基于Hadamard变换的二阶差分水声扩频通信技术研究

摘要

作为当前海洋军事中最重要和关键的技术，水声通信受到人们越来越多的重视。人们希望在水下也能像在陆地上一样快速稳定的传输信息数据。扩频水声通信技术通过牺牲了通信的有效性换取了可靠性，其在水声信道这种严重时变和衰落的信道下有着较为稳定和可靠的表现。要想较好地解决水声信道中的多途衰落和多普勒频移问题，需要对接收信号进行同步、解扩以及多普勒频率搜索，这使程序的运算量大幅增加，一般的相关算法无法满足数据处理的实时性。Hadamard快速变换能够快速地实现矢量和矩阵的相关运算，将其应用到水声扩频通信中的扩频编解码，频率搜索等环节，可以保证信号的实时处理。
　　本文阐述了一种基于Hadamard快速变换的直接序列扩频水声通信系统方案，首先介绍了方案中包含的技术，包括：直接序列扩频通信技术；接收端提取同步信息时所用的同步技术；为克服码间干扰所用的滤波技术。后使用两种设计方案，使用快速Hadamard变换代替线性卷积进行相关运算，并应用于扩频编解码，多普勒频率搜索等过程。两种方案均通过数值实验得出与理论一致的结论。对于实际水声通信中通常存在多普勒频移效应，本文通过二阶差分调制算法来消除它对通信可靠性的影响。通过直接序列扩频的方式弥补这种算法带来的系统信噪比性能方面的不足。通过MATLAB仿真，分析了这种算法的性能，证实了这种算法对多普勒频移具有一定的抑制作用。最后通过几组水池试验验证算法的可行性。比较了几种通信方案的性能，分析了改进后的快速算法的优势和不足。

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第1章 绪论

1.1 项目背景及意义

1.2 水声扩频通信技术研究现状与关键技术

1.3 哈达玛变换概述

1.4 二阶差分调制理论概述

1.5 本文的主要研究内容

第2章 水声扩频通信系统

2.1 扩频调制

2.2 同步

2.3 滤波

2.4 本章小结

第3章 快速Hadamard变换

3.1 基础理论

3.2 扩频序列

3.3 基于Hadamard快速变换的直扩水声通信方案一

3.4 基于Hadamard快速变换的直扩水声通信方案二

3.5 对快速算法的改进

3.6 本章小结

第4章 二阶差分调制技术

4.1 二阶差分调制技术的引入

4.2 二阶差分调制解调的原理及实现

4.3 二阶差分调制解调的算法仿真

4.4 本章小结

第5章 直接序列扩频通信系统的水池实验

5.1 基于m序列的水池实验

5.2 改进后的Hadamard快速变换的水池实验

5.3 本章小结

结论

参考文献

致谢