论文部分内容阅读
深海超远程水声通信技术在水下安全和海洋开发方面扮演着重要的角色，近年来成为水声通信领域的研究热点。但要实现可靠而高效的深海超远程水声通信，会面临诸多难题。比如，远距离传输将造成严重的信号能量衰减，接收到的信号信噪比较低;深海的多途时延扩展比浅海大很多，会造成严重的码间干扰问题，等等。本论文以深海为背景，针对深海超远程水声通信中面临的几个难题，研究相应的关键技术，该研究对于提高我国的深海水下信息传输能力具有重要的意义。 深海水声信道多途时延扩展大、信噪比低，需要研究从受到严重污染的接收信号中如何解调出发送的信息，其中最关键的是接收机的信道匹配能力。在深海超远程水声通信中我们采用混沌正交码分复用(OCDM)体制，因此，本论文的一项重要工作就是研究适合该通信体制的信道匹配技术。另一方面，深海超远程水声通信往往应用于保密性的场合，如军事通信等，这就需要保障通信过程的安全性，即要求通信具有隐蔽性和保密性。而目前的诸多常规调制信号的特征较为明显，一旦这类信号被截获，这些明显的特征极容易被加以利用，进而导致信息被破译出来。如何保证深海超远程水声通信的安全性，是本论文的另一项重要工作。本论文的主要研究内容概括如下: a、提出了一种适合混沌OCDM通信的信道匹配方法。该信道匹配技术借鉴了假设反馈均衡的思想，针对混沌OCDM多元并行通信的特点，对于信号集合中每一种可能的信号组合进行假设反馈均衡，最后将相关系数最大的信号组合作为判决结果。由于信号集合中海量的可能组合导致巨大的计算量，无法满足实时通信的需求，因此，我们开展了快速算法研究，提出了适用于M元通信的SHFE和适用于M元并行通信的SCHFE两种信道匹配技术。并且，通过深海超远程水声通信实验，验证了该信道匹配技术良好的稳定性和抑制码间干扰的能力。 b、提出了一类混沌加密调制技术，有效的增强了常规数字调制信号的保密性。如针对PSK的CPSK、针对QAM的CQAM、针对FSK的CFSK、针对DSSS的CD3S，以及在DSSS通信中能够代替传统PN序列的CPM序列。这类混沌加密调制技术与常规的调制技术相比，实现方法简便易行，解调方式也几乎没有增加复杂度。并且，经过理论分析、数值仿真和海上实验，证明了混沌加密调制技术与常规的调制技术在通信性能上几乎相同，均具有良好的通信性能。 c、从通信对抗中的调制识别和参数估计两个角度切入，设计了一套对通信信号物理层保密性进行评估的方法，并采用该方法对混沌加密调制信号及常规数字调制信号的保密性进行评估。结果表明，常规数字调制信号存在较为明显的特征，比如，PSK信号的相位分布于几个固定的角度上，FSK信号的频谱存在尖锐的谱线，等等。这些较为明显的特征容易使得信号被识别，进而可能导致发送的信息被破译，而混沌加密调制信号很好的掩盖了这些相位或者频率上较为明显的特征。因此，与常规数字调制方式相比，本文提出的混沌加密调制方式具有更高的保密性，更适合应用于保密性要求较高的通信场合。