
    4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢

(6)水下定向无线传感器网络数据链路层与网络层协议研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 背景及研究意义
    1.2 水下无线传感器网络概述及研究现状
        1.2.1 水下无线传感器网络概述
        1.2.2 数据链路层协议研究现状
        1.2.3 网络层协议研究现状
        1.2.4 国内外组网实验研究现状
    1.3 无线传感器网络定向协议概述及在水声中的类比
        1.3.1 无线传感器网络定向协议发展概述
        1.3.2 无线传感器网络定向协议研究的关键问题
        1.3.3 定向无线传感器网络对定向水下无线传感器网络的启示
    1.4 论文研究内容
第2章 定向发射及接收模型的建立
    2.1 定向发射模型的建立
        2.1.1 多模态换能器的原理简述
        2.1.2 发射指向性图的选择
    2.2 基于矢量水听器的定向接收模型的建立
        2.2.1 矢量水听器指向性原理概述
        2.2.2 声压和质点振速组合形式的选择
        2.2.3 矢量水听器干扰信号屏蔽流程
    2.3 基于粒子群算法的矢量水听器最优主轴方向选择
        2.3.1 信干噪比最优化问题模型的建立
        2.3.2 粒子群算法原理简述
        2.3.3 矢量水听器最优主轴方向的选择方案
        2.3.4 粒子群算法仿真结果
    2.4 本章小结
第3章 定向MAC协议的设计及仿真分析
    3.1 假设条件及名词解释
        3.1.1 假设条件及合理性分析
        3.1.2 相关名词解释
    3.2 定向ALOHA协议—对全向ALOHA协议的改进
        3.2.1 定向ALOHA协议流程
        3.2.2 定向ALOHA协议的虚拟载波侦听机制
    3.3 定向MACAW协议—对定向ALOHA协议的改进
        3.3.1 定向ALOHA协议的问题分析及改进设想
        3.3.2 定向MACAW协议流程和虚拟载波侦听机制
    3.4 仿真结果分析
        3.4.1 仿真环境与参数
        3.4.2 定向ALOHA协议与全向ALOHA协议的仿真结果比较
        3.4.3 定向MACAW协议与定向ALOHA协议的仿真结果比较
    3.5 本章小结
第4章 路由协议的设计及仿真分析
    4.1 假设条件及名词解释
        4.1.1 假设条件及合理性分析
        4.1.2 名词解释
    4.2 AODV协议原理简介
    4.3 基于最小干扰代价的AODV协议
    4.4 仿真结果分析
    4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢

(7)基于单矢量水听器的水声通信接收机的设计与实现(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 矢量传感器技术及其应用
        1.2.2 水声通信技术
        1.2.3 水声通信机
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 基于单矢量水听器的水声通信方法研究
    2.1 矢量目标方位估计
        2.1.1 矢量声信号处理基础
        2.1.2 单矢量有源平均声强器
    2.2 单矢量单载波时域均衡方法
        2.2.1 自适应判决反馈均衡方法
        2.2.2 基于单矢量的自适应多通道判决反馈均衡系统
        2.2.3 基于单矢量联合处理的自适应判决反馈均衡系统
    2.3 自适应判决反馈均衡仿真结果
        2.3.1 基于标量自适应判决反馈均衡系统仿真结果
        2.3.2 基于二维单矢量的自适应多通道判决反馈均衡系统仿真结果
        2.3.3 基于单矢量联合处理的自适应判决反馈均衡系统仿真结果
    2.4 本章小结
第3章 矢量水声通信接收机硬件平台设计
    3.1 硬件参数设计
    3.2 模拟信号调理电路设计
        3.2.1 放大电路模块
        3.2.2 带通滤波电路模块
        3.2.3 相位可调电路模块
        3.2.4 调理电路电源管理模块
    3.3 数字信号处理电路设计
        3.3.1 核心处理板模块
        3.3.2 模数转换电路模块
    3.4 本章小结
第4章 矢量水声通信接收机软件设计
    4.1 软件实现设计总述
    4.2 矢量信号处理的FPGA实现
        4.2.1 采集与存储实现
        4.2.2 同步检测实现
        4.2.3 矢量信号处理实现
    4.3 水声通信解调与信道均衡的DSP实现
        4.3.1 FPGA与 DSP通信实现
        4.3.2 通信解调实现
        4.3.3 自适应判决反馈均衡系统实现
    4.4 本章小结
第5章 系统测试与试验
    5.1 硬件平台电路测试
        5.1.1 模拟信号调理电路板测试
        5.1.2 数字信号处理电路板测试
        5.1.3 通信接收机电联测试
    5.2 信道水池试验
    5.3 松花湖试验
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢

(8)潜标数据传输水声通信系统软件设计与实现(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 深海潜标数据传输研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 论文主要研究内容
第2章 潜标数据传输水声通信系统方案设计
    2.1 需求分析
    2.2 噪声采集与分析
        2.2.1 井口与钻井平台附近水域噪声采集
        2.2.2 噪声分析
    2.3 潜标水声通信系统参数设计
        2.3.1 系统通信频带选择
        2.3.2 系统通信体制选择
    2.4 单载波自适应信道均衡技术
        2.4.1 自适应均衡器结构
        2.4.2 自适应均衡算法
        2.4.3 内嵌锁相环的判决反馈均衡器
    2.5 单载波水声通信系统仿真研究
        2.5.1 单载波水声通信模型
        2.5.2 系统仿真结果分析
    2.6 本章小节
第3章 潜标数据传输水声通信软件平台搭建
    3.1 潜标水声通信机硬件平台简介
    3.2 值班检测算法软件设计与实现
        3.2.1 自适应Notch滤波器仿真研究
        3.2.2 值班检测算法STM32实现
    3.3 数据采集驱动程序实现
        3.3.1 DSP数据采集流程
        3.3.2 FPGA实现乒乓缓存
        3.3.3 ADC驱动程序实现
        3.3.4 FPGA与 TMS320C6655 数据通信
    3.4 本章小节
第4章 潜标数据传输单载波通信DSP实现
    4.1 实时处理关键技术原理
        4.1.1 FFT计算线性卷积
        4.1.2 长序列卷积计算
    4.2 潜标接收机DSP实现
        4.2.1 接收机DSP处理流程
        4.2.2 LFM同步检测DSP实现
        4.2.3 接收机匹配滤波DSP实现
        4.2.4 信道均衡DSP实现
    4.3 DSP程序优化
        4.3.1 EDMA数据传输
        4.3.2 DSP内存分配
        4.3.3 DSP标准库函数的运用
        4.3.4 DSP实时处理验证
    4.4 本章小节
第5章 潜标数据传输水声通信系统试验验证
    5.1 实验室电联调
        5.1.1 值班检测算法电联调
        5.1.2 潜标通信接收机联调
    5.2 水池试验
    5.3 松花湖试验
    5.4 本章小节
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢

(9)缩比模型水下定位及通信遥控系统软件设计(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 背景介绍
    1.2 超短基线定位技术概述
    1.3 水声通信技术概述
    1.4 编程框架与函数库
        1.4.1 VC++/MFC库
        1.4.2 OpenCV库
        1.4.3 OpenGL库
        1.4.4 Armadillo库
    1.5 论文各部分主要内容
第2章 系统分析及设备选型
    2.1 系统运行平台
    2.2 系统框架
    2.3 超短基线定位与水声通信合置设备
    2.4 图像采集设备
    2.5 水深测量设备
    2.6 电子舱工控机
    2.7 设备接口及供电电源
    2.8 本章小结
第3章 软件结构及界面设计
    3.1 软件需求分析
        3.1.1 软件系统的功能要求
        3.1.2 软件系统的性能要求
    3.2 模块划分与功能分配
    3.3 软件处理流程
    3.4 软件界面
        3.4.1 上位机软件整体布局
        3.4.2 菜单栏
        3.4.3 工具栏
        3.4.4 状态栏
    3.5 文件存储
    3.6 运行要求
    3.7 本章小结
第4章 理论分析及算法设计
    4.1 引言
    4.2 单目标多点定位姿态测量方法
        4.2.1 应答器布设
        4.2.2 基于奇异值分解的旋转矩阵和平移矩阵求解方法
        4.2.3 由旋转矩阵求解欧拉角
        4.2.4 误差分析
    4.3 多线程技术
        4.3.1 多线程概述
        4.3.2 MFC对多线程编程的支持
        4.3.3 多线程技术在本文中的应用
    4.4 双层传输协议设计
        4.4.1 设计背景
        4.4.2 协议内容
    4.5 本章小结
第5章 软件实现与测试
    5.1 下位机软件的实现
        5.1.1 收发模块
        5.1.2 水深测量模块
        5.1.3 图像采集模块
        5.1.4 阀门控制模块
    5.2 上位机软件的实现
        5.2.1 参数显示模块
        5.2.2 姿态测算与显示模块
        5.2.3 图像显示模块
    5.3 软件功能测试
    5.4 湖试
        5.4.1 湖试地点
        5.4.2 实验准备
        5.4.3 试验过程与结果
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢

(10)水声通信网络自适应路由协议的研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 水声信道的特点
    1.3 水声通信网络的概述
        1.3.1 水声通信网络的架构
        1.3.2 水声通信网络的国内外现状
        1.3.3 水声通信网络体系结构
    1.4 课题主要研究工作
第二章 水声通信网络常见的MAC层协议与典型的路由层协议
    2.1 引言
    2.2 水声通信网络的拓扑结构
    2.3 水声通信移动自组网的概述
        2.3.1 移动自组网的概念
        2.3.2 水声通信移动自组网的拓扑结构
    2.4 常见的MAC层协议
        2.4.1 调度类MAC层协议
        2.4.2 竞争类MAC层协议
    2.5 水声通信网络典型路由协议
        2.5.1 地理路由协议
        2.5.2 移动节点路由协议
        2.5.3 先应式路由协议和反应式路由协议
        2.5.4 分层路由协议
    2.6 本章小结
第三章 水声通信网络自适应DSR和AODV路由协议的研究
    3.1 引言
    3.2 仿真平台简介
    3.3 自适应发射功率原理
    3.4 DSR路由协议的原理
        3.4.1 DSR路由发现过程
        3.4.2 DSR路由维护
        3.4.3 DSR路由协议的特点
    3.5 AODV路由协议的原理
        3.5.1 路由发现
        3.5.2 路由维护
    3.6 DSR和AODV路由协议的比较
    3.7 DSR和AODV路由协议的建模
        3.7.1 网络模型的建模
        3.7.2 节点模型的建模
        3.7.3 进程模型的建模
    3.8 DSR和AODV路由协议的仿真结果
        3.8.1 仿真参数设置
        3.8.2 丢包率
        3.8.3 平均端到端时延
        3.8.4 节点移动速率的影响
        3.8.5 自适应发射功率下路由开销
    3.9 本章小结
第四章 水声通信网络自适应移动自组网路由的研究
    4.1 引言
    4.2 移动自组网路由的研究场景
    4.3 移动自组网路由的内容
    4.4 移动自组网的建模
        4.4.1 网络模型的建模
        4.4.2 节点模型的建模
        4.4.3 进程模型的建模
    4.5 移动自组网路由的仿真结果
        4.5.1 仿真参数的设置
        4.5.2 一个路由更新周期内延时前后组网完成率
        4.5.3 路由建立时间
        4.5.4 平均端到端时延及丢包率
        4.5.5 节点移动速率对移动自组网性能的影响
        4.5.6 网络平均能耗
    4.6 本章小结
第五章 水声通信自适应移动自组网能量均衡路由的研究
    5.1 引言
    5.2 能量均衡协议的实现方法
        5.2.1 随机选择下一跳机制
        5.2.2 根据能量因子自适应选择下一跳机制
    5.3 仿真结果分析
        5.3.1 仿真场景
        5.3.2 路由更新周期与网络生命周期的关系
        5.3.3 不同下一跳选择机制下网络生命周期
        5.3.4 不同下一跳选择机制下sink节点接收数据包总数
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文的工作总结
    6.2 展望
致谢
参考文献

四、基于矢量传感器的高速水声通信技术研究(论文参考文献)

  • [1]基于单矢量水听器的水声通信接收机的设计与实现[J]. 黄熠,刘书杰,刘和兴,董钊,成家威. 中国电子科学研究院学报, 2021(07)
  • [2]基于信道建模和拓扑控制的移动水声传感器网络协议研究[D]. 张雅渊. 浙江大学, 2021(01)
  • [3]基于仿生行为的多水下机器人自主协作策略[D]. 谭东旭. 沈阳理工大学, 2021(01)
  • [4]基于水声信道预测的空时分组喷泉码组合传输技术研究[D]. 万威威. 华南理工大学, 2020(02)
  • [5]一种时分复用OFDM水声通信机的设计与实现[D]. 吴浩晨. 哈尔滨工程大学, 2020(05)
  • [6]水下定向无线传感器网络数据链路层与网络层协议研究[D]. 温梦华. 哈尔滨工程大学, 2020(05)
  • [7]基于单矢量水听器的水声通信接收机的设计与实现[D]. 成家威. 哈尔滨工程大学, 2020(05)
  • [8]潜标数据传输水声通信系统软件设计与实现[D]. 刘路. 哈尔滨工程大学, 2020(05)
  • [9]缩比模型水下定位及通信遥控系统软件设计[D]. 刘衡. 哈尔滨工程大学, 2020
  • [10]水声通信网络自适应路由协议的研究[D]. 周红. 东南大学, 2019(06)

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基于矢量传感器的高速水声通信技术研究
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