浅海声信道的信道响应估计研究

【摘要】浅海海域无论是在军事还是民用方面都是一个十分重要的战略区域。声波作为在水中传播最远、性能最好的能量形式，被广泛应用于大规模远距离的水下信息传输。而对水声信道的研究，则是一切水下信息传递的基础,本文主要探讨了信道响应估计问题，即获得水声信道传输函数。其研究为海洋声传播特性的了解、水声通信的保障、水声设备的使用、水面舰艇之间的信息交互提供了重要的技术支持。论文分析了浅海声信道的主要特点和实现信道响应估计的难点，对浅海声信道进行了建模与仿真，并结合海上声传播的实测数据，分别提出了针对已知声源和未知声源的水声信道响应估计方案。本文具体进行了以下几个方面的工作：1、全面地综述了水声信道响应估计的研究概况，简单叙述了浅海多途信道模型的结构和假设条件，并从声速剖面、声传播损失、海底沉积层类型、水下噪声等四个方面阐述了海洋环境对水声信道的影响。2、针对已知声源的信道估计问题，充分考虑频散的影响，提出基于消频散变换的水声信道响应估计方法。该方法在不需要任何海洋环境先验信息的前提下，只需利用发射和接收信号的有效频率点，就能准确地估计出信道响应函数。与传统的水声信道响应估计方法相比，该方法利用消频散变换消除了由频散引起的信号畸变，减缓了信道响应随频率的变化趋势，因此能够有效地提高信道响应估计的效率。3、对于未知声源信号的水声信道响应估计，本文依据简正波理论和水声信道的固有特性，采用模态滤波盲解卷方法，从垂直阵接收数据中恢复出声源信号；并结合消频散方法，消除频散对盲解卷性能的影响，提高了算法的精度。4、分别针对浅海典型的波导环境：理想波导和夏季波导进行数值仿真，给出了方法的基本理论推导和初始值估计过程，对比了消频散前后水声信道响应估计（包括各号简正波不同频率成分的到达时间和幅度）的结果，从而验证了本文提出的基于消频散变换的水声信道响应估计方法的优势。通过对崂山湾海域声传播实验的数据分析，验证了以上方法具有较快的收敛速度和较稳定的性能。
【作者】高思宇；
【导师】王宁；
【作者基本信息】中国海洋大学，声学，2014，硕士
【关键词】简正波；浅海声信道；信道响应估计；消频散；

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