目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 水聲通信概述 2
1.1.1 水聲通信技術(shù)特點(diǎn) 2
1.1.2 水聲通信的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀 4
1.2 海水無線光通信概述 7
1.2.1 海水無線光通信技術(shù)特點(diǎn) 7
1.2.2 海水無線光通信的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀 10
1.3 海上無線通信概述 15
1.3.1 海上無線通信技術(shù)特點(diǎn) 15
1.3.2 海上無線通信的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀 16
1.4 其他水下無線通信方式簡(jiǎn)介 21
參考文獻(xiàn) 21
第2章 水聲信道特性 25
2.1 傳播衰減及可用帶寬 25
2.2 多徑信道 27
2.2.1 淺水多徑信道 27
2.2.2 深海多徑信道 28
2.3 多普勒及起伏效應(yīng) 29
2.4 強(qiáng)時(shí)變特性 31
2.5 環(huán)境噪聲 32
參考文獻(xiàn) 34
第3章 單載波水聲通信技術(shù)基礎(chǔ) 36
3.1 單載波水聲通信方案 36
3.1.1 單載波水聲通信系統(tǒng) 36
3.1.2 脈沖成形與匹配濾波 37
3.1.3 幀同步 38
3.1.4 信道估計(jì) 39
3.1.5 抗干擾信號(hào)處理技術(shù) 40
3.2 自適應(yīng)信道均衡技術(shù) 40
3.2.1 時(shí)域均衡原理 40
3.2.2 均衡器結(jié)構(gòu) 44
3.2.3 自適應(yīng)算法研究 49
3.2.4 聯(lián)合數(shù)字鎖相環(huán)的判決反饋均衡器 53
3.2.5 聯(lián)合時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡的時(shí)域均衡器 54
3.3 單載波水聲通信技術(shù)試驗(yàn) 55
3.3.1 單載波水聲通信水池試驗(yàn) 55
3.3.2 單載波水聲通信海試 57
參考文獻(xiàn) 59
第4章 單載波水聲信道估計(jì)技術(shù) 60
4.1 稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)水聲信道估計(jì) 60
4.1.1 稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)理論 60
4.1.2 期望最大化算法 62
4.1.3 稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)水聲信道估計(jì)算法 65
4.1.4 仿真分析 68
4.2 基于置信傳播的稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)水聲信道估計(jì) 69
4.2.1 因子圖與置信傳播 69
4.2.2 基于置信傳播的SBL水聲信道估計(jì)算法 73
4.2.3 BP-SBL水聲信道估計(jì)算法 76
4.3 基于廣義近似消息傳遞的稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)水聲信道估計(jì) 77
4.3.1 廣義近似消息傳遞算法 78
4.3.2 基于GAMP的SBL水聲信道估計(jì)算法 82
4.3.3 仿真分析 83
4.4 算法試驗(yàn)驗(yàn)證 85
參考文獻(xiàn) 87
第5章 單載波Turbo迭代均衡技術(shù) 88
5.1 基于自適應(yīng)的Turbo均衡技術(shù) 88
5.1.1 Turbo碼原理 88
5.1.2 基于稀疏約束的自適應(yīng)均衡算法 91
5.1.3 Turbo通信系統(tǒng) 92
5.1.4 算法試驗(yàn)驗(yàn)證 97
5.2 基于信道估計(jì)的Turbo均衡技術(shù) 101
5.2.1 基于LMMSE的Turbo均衡算法 102
5.2.2 基于VAMP的Turbo均衡算法 103
5.2.3 性能仿真 108
5.2.4 算法試驗(yàn)驗(yàn)證 108
參考文獻(xiàn) 112
第6章 單載波水聲通信多普勒參數(shù)估計(jì)技術(shù) 114
6.1 移動(dòng)水聲通信中的多普勒問題 114
6.2 基于模糊函數(shù)的時(shí)延-多普勒參數(shù)估計(jì)方法 116
6.2.1 模糊函數(shù)的基本概念 116
6.2.2 基于模糊函數(shù)的時(shí)延-多普勒參數(shù)估計(jì)方法概述 117
6.2.3 基于模糊函數(shù)的時(shí)延-多普勒參數(shù)估計(jì)精度 119
6.2.4 基于模糊函數(shù)的時(shí)延-多普勒參數(shù)估計(jì)仿真 121
6.3 基于分?jǐn)?shù)階Fourier變換的時(shí)延-多普勒參數(shù)估計(jì)方法 122
6.3.1 分?jǐn)?shù)階Fourier變換原理及性質(zhì) 123
6.3.2 FRFT估計(jì)信道參數(shù)原理 125
6.3.3 信道參數(shù)估計(jì)仿真 126
6.3.4 FRFT在移動(dòng)水聲通信同步檢測(cè)中的應(yīng)用 128
6.3.5 試驗(yàn)驗(yàn)證 131
參考文獻(xiàn) 133
第7章 海水無線光通信技術(shù)理論 134
7.1 海水無線光通信技術(shù)概述 134
7.2 海水無線光通信系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái) 135
7.2.1 無人潛航器 135
7.2.2 海底接收盒 136
7.2.3 海底觀測(cè)網(wǎng) 137
7.2.4 深�？臻g站 137
7.3 應(yīng)用平臺(tái)對(duì)通信系統(tǒng)性能影響 139
7.3.1 工作模式約束條件分析 139
7.3.2 位移姿態(tài)誤差約束分析 141
7.3.3 角度姿態(tài)誤差約束分析 142
7.4 海水信道無線光傳輸特性 142
7.4.1 海水光學(xué)特征參量 143
7.4.2 海水吸收效應(yīng)分析 145
7.4.3 海水散射效應(yīng)分析 146
7.4.4 海水衰減效應(yīng)分析 147
7.4.5 海水信道光功率衰減數(shù)值仿真 149
7.5 海水信道傳輸延時(shí)和波形展寬特性 151
7.5.1 傳輸延時(shí)數(shù)值模擬方法 151
7.5.2 波形展寬的數(shù)學(xué)建模方法 155
7.5.3 傳輸距離對(duì)傳輸延時(shí)的影響 157
7.5.4 信道水質(zhì)對(duì)傳輸延時(shí)的影響 159
7.5.5 光源初始脈寬對(duì)傳輸延時(shí)的影響 160
7.5.6 發(fā)射束散角對(duì)傳輸延時(shí)的影響 161
7.6 海洋環(huán)境特性分析 162
7.6.1 海洋背景噪盧分析 162
7.6.2 海水無線光通信系統(tǒng)對(duì)海洋環(huán)境的自適應(yīng)性分析 163
參考文獻(xiàn) 164
第8章 海水無線光通信關(guān)鍵技術(shù) 166
8.1 海水無線光通信關(guān)鍵技術(shù)參數(shù) 166
8.1.1 傳輸距離 166
8.1.2 通信誤碼率 166
8.1.3 傳輸速率 167
8.1.4 光譜響應(yīng)度 168
8.2 海水無線光通信調(diào)制技術(shù) 168
8.2.1 通斷鍵控調(diào)制 168
8.2.2 脈沖位置調(diào)制 169
8.2.3 脈沖幅度調(diào)制 171
8.3 海水無線光通信收發(fā)技術(shù) 172
8.3.1 半導(dǎo)體光放大技術(shù) 172
8.3.2 光電探測(cè)器特性分析 172
8.3.3 視場(chǎng)拼接發(fā)射技術(shù) 173
8.3.4 視場(chǎng)分集接收技術(shù) 174
8.4 海水無線光動(dòng)態(tài)通信技術(shù) 174
8.4.1 海水無線光動(dòng)態(tài)通信技術(shù)內(nèi)涵 174
8.4.2 通信鏈路失準(zhǔn)評(píng)估機(jī)制數(shù)值建模 175
8.4.3 全光捕獲技術(shù)概述與補(bǔ)償方法 177
參考文獻(xiàn) 178
第9章 海水無線光通信器件及其特性 180
9.1 海水無線光通信光源 180
9.1.1 通信光源設(shè)計(jì)原則 180
9.1.2 通信光源工作特性 181
9.1.3 通信光源種類 183
9.2 海水無線光通信光學(xué)器件 184
9.3 海水無線光通信光電探測(cè)器件 185
9.3.1 海水無線光通信接收單元 185
9.3.2 光電探測(cè)器類型 185
9.3.3 光電探測(cè)器性能 187
9.4 海水無線光動(dòng)態(tài)通信器件 189
9.4.1 跟瞄器件分析 189
9.4.2 伺服轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu) 189
參考文獻(xiàn) 190
第10章 海水無線光通信系統(tǒng)與設(shè)計(jì) 192
10.1 海水無線光近距離通信系統(tǒng) 192
10.1.1 近距離通信系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原則 192
10.1.2 近距離通信系統(tǒng)光功率鏈路分析 192
10.1.3 近距離通信系統(tǒng)組成及性能測(cè)試 195
10.1.4 近距離通信系統(tǒng)性能測(cè)試與數(shù)據(jù)分析 228
10.2 海水無線光遠(yuǎn)距離通信系統(tǒng) 232
10.2.1 遠(yuǎn)距離通信系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原則 232
10.2.2 遠(yuǎn)距離通信系統(tǒng)光功率鏈路分析 232
10.2.3 遠(yuǎn)距離通信系統(tǒng)組成及性能測(cè)試 236
10.2.4 遠(yuǎn)距離通信系統(tǒng)性能測(cè)試與數(shù)據(jù)分析 253
10.3 海水無線聲-光聯(lián)合通信系統(tǒng) 257
10.3.1 聲-光聯(lián)合通信模式切換技術(shù) 258
10.3.2 聲-光聯(lián)合通信系統(tǒng)集成及工程化技術(shù) 258
10.3.3 聲-光聯(lián)合通信系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 258
10.3.4 聲-光聯(lián)合通信系統(tǒng)單元分系統(tǒng)設(shè)計(jì) 259
10.3.5 聲-光聯(lián)合通信系統(tǒng)搭建 267
10.3.6 聲-光聯(lián)合通信系統(tǒng)性能測(cè)試與數(shù)據(jù)分析 272
10.4 海水無線光級(jí)聯(lián)通信系統(tǒng) 276
10.4.1 級(jí)聯(lián)通信系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 276
10.4.2 級(jí)聯(lián)通信分系統(tǒng)設(shè)計(jì)與器件選型 278
10.4.3 級(jí)聯(lián)通信系統(tǒng)輕小型工程化設(shè)計(jì) 296
參考文獻(xiàn) 303
第11章 海上無線電波傳播 305
11.1 海上無線電應(yīng)用概述 306
11.2 海上無線電波傳播機(jī)制與模型 308
11.2.1 電波透射機(jī)制與模型 308
11.2.2 電波反射機(jī)制與模型 311
11.2.3 電波繞射機(jī)制與模型 314
11.2.4 電波散射機(jī)制與模型 317
11.3 海上無線電波傳播影響因素及特性 319
11.3.1 大尺度衰落 320
11.3.2 小尺度衰落 325
11.3.3 噪聲及干擾 326
參考文獻(xiàn) 332
第12章 海上無線通信系統(tǒng) 334
12.1 甚高頻通信系統(tǒng) 334
12.1.1 概述 334
12.1.2 海上VHF發(fā)射機(jī) 335
12.1.3 海上VHF接收機(jī) 336
12.2 中高頻通信系統(tǒng) 337
12.2.1 概述 337
12.2.2 MF/HF傳輸特性 338
12.2.3 海上MF/HF通信系統(tǒng) 339
12.3 衛(wèi)星通信與導(dǎo)航系統(tǒng) 341
12.3.1 概述 341
12.3.2 衛(wèi)星通信系統(tǒng)及其技術(shù)體制 342
12.3.3 海上衛(wèi)星通信系統(tǒng) 347
12.3.4 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 349
12.4 海上無線通信網(wǎng)絡(luò) 351
12.4.1 概述 351
12.4.2 海上移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò) 351
12.4.3 海上無線Mesh網(wǎng)絡(luò) 354
參考文獻(xiàn) 358
第13章 軟件無線電技術(shù) 359
13.1 軟件無線電基礎(chǔ) 359
13.1.1 軟件無線電基本原理 359
13.1.2 軟件通信體系結(jié)構(gòu) 362
13.1.3 SDR在海上通信系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)和適用性 366
13.2 SDR信號(hào)處理架構(gòu)和開發(fā)流程 367
13.2.1 基于FPGA的SDR系統(tǒng)架構(gòu) 367
13.2.2 混合和多FPGA架構(gòu) 370
13.2.3 多通道SDR系統(tǒng)架構(gòu) 373
13.2.4 SDR系統(tǒng)開發(fā)框架和流程 376
13.3 應(yīng)用和未來發(fā)展趨勢(shì) 378
13.3.1 SDR在海上通信中的應(yīng)用 378
13.3.2 SDR在海上通信中的發(fā)展趨勢(shì) 380
參考文獻(xiàn) 380
第14章 極低頻電磁波海洋跨域通信技術(shù) 381
14.1 極低頻電磁波海上傳播機(jī)理 381
14.1.1 地-電離層波導(dǎo)參數(shù)計(jì)算 382
14.1.2 地-電離層波導(dǎo)場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算 385
14.2 極低頻電磁波在海水中的傳播機(jī)理 388
14.2.1 極低頻電磁波在海水中的穿透特性 388
14.2.2 極低頻電磁波在海水中的衰減計(jì)算 389
14.3 極低頻電磁波通信干擾分析與系統(tǒng)構(gòu)成 391
14.3.1 極低頻電磁波通信干擾分析 391
14.3.2 極低頻電磁波跨域通信系統(tǒng) 395
14.4 極低頻電磁波跨域通信技術(shù)發(fā)展 398
參考文獻(xiàn) 399