【摘 要】
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非合作条件下的水声通信信号调制方式识别是水声信号处理的重要课题。在非合作条件下,宽参数区间的信号捕捉范围、海洋环境噪声、多径效应以及多普勒频移等都是辨识水声通信信号的障碍。本文针对水声通信特点,研究非合作条件下四种常用水声通信信号（二进制相移键控信号（BPSK）,四进制相移键控信号（QPSK）,二进制频移键控信号（2FSK）,四进制频移键控信号（4FSK））的调制识别方法。具体工作如下:（1）本文
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非合作条件下的水声通信信号调制方式识别是水声信号处理的重要课题。在非合作条件下,宽参数区间的信号捕捉范围、海洋环境噪声、多径效应以及多普勒频移等都是辨识水声通信信号的障碍。本文针对水声通信特点,研究非合作条件下四种常用水声通信信号（二进制相移键控信号（BPSK）,四进制相移键控信号（QPSK）,二进制频移键控信号（2FSK）,四进制频移键控信号（4FSK））的调制识别方法。具体工作如下:（1）本文详细分析了2FSK、4FSK和PSK信号的时频特征,并完成以下研究工作:（1）针对非合作条件下的宽参数范围适应性要求,分析发现,基于傅里叶变换的频域特性分析方法存在一定的局限性。小波变换的多尺度特性对宽频率范围的未知信号具有更好的适应性和频域分析能力;（2）本文提出了局部参数预估计的自适应小波基选择法。针对不同频率区间和带宽范围,分析发现,具有不同参数的小波基函数的特征分辨能力存在差异。通过预估计接收信号的频域参数,选择小波基参数,达到自适应优化的目的;（3）针对高维度的时频分析结果,进一步提取特征,达到降维、显化特征的目的。本文利用模糊c均值聚类算法提取时频特征,还利用Kneedle算法提高了对小频差FSK信号的辨识能力。（4）同时,本文也详细分析了海洋多径效应和多普勒频移现象对时频特征的影响。（2）针对时频特征无法辨识BPSK和QPSK的问题,本文分析并利用循环谱特征辨识,完成以下研究工作:（1）本文从理论和图像分析两个角度,阐述了PSK信号间的循环谱差异,并基于此提出辨识特征;（2）针对循环谱计算复杂的问题,提出基于FAM算法的局部选择特征提取算法,结合FAM循环谱快速算法特点,采用基于局部特征参数的CSA（Cyclic Spectrum Analyzer）计算单元选择方法,提高了特征提取的计算效率和速度。（3）同时,本文也详细分析了海洋多径效应和多普勒频移现象对循环谱特征的影响。（3）针对所采用的核心处理器OMAPL138具有双核处理特点以及无人平台处理要求,提出了双核多特征提取的并行软件框架。通过模块化功能配置,结合双核各自能力特点,将控制、管理和计算有机分配,提高了处理器的资源利用率;针对实际海洋通信中采用的脉冲信号形式,提出了自适应脉冲筛选方法,能够根据海洋环境变化动态改变有效脉冲阙值,过滤环境噪声,提高了自主性并降低了系统工作能耗。综上所述,该无人平台实现了低功耗自主非合作水声通信调制方式识别,并利用该调制识别试验系统进行了仿真数据和海试数据的试验,结果验证了本文方法的有效性。
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