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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 水声通信调制与编码方式概述2

1.3 国内水声通信发展现状4

1.4 国外水声通信发展现状6

1.5 水声通信网7

1.5.1 发展网络化水声通信的意义7

1.5.2 水声通信网发展现状9

1.6 水声通信信号处理技术简介13

1.6.1 时间反转镜信道均衡技术13

1.6.2 矢量水声通信技术15

1.6.3 分数阶傅里叶变换及其应用17

参考文献19

第2章 水声通信信道20

2.1 相干多途信道20

2.2 浅海声信道22

2.3 深海声信道24

2.4 信道效应27

2.5 声信道选择性衰落29

2.5.1 时间选择性衰落29

2.5.2 频率选择性衰落31

2.5.3 空间选择性衰落32

2.6 移动水声通信信道时变特性分析33

2.7 小结36

参考文献37

第3章 Pattern时延差编码水声通信38

3.1 Pattern时延差编码通信原理38

3.1.1 PDS体制编码原理38

3.1.2 多频道PDS水声通信39

3.1.3 PDS码体制40

3.1.4 PDS体制译码原理41

3.2 PDS体制抗多途性能分析45

3.3 Pattern码型选取分析46

3.3.1 Pattern码型选取46

3.3.2 Pattern码型选取受限条件47

3.4 PDS通信系统仿真试验48

3.5 差分Pattern时延差编码50

3.5.1 差分Pattern时延差编码原理50

3.5.2 系统抗多普勒性能分析51

3.5.3 系统有效性与可靠性分析52

3.5.4 仿真研究及湖试验证53

3.6 小结56

参考文献57

第4章 水声扩频通信59

4.1 差分直接序列扩频59

4.1.1 直接序列扩频59

4.1.2 DS/DBPSK调制系统62

4.1.3 DS/DBPSK系统性能分析69

4.1.4 试验分析74

4.2 M元差分扩频水声通信77

4.3 并行组合扩频通信系统80

4.4 映射序列扩频通信82

4.4.1 映射序列基本原理82

4.4.2 映射序列扩频方式在并行组合扩频系统中的应用85

4.5 分组M元扩频通信87

4.6 循环移位扩频90

4.7 M元混沌扩频Pattern时延差编码通信92

4.7.1 混沌扩频码的产生92

4.7.2 分组M元扩频PDS通信95

4.7.3 混沌扩频Pattern时延差编码通信试验97

4.8 小结100

参考文献101

第5章 OFDM高速水声通信技术103

5.1 OFDM基本理论103

5.2 OFDM在水声通信中的优、缺点分析106

5.3 循环前缀107

5.3.1 保护间隔107

5.3.2 循环前缀性能分析108

5.4 基于导频的OFDM信道估计112

5.4.1 导频插入方式选择113

5.4.2 导频位置信道信息获取估计115

5.4.3 基于内插的完整信道估计116

5.4.4 水声信道中导频插入间隔的性能分析117

5.5 峰值平均功率比120

5.6 多普勒效应121

5.7 COFDM水声通信技术122

5.8 OFDM认知水声通信124

5.8.1 认知水声通信系统124

5.8.2 基于OFDM技术的认知水声通信125

5.8.3 仿真研究128

5.9 小结129

参考文献129

第6章 时间反转镜技术及其在水声通信中的应用132

6.1 声学时间反转镜试验回顾132

6.2 时间反转镜原理134

6.2.1 时间反转镜基阵处理原理135

6.2.2 单阵元时间反转镜及聚焦增益分析140

6.3 时间反转镜分类145

6.3.1 主动式时间反转镜145

6.3.2 被动式时间反转镜146

6.3.3 虚拟式时间反转镜148

6.4 各类时间反转镜性能类比分析151

6.5 数字式VTRM152

6.6 时间反转镜PDS通信系统154

6.6.1 时间反转镜PDS通信系统简介154

6.6.2 单阵元虚拟式时间反转镜PDS系统155

6.6.3 单阵元被动式时间反转镜PDS系统156

6.7 ATRM-VTRM双向水声通信系统162

6.7.1 水声空间分集分析163

6.7.2 上行通信164

6.7.3 下行通信166

6.7.4 ATRM-VTRM水声通信方案仿真分析166

6.8 时间反转镜多用户水声通信168

6.8.1 多用户水声通信方案169

6.8.2 多用户下行通信169

6.8.3 多用户上行通信170

6.8.4 功率控制171

6.8.5 抗干扰分析172

6.8.6 时间反转镜多用户通信仿真173

6.9 时间反转镜深海远程水声通信176

6.10 移动通信中单阵元被动式时间反转镜应用研究179

6.10.1 原理分析179

6.10.2 运动速度估计及测时补偿180

6.10.3 移动水声通信试验研究181

6.11 小结185

参考文献186

第7章 单矢量信号处理技术在水声通信中的应用189

7.1 单矢量信号处理的基本理论189

7.1.1 矢量传感器测量模型189

7.1.2 矢量传感器指向性分析191

7.1.3 各向同性矢量干扰场195

7.2 基于单矢量传感器的测向方法196

7.2.1 平均声强器方位估计197

7.2.2 直方图方位估计200

7.2.3 LOFAR线谱方位估计203

7.2.4 DEMON线谱方位估计205

7.3 单矢量极化分集技术224

7.4 有源平均声强器224

7.5 单矢量水声空分多址技术225

7.5.1 水声空分多址225

7.5.2 基于有源平均声强器的码分多址方位估计226

7.5.3 单矢量水声空分多址通信系统227

7.5.4 仿真研究及湖试验证228

7.6 小结231

参考文献232

第8章 分数阶傅里叶变换移动水声通信技术234

8.1 大多普勒频偏高速移动水声通信研究背景234

8.2 分数阶傅里叶变换原理及性质235

8.3 基于FRFT的水声信道参数估计237

8.3.1 FRFT估计声信道参数原理237

8.3.2 信道参数估计仿真研究238

8.4 FRFT在移动水声通信同步检测中的应用241

8.5 分数阶傅里叶变换在Pattern时延差编码体制中的应用243

8.5.1 FRFT在PDS体制中的应用243

8.5.2 FRFT-PDS通信仿真研究246

8.5.3 FRFT-PDS通信湖试248

8.6 小结249

参考文献250