低信噪比下的浅海水声稀疏信道估计_白晓慧
_浅海水声多途信道建模与仿真
摘 要: 在进行水声信号恢复和增强、目标探测、跟踪、定位、水声通信等技术的研究过程中, 对海洋信道 的仿
真研究是进行这些水声信号处理 仿真的基础。简要分析了水声信道的传 播特性, 主要针对 水声信道 强烈的多径 效应
这一特点, 研究了浅海水声多途信道的物理模型, 并通过 BELLHOP 射线传播模型实现了声 场环境模 拟以及水声 信道
充分的研究。
1 浅海水声信道特点
由于各种自然条件、地理条件等因素的影响, 水 声信道非常复杂。可以说海洋信道是一个环境噪声 高、信道带宽窄、传播损失大、多途效应严重的时变、 空变的随机信道。 111 海洋环境噪声
海洋环境 噪声 [ 1] 主要 来源于海洋动力 噪声、生 物噪声、交通噪声和工业噪声、地震噪声、冰下噪声,
水声信道带宽 [ 2] 受限的主要原因是海洋中水声 信号的吸收损失。它与水声信号频率密切相关, 信号 频率越高吸 收损失越 大。研究 表明, 声波频率 在 4 kH z左右是远距离传播的最佳频率。此外, 水声换能 器带宽的限制也是原因之一。 113 传播损失
声波在海洋介质中的传播损失 [ 2 ] , 主要有 3个方 面: 扩展损耗 ) ) ) 由于波阵面在传播中的不断扩大, 使得单位时间内单位面积上能量减少; 吸收损耗 ) ) ) 声能在传播过程中不可逆的转换为热能而消耗; 边界 损耗) )) 声波在海洋边界的反射使声能发生 / 泄 漏 0。浅海区域由于泥沙、污物的影响, 水质浑浊, 使 得声散射强度较强, 声信号也易被吸收, 因而传播损 失更为严重。 114 多径效应
建模。通过比较不同深度声源的 声场分布, 以及不同收发条件下的 水声信道 冲激响应, 验证了 水声信道 的多径效应、
稀疏性、传播损失、时变空变以及 随机性等特性。
水声通信中基于最小误码率的稀疏均衡
摘要海洋在国家的战略地位不断地突显，与之密切相关的水声通信技术越来越得到各个国家的重视，研制出高速、可靠的水下通信系统成为迫切的需求。
但是，水下复杂多变的环境和使用声波作为传输介质带来的高时延，导致水声通信面临着诸多困难。
近年来，稀疏信号成为一个热门的研究领域，许多学者开展了对于稀疏信道估计和稀疏信道均衡的研究。
水声信道具有天然的稀疏性，而由于均衡器在频域上可视为信道的逆，在这种近似下均衡器相应的具有稀疏性。
为了提高系统的收敛特性，研究可用于水下的自适应稀疏均衡器具有重要的意义。
同时水声通信由于传输较慢，对实时性要求较低，但要求误码率(Symbol Error Rate, SER)足够低，传统的最小均方误差准则(Minimum Mean Square Error, MMSE)不一定能达到所期望SER，而基于最小误码率(Minimum Symbol Error Rate, MSER)准则的自适应均衡算法能够降低系统SER，应用于水声通信中能提高系统可靠性，更具有优势。
本文的工作主要集中在对稀疏自适应MSER均衡算法的推导、仿真和实际应用。
1.首先介绍已有的基于MMSE准则的自适应稀疏滤波算法，特别是系数比例自适应滤波算法，该类型的滤波算法主要是通过给滤波器分配成比例于滤波器抽头值的独立步长，从而提高了算法的收敛性。
2.受已有的稀疏自适应滤波算法的启发以及在对水声信道和迫零(Zero Force, ZF)均衡器稀疏特性的研究下，在基于MSER准则中采用次梯度投影的方法，分别在两种调制模式下推导获得线性结构和判决反馈结构的自适应成比例最小误码率(Proportionate MSER, PMSER)均衡算法。
提出的算法直观上来看也是通过使用稀疏矩阵给不同的滤波器抽头分配了独立的步长。
最后为了确定稀疏矩阵，推导了稀疏矩阵元素选择的规则，同时给出两种稀疏选择的方案，分别称为SC-PMSER和Z-PMSER。
第3讲 水声信道
水声通信的特点
通信距离有限 通信速率低 可靠性差 通信方向 通信内容单一 成本高 水声信道是一个带宽严重受限、噪声干扰 严重的时变、空变、频变的衰落信道。
编码信道 调制信道
信 源
加 密 器
编 码 器
调 制 器
发 转 换 器
信 道
收 转 换 器
解 调 器
解解 码密 器器
信 宿
发送设备
50
100
150
200
250
300
时 间 /ms
40 30 20 10
0 -10 -20
3500
200 150 100
50 0
-50 -100 -150 -200
0
第 2帧 幅 频 特 性
first second third forth
4000
4500
5000
5500 频 率 /Hz
6000
第 2帧 相 频 特 性
time(s)
收发在不同深度
信道软件仿真结果（深海）
深海信道的传递函数
海底的影响
浅海的Pekeries模型
浅海 深海
信道的传递函数
台湾海峡实测数据
归一化的幅度 幅 值 的 对 数 /dB
松花湖试验结果
1.2 1
0.8 0.6 0.4 0.2
0 -0.2
0
第 7帧 的 信 道 冲 击 响 应
i 1
码间干扰 频率选择性衰落
无码间干扰的基带传输
akh(t0 ) ak
anh（[ k n）Ts t0 ] 0
nk
h（[ k
n）Ts
t0
]
1 0
k n k n
基于浅海声信道特征测量的舰船水下辐射噪声源级获取方法
宇航计测技术Journal of Astronautic Metrology and Measurement2021年2月第41卷第1期Feb. ,2021Vol. 41, No. 1文章编号.1000-7202(2021)01 -0095-06 DOI ： 10.12060/j. issn. 1000-7202.2021.01.17基于浅海声信道特征测量的舰船水下辐射噪声源级获取方法刘玉财陈毅易文胜 (杭州应用声学研究所，浙江杭州310023)摘要针对浅海信道环境下舰船水下辐射噪声测量问题，介绍了一种基于水域声信道传播特征的舰船噪声源级工程测试方法，该方法通过多基元空间能量平均方法来实现。
通过探讨以能量平均声压级曲线来表征浅水 域水下声传播特征,提出了一个适用于浅水域声传播规律的计算经验公式。
对所提测量方法的可行性和准确性进行了仿真分析和湖上试验，结果证明了采用空间能量平均处理方法可以很好的抑制因浅水域声场起伏而带来的高 测量误差，对于提高舰船水下辐射噪声测量的准确性具有一定的参考价值。
关键词声源级舰船噪声浅海信道中图分类号:0427.5 文献标识码:AMethod for Acquiring Ship Underwater Noise Source Level based on Measurement of Shallow Sea Acoustic Channel CharacteristicsLIU Yu-cai CHEN Yi YI Wen-sheng(Hangzhou Applied Acoustics Institute , Hangzhou 310023, China )Abstract This paper introduces a ship noise source-level engineering test method based on the propagationcharacteristics of the water acoustic channel to solve the problem of ship underwater radiated noise measurement in theshallow water channel environment. The method is realized by the multi-element space energy averaging, the energy average sound pressure level curve is used to express the characterize of underwater sound propagation in shallow water, and acalculation experience formula suitable for the law of sound propagation in shallow water is proposed. The feasibility andaccuracy of the proposed measurement method are verified by simulation and lake experiments. The results prove that the space energy average processing method can suppress the high measurement error caused by the fluctuation of the sound fieldin shallow water,this method has certain reference value for improving the accuracy of ship radiated noise measurement.Key words Sound source Level Ship noise Shallow sea Acoustic channel1弓| 言舰船水下辐射噪声对舰船的战场生存和武器装备性能都有着重大影响，是评价舰船作战能力及隐蔽 舰船是各国海军战略威慑力量的重要组成。
不同海底地形下海洋信道对水声通信的影响
第３６卷第５期哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报Ｖｏｌ．３６ɴ．５２０１５年５月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＭａｙ２０１５不同海底地形下海洋信道对水声通信的影响孙宗鑫１，２，于洋２，周锋１，２，刘凇佐１，２，乔钢１，２（１．哈尔滨工程大学水声技术重点实验室，黑龙江哈尔滨１５０００１；２．哈尔滨工程大学水声工程学院，黑龙江哈尔滨１５０００１）摘㊀要：海底反射是形成多径干扰的主要因素之一，针对由海底引起的水声通信的多径干扰问题，利用信号多径比（ＳＭＲ）来描述浅海平坦海底㊁倾斜海底以及深海平坦海底３种不同的海底地形对水声通信的影响㊂利用真实测量的信道冲击响应数据分析阿拉伯海西北部典型海底地形下的ＳＭＲ㊂最后对直接序列扩频（ＤＳＳＳ）系统在３种地形信道下的表现进行仿真研究㊂对实验信号的分析表明，平坦浅海海底信道具有最严重的多径衰落，是３种信道中最恶劣的，深海信道次之，倾斜海底信道条件较好，直扩信号在倾斜海底信道条件下误码率最低㊂关键词：水声通信；海洋信道；海底地形；信号多径比ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６⁃７０４３．２０１３１１０８９网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／２３．１３９０．Ｕ．２０１５０４１４．１６３１．０１５．ｈｔｍｌ中图分类号：ＴＮ９１１．７㊀文献标志码：Ａ㊀文章编号：１００６⁃７０４３（２０１５）０５⁃０６２８⁃０５ＴｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｔｈｅｃｈａｎｎｅｌｓｔｏｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅａｂｅｄｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｅｓＳＵＮＺｏｎｇｘｉｎ１，２，ＹＵＹａｎｇ２，ＺＨＯＵＦｅｎｇ１，２，ＬＩＵＳｏｎｇｚｕｏ１，２，ＱＩＡＯＧａｎｇ１，２（１．ＡｃｏｕｓｔｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＡｃｏｕｓｔｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｅａｂｅｄｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｓｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉｐａｔｈｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｉｎｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉ⁃ｃａｔｉｏｎ．Ｗｉｔｈｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ，ｓｉｇｎａｌｔｏｍｕｌｔｉｐａｔｈｒａｔｉｏ（ＳＭＲ）ｉｓｄｅｆｉｎｅｄｔｏｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈｅｓｅａｂｅｄｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ．Ｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｓｅａｂｅｄａｒｅｍｅｎｔｉｏｎｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ：ｆｌａｔｓｅａｂｅｄｉｎｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒ，ｓｌｏｐｉｎｇｓｅａｂｅｄ，ａｎｄｆｌａｔｓｅａｂｅｄｉｎｄｅｅｐｓｅａ．ＳｉｇｎａｌｔｏＭｕｌｔｉｐａｔｈＲａｔｉｏｏｆｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｓｅａｂｅｄｉｓａｎａｌｙｚｅｄｗｉｔｈｔｈｅｒｅａｌｓｅａａｃｏｕｓｔｉｃｃｈａｎｎｅｌｉｍｐｕｌｓｅｒｅ⁃ｓｐｏｎｓｅ，ｗｈｉｃｈａｒｅａｃｑｕｉｒｅｄｆｒｏｍｔｈｅｎｏｒｔｈｗｅｓｔｏｆＡｒａｂｉａＳｅａ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｙｉｓｉｎｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｄｉｒｅｃｔｓｅｑｕｅｎｃｅｓｐｒｅａｄｓｐｅｃｔｒｕｍ（ＤＳＳＳ）ｓｙｓｔｅｍｉｎｔｈｅｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｓｅａｂｅｄｃｈａｎｎｅｌ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄａｔａａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅａｃｏｕｓｔｉｃｃｈａｎｎｅｌｏｆｆｌａｔｓｅａｂｅｄｉｎｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒｈａｓｔｈｅｍｏｓｔｓｅｒｉｏｕｓｍｕｌｔｉｐａｔｈｆａｄｉｎｇ，ｃｈａｎ⁃ｎｅｌｒｅｓｐｏｎｓｅｉｎｄｅｅｐｓｅａｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈｅｏｎｅｉｎｔｈｅｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒａｎｄｓｌｏｐｉｎｇｓｅａｂｅｄｃｈａｎｎｅｌｒｅｓｐｏｎｓｅｉｓｔｈｅｂｅｓｔｉｎｔｈｅｔｈｒｅｅｓｅａｂｅｄｔｙｐｅｓ．ＴｈｅＤＳＳＳｓｙｓｔｅｍｈａｓｔｈｅｌｏｗｅｓｔｂｉｔｅｒｒｏｒｒａｔｅｉｎｓｌｏｐｉｎｇｓｅａｂｅｄｃｈａｎｎｅｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｏｃｅａｎａｃｏｕｓｔｉｃｃｈａｎｎｅｌ；ｓｅａｂｅｄｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ；ｓｉｇｎａｌｔｏｍｕｌｔｉｐａｔｈｒａｔｉｏ收稿日期：２０１３⁃１１⁃２５．网络出版时间：２０１５⁃０４⁃１４．基金项目：国家自然科学基金重点项目（６１４３１００４）；国家自然科学基金青年基金资助项目（６１４０１１１４）；水声技术重点实验室基金资助项目（９１４０Ｃ２００８０４１４０Ｃ２０００１）．作者简介：孙宗鑫（１９８０⁃），男，讲师，博士．通信作者：孙宗鑫，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｓｕｎｚｏｎｇｘｉｎ＠ｈｒｂｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．㊀㊀按照射线声学理论，水声信道冲击响应是声线传输的总体描述方式㊂近年来，高速率扩频水声通信技术成为国内热门研究领域［１⁃６］㊂对浅海温暖水域水声信道特性的研究也逐渐为解决多径干扰问题提供了理论依据㊂文献［７］将信息调制在Ｍ元和码相位上，提高了扩频通信的速率㊂文献［８］利用基追踪方法对稀疏信道进行了研究㊂文献［９］对湍流浅水水声信道进行了研究，并且考虑信道的时变性㊂文献［１０］对沿海地区的声表面波对水声通信的影响进行了研究，展示了其对精确的信道估计算法的影响㊂文献［１１］则更具挑战性地分析了具有剧烈时变特性和非高斯环境噪声的温暖浅水水声信道特性㊂文献［１２］则阐述了浅海中表面波和随机海洋介质对信号特性的影响，并讨论了由信道特性带来的信号幅度和相位的变化㊂文献［１３］利用ＭＰ算法估计信道的冲击响应，克服了时反信道的ＩＳＩ，使误码率大幅降低㊂文献［１４］利用导频迭代更新的方式对水声通信信道进行均衡，得到了较好的效果㊂在各种水声信道中，海底的散射无疑是形成多径干扰的重要因素，对信号检测㊁信息传输㊁时间测量等有非常大的影响㊂文献［１５］通过零相关窗信号测量水声信道，抑制了各多径之间的互相干扰，使信道冲击响应更加准确㊂为了研究不同的海底地形对水声通信的影响，本文首先分析了水声信道多径信道模型，给出了信号多径比［１６］（ｓｉｇｎａｌｔｏｍｕｌｔｉｐａｔｈｒａｔｉｏ，ＳＭＲ）定义；然后针对实际测量得到的阿拉伯海西北部３种典型海底地形的海洋信道冲激响应，分析了不同海底地形的ＳＭＲ特性；最后以ＳＭＲ作为标准对直扩信号（ＤＳＳＳ）在信道中的表现进行了分析㊂１㊀信号多径比时变水声信道可以用以下模型表示：ｈ（τ，ｔ）＝ðＰｉ＝１ｈｉ（ｔ）δ（τ－τｉ（ｔ））（１）式中：ｈｉ（ｔ）和τｉ（ｔ）分别是第ｉ条路径的增益和时延㊂对于无线电通信来说，只有路径增益是时变的，时延是时不变的；而对于水声信道来说，路径时延和路径增益都是随着时间变化的，并且，信道中各声线的时延τｉ（ｔ）＝τｉ－ａｔ，ａ是多普勒因子㊂式（１）表明，水声信道响应为信道内所有可能的声路径的叠加，并且可以用各条声线的信道增益和传播时延描述，其中确定主路径有２种准则：信道增益最大和信道延迟最小㊂对于扩频通信，一般使用信道增益最大准则，并且在一定的检测窗口范围内搜索其他路径，进行合并㊂在水声信道中，由于声速受海水温度㊁压力和盐度的影响，在深度方向上变化剧烈，到达接收点的声线可能经过高声速区，所以多径信号可能在直达信号之前到达，也可能在直达信号之后到达，这里用非最小相位系统来描述水声信道多径特性，此时，第ｉ条多径信号可以表示为Ｓｉ＝αｉｅ－ｊ２πｆτｉ（２）式中：τｉ表示多径信号相对于主径的时延，αｉ表示多径的幅度㊂在ＤＳＳＳ系统中，Ｔｓ为符号时长，信息被调制到以Ｔｓ为周期的扩频序列上㊂接收机按照主路径的节拍在长度为Ｔｓ的检测窗口范围内解码㊂当Ｔｓ大于信道的最大多径扩展τｍ时，各多径落在时间窗口范围内信号包含两部分：当前符号的多径和前一符号的多径㊂如果信道较为复杂，存在τｉȡＴｓ或τｉ＜０的情况，即存在大于符号长度的多径扩展或者存在主路径之前到达接收点的多径信号的情况㊂此时，落在检测窗Ｔｓ内的多径信号除了当前符号和前一符号的多径之外，还包含其他符号ｋ，ｋ＋１的多径能量的一部分，如图１所示，这些多径是造成干扰的主要原因㊂图１㊀多径信号干扰Ｆｉｇ．１㊀Ｍｕｌｔｉｐａｔｈｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ㊀㊀综上，认为检测窗口Ｔｓ内包含２种状态的多径㊂文献［１６］将这两种多径定义为自多径和互多径㊂自多径即图１中落在Ｔｓ－τｉ中的多径信号能量，互多径为落在τｉ中的前一符号的能量和落在Ｔｓ内所有信道延迟在（０，Ｔｓ）范围之外的路径的能量㊂自多径是落在检测窗内的当前符号，和主径信号叠加后，形成稳定的信号，可以利用Ｒａｋｅ接收机将其合并到主径信号上，并最终决定了解调后基带信号的相位和包络，定义该部分为有用信号能量Ｓ㊂互多径为落在检测窗内的其他符号的多径，属于多径干扰，其能量为Ｍ㊂文献［１６］还定义了信号多径比（ｓｉｇｎａｌｔｏｍｕｌｔｉｐａｔｈｒａｔｉｏ，ＳＭＲ）：ＳＭＲ＝ＳＭ（３）其中，可以在检测中被利用的有用信号的能量即有用信号Ｓ可以表示为Ｓ＝ðｒｉ＝１１－τｉＴｓæèçöø÷Ｓｉ（４）式中：ｒ代表了在检测窗时间Ｔｓ内信号的数目㊂互多径干扰的能量为Ｍ＝ðｒｉ＝２τｉＴｓＳｉ＋ð¥ｉ＝ｒ＋１Ｓｉ（５）式中：ðｒｉ＝２τｉＴｓＳｉ表示时延τｉ＜Ｔｓ的情况，ð¥ｉ＝ｒ＋１Ｓｉ表示τｉȡＴｓ或τｉ＜０的情况㊂ＳＭＲ的定义为确定Ｒａｋｅ接收机多径合并准则提供了依据㊂对于不同的检测窗长度，多径信号可能落在窗内被Ｒａｋｅ接收机合并至主路径，成为有用信号的一部分，也可能落在检测窗外，成为互多径干扰，影响信号的解调㊂关键在于检测窗的长度和信道多径结构的配合㊂利用式（３）计算信道ＳＭＲ，能够对扩频通信符号时长和调制形式的设计提供参考，还能够通过ＳＭＲ预测系统性能㊂对于相移键控调制来说，无错误传输的ＳＭＲ最低要求为ＳＭＲ＞１ｔａｎ（３６０ʎ２υ）（６）式中：υ代表调制相位数目㊂２㊀海洋信道分析对实测不同海底条件下的海洋信道冲击响应的ＳＭＲ进行研究㊂１号信道位于巴基斯坦城市敖马拉附近，发射换能器和接收换能器的位置分别为北纬２５ʎ１０ᶄ，东经６４ʎ４２ᶄ，和北纬２４ʎ５９ᶄ，东经６４ʎ４１．９ᶄ㊂发射点和接收点之间水平距离为２０．４ｋｍ，试验水域水深从１０ｍ逐渐变化到７２２ｍ，是一个典型的倾斜海底信道，其信道冲激响应如图２（ａ）㊂２号信道为平坦海底深海环境的信道冲激响应，如图２（ｂ）所示㊂发射换能器位置为北纬２３ʎ５３．９ᶄ，东经６１ʎ５９．７ᶄ，接收换能器位置为北纬２３ʎ４０ᶄ，东经６１ʎ５８．１ᶄ㊂实验水域平均水深３４００ｍ，收发换能器水平距离为２５ｋｍ㊂３号信道为平坦海底浅海信道㊂发射换能器位于北纬２４ʎ３２．９ᶄ，东经６６ʎ４５ᶄ，接收换能器位于北纬２４ʎ２６．９ᶄ，东经６６ʎ４８．７ᶄ㊂收发换能器水平距离１２．７ｋｍ㊂实验水域平均水深为１２０ｍ左右，信道冲击响应如图２（ｃ）所示㊂㊃９２６㊃第５期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀孙宗鑫，等：不同海底地形下海洋信道对水声通信的影响从图２所示的３种实测的水声信道冲击响应可以看出，由于海底地形的不同，接收信号中海底散射信号在时间和幅度上均有很大差别㊂可以看到，平坦海底的冲击响应模型有明显的分簇，簇与簇之间的时间间隔随时间推移增加而加大，深海和浅海都有这样的特点；深海和浅海的区别仅在于信号在海面和海底反射间隔之间的扩展损失㊂而倾斜海底则没有这种规律，其原因是由于倾斜海底对反射信号方向的改变，信道更像是一种楔形的非等深介质㊂（ａ）倾斜海底信道（ｂ）平坦海底深海信道（ｃ）平坦海底浅海信道图２㊀３种不同海底类型的水声信道冲击响应Ｆｉｇ．２㊀Ｉｍｐｕｌｓｅｒｅｓｐｏｎｓｅｉｎ３ｔｙｐｅｓｏｆｃｈａｎｎｅｌｓｗｉｔｈ㊀㊀ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅａｂｅｄｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｅｓ㊀㊀浅海信道冲激响应在时间上较为集中，由于水深较小，信号能量集中于水层，各多径信号信道增益较大，如果扩频符号长度较小，符号时长Ｔｓ较短，这些信号将被认为是互多径干扰，对主径信号的解调带来较大的影响㊂深海平坦海底信道，由于信号各簇之间的时延较大，传播损失导致多径信号的信道增益随时延逐渐降低，在能量上对主径信号影响不如浅海信道大；但是由于深海信道多径时间扩展较大，这些多径扩展全部落在检测窗口Ｔｓ之外，成为其他扩频符号的互多径干扰㊂而倾斜海底信道不论是信道增益还是信道延迟，只要检测窗口合适，多径信号大部分为自多径，和主径叠加后增加了信号的能量㊂图３为３种实测信道的ＳＭＲ，以不同的时间比例显示㊂可以看到，随着符号时长的增加，ＳＭＲ也随之增加，这说明更长的积分时间使更多的多径信号由互多径干扰变成自多径，提高了有用信号Ｓ的能量，同时也降低了互多径干扰㊂在足够长的观测时间内，倾斜海底的ＳＭＲ最高，其次是扁平浅海海底，最后是深海海底㊂倾斜海底的信道多径归一化幅值较小，多径持续时间只有几十毫秒，平坦海底的信道多径归一化幅值较大，多径持续时间达到了２００ｍｓ左右㊂深海平坦海底的信道冲击响应虽然幅度随时间延续而逐渐变小，但是由于其多径扩展时间过长，有时甚至达到几十秒，所以在连续数据传输时，有更多的互多径干扰进入检测窗，造成干扰㊂所以，ＳＭＲ是衡量多径衰落程度的一个重要指标，ＳＭＲ越低，多径对通信的影响就越大㊂（ａ）符号时长１ｍｓ １０ｓ（ｂ）符号时长１０ １００ｓ图３㊀３种海底地形的ＳＭＲＦｉｇ．３㊀ＣｈａｎｎｅｌＳＭＲｉｎ３ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅａｂｅｄｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｅｓ㊀㊀要达到无错误传输，就需要尽量把所有可以利用的声线都包括在检测窗中㊂对于一定的信道冲击响应结构，这样做最直接的影响是降低通信速率㊂而ＳＭＲ提供了一个选择检测窗长度的标准㊂例如在式（６）中，ＱＰＳＫ调制的无错误传输所需的最低ＳＭＲ为１，所以，在上述３种不同海底地形的信道㊃０３６㊃哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３６卷中，倾斜海底信道需要２２ｍｓ的检测窗，浅海平坦海底信道需要３０３ｍｓ的检测窗，而深海平坦海底信道则需要１４ｓ的检测窗㊂３㊀３种海底地形信道中的ＤＳＳＳ信号下面研究３种海底条件对ＤＳＳＳ通信性能的影响㊂在特定的信道冲击响应下，不同的检测窗长度对应不同的ＳＭＲ，同样的通信参数在不同的信道中有不同的表现，通过通信的误比特率（ｂｉｔｅｒｒｏｒｒａｔｅ，ＢＥＲ）来说明信道对系统性能的影响㊂利用实测的信道来进行通信解码仿真分析㊂信道冲击响应来自阿拉伯海北部海域的实测信道，如图２所示㊂这里，接收机采样率为４８ｋＨｚ，ＤＳＳＳ信号带宽４ １０ｋＨｚ㊂解调时首先对信道进行估计，然后按照不同的检测窗对多径信号进行分类，将自多径信号与主径信号进行合并，最后将再进行解扩和解码㊂（ａ）Ｔｓ＝３．５ｍｓ（ｂ）Ｔｓ＝１５．５ｍｓ（ｃ）Ｔｓ＝６３．５ｍｓ（ｄ）Ｔｓ＝１２７．５ｍｓ（ｅ）Ｔｓ＝２００ｍｓ图４㊀不同检测窗长度ＤＳＳＳ系统性能Ｆｉｇ．４㊀ＤＳＳＳｓｙｓｔｅｍｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔ㊀㊀㊀㊀ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｚｏｎｅｓ㊀㊀图４中，用加性高斯白噪声信道（ＡＷＧＮ）作为参考，信道中仅有噪声干扰，多径干扰是０，可以认为ＡＷＧＮ信道中的ＳＭＲ为无穷大㊂图４（ａ）－（ｄ）中，在检测窗长度一定的情况下，倾斜海底信道的性能最好，深海平底信道的性能优于浅海平底信道，对应于ＳＭＲ的值㊂在图４（ｅ）中可以看到，当检测窗长度为２００ｍｓ时，浅海信道的性能略优于深海平坦海底信道，这是由于浅海平底信道最大信道延迟小于２００ｍｓ，如图２（ｃ）所示，检测窗已经能够将所有路径的能量都包含进来，而对于深海平底信道，如图２（ｂ）所示，检测窗为２００ｍｓ时仅包括第一簇路径，其他路径在检测窗外，成为互多径干扰㊂㊀㊀对于平底浅海信道，检测窗长度较小的时候，由于信道中存在大量的互多径干扰，致使ＳＭＲ过低，ＤＳＳＳ系统已经不能收敛㊂随着检测窗长度增加，更多的多径信号被当做自多径来处理，ＳＭＲ逐渐增大，ＤＳＳＳ系统的抗多径能力也随之提高，趋向于ＡＷＧＮ信道㊂㊀㊀ＳＭＲ的重要意义在于平衡通信速率和误码率，从而确定扩频通信参数㊂为了更直观的比较几种不同海底地形信道和不同扩频码长条件下的表现，本文通过比较达到１０－３的误比特率所需要的ＳＮＲ来说明不同海底地形对ＤＳＳＳ系统性能的影响，如图５所示㊂㊀㊀图５直观的表现了在几种不同海底地形信道下，ＤＳＳＳ系统在不同的检测窗长度下的表现㊂可以看出，在同等检测窗长度条件下，要达到１０－３的㊃１３６㊃第５期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀孙宗鑫，等：不同海底地形下海洋信道对水声通信的影响ＢＥＲ，倾斜海底信道需要的信噪比最低，是深海信道，平底浅海信道由于海底反射致使信道中存在较高能量的多径㊂当检测窗缩短以后，更多的多径信号被限定在检测窗外，成为互多径干扰，降低了ＳＭＲ，所以底浅海信道在短检测窗下ＢＥＲ已经不能达到１０－３了㊂图５㊀实测信道１０－３ＢＥＲ需要的ＳＮＲＦｉｇ．５㊀ＴｈｅＳＮＲｎｅｅｄｅｄｂｙｔｈｅＢＥＲｏｆ１０－３ｉｎｒｅａｌｃｈａｎｎｅｌ４㊀结束语本文根据实测的阿拉伯海西北部海域的水声信道冲击响应数据，对３种不同海底地形信道对扩频信号的影响进行了仿真分析㊂利用ＳＭＲ描述多径信号的影响，ＳＭＲ较大时系统的抗多径干扰能力强，能够达到较低的ＢＥＲ㊂不同海底地型影响了信道的冲击响应结构，也影响了通信系统的ＳＭＲ㊂通过对比和比较，可以得到这样的结论，浅海平坦海底使信道产生最严重的多径衰落，是３种信道中最恶劣的；深海平底信道的ＳＭＲ适中，对于猝发扩频通信影响较小，当通信数据量较大时成为互多径干扰，使ＳＭＲ降低；倾斜海底信道由于海底地形的原因一部分海底反射无法到达接收点，其多径信号的时延较短且幅度较小，拥有较大的ＳＭＲ㊂参考文献：［１］ＳＴＯＪＡＮＯＶＩＣＭ，ＰＲＥＩＳＩＧＪ．Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉ⁃ｃａｔｉｏｎｃｈａｎｎｅｌｓ：ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓａｎｄｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒ⁃ｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＭａｇａｚｉｎｅ，２００９，４７（１）：８４⁃８９．［２］ＫＩＬＦＯＹＬＥＤＢ，ＢＳＧＧＥＲＲＯＥＲＡＢ．Ｔｈｅｓｔａｔｅｏｆｔｈｅａｒｔｉｎｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｔｅｌｅｍｅｔｒｙ［Ｊ］．ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｃｅａｎ⁃ｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０００，２５（１）：４⁃２７．［３］于洋，周锋，乔钢．Ｍ元码元移位键控扩频水声通信［Ｊ］．物理学报，２０１２，２３：２８７⁃２９３．ＹＵＹａｎｇ，ＺＨＯＵＦｅｎｇ，ＱＩＡＯＧａｎｇ．Ｍ⁃ａｒｙｃｏｄｅｋｅｙｉｎｇｓｐｒｅａｄｓｐｅｃｔｒｕｍｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡｃｔａＰｈｙｓＳｉｎ，２０１２，２３：２８７⁃２９３．［４］何成兵，黄建国，韩晶，等．循环移位扩频水声通信［Ｊ］．物理学报，２００９，１２：８３７９⁃８３８５．ＨＥＣｈｅｎｇｂｉｎｇ，ＨＵＡＮＧＪｉａｎｇｕｏ，ＨＡＮＪｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ｃｙｃｌｉｃｓｈｉｆｔｋｅｙｉｎｇｓｐｒｅａｄｓｐｅｃｔｒｕｍｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉ⁃ｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡｃｔａＰｈｙｓＳｉｎ，２００９，１２：８３７９⁃８３８５．［５］殷敬伟，惠俊英，王逸林．Ｍ元混沌扩频多通道Ｐａｔｔｅｒｎ时延差编码水声通信［Ｊ］．物理学报，２００７，１０：５９１５⁃５９２１．ＹＩＮＪｉｎｇｗｅｉ，ＨＵＩＪｕｎｙｉｎｇ，ＷＡＮＧＹｉｌｉｎ，ｅｔａｌ．Ｍａｒｙｃｈａ⁃ｏｔｉｃｓｐｒｅａｄｓｐｅｃｔｒｕｍｐａｔｔｅｒｎｔｉｍｅｄｅｌａｙｓｈｉｆｔｃｏｄｉｎｇｓｃｈｅｍｅｆｏｒｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡｃｔａＰｈｙｓＳｉｎ，２００７，１０：５９１５⁃５９２１．［６］ＣＨＩＴＲＥＭ，ＳＨＡＨＡＢＵＤＥＥＮＳ，ＳＴＯＪＡＮＶＯＩＣＭ．Ｕｎｄｅｒ⁃ｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ：ｒｅｃｅｎｔａｄ⁃ｖａｎｃｅｓａｎｄｆｕｔｕｒｅｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ［Ｊ］．ＭａｒｉｎｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｏｃｉｅｔｙＪｏｕｒｎａｌ，２００８，４２（１）：１０３⁃１１６［７］ＳＵＮＺｏｎｇｘｉｎ，ＱＩＡＯＧａｎｇ．Ｍａｒｙｃｏｄｅｓｈｉｆｔｋｅｙｉｎｇｄｉｒｅｃｔｓｅｑｕｅｎｃｅｓｐｒｅａｄｓｐｅｃｔｒｕｍｗｉｔｈｇｏｌｄｓｅｑｕｅｎｃｅｕｓｉｎｇｉｎｕｎ⁃ｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ［Ｃ］／／ＴｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＮｅｔｗｏｒｋｓａｎｄＳｙｓｔｅｍｓ．Ｒｏｍｅ，Ｉｔ⁃ａｌｙ，２０１４．［８］尹艳玲，乔钢，刘凇佐，等．基于基追踪去噪的水声正交频分复用稀疏信道估计［Ｊ］．物理学报，２０１５，６４（６）：０６４３０１０１⁃０６４３０１０８．ＹＩＮＹａｎｌｉｎｇ，ＱＩＡＯＧａｎｇ，ＬＩＵＳｏｎｇｚｕｏ，ｅｔａｌ．Ｓｐａｒｓｅｃｈａｎ⁃ｎｅｌｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｉ⁃ｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｂａｓｉｓｐｕｒｓｕｉｔｄｅｎｏｉｓｉｎｇ［Ｊ］．ＡｃｔａＰｈｙｓＳｉｎ，２０１５，６４（６）：０６４３０１０１⁃０６４３０１０８．［９］ＢＪＥＲＲＵＮＮＣ，ＬＵＴＺＥＮＲ．Ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａｃｏｕｓ⁃ｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｕｒｂｕｌｅｎｔｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥＪｏｕｒ⁃ｎａｌｏｆＯｃｅａｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０００，２５（４）：５２３⁃５３２．［１０］ＰＲＥＩＳＩＧＪＣ，ＤＥＡＮＥＧＢ．Ｓｕｒｆａｃｅｗａｖｅｆｏｃｕｓｉｎｇａｎｄａ⁃ｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｓｕｒｆｚｏｎｅ［Ｊ］．ＪＡｃｏｕｓｔＳｏｃＡｍ，２００４，１１６（４）：２０６７⁃２０８０．［１１］ＣＨＩＴＲＥＭ．Ａｈｉｇｈ⁃ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｗａｒｍｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｃｈａｎｎｅｌｍｏｄｅｌａｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ［Ｊ］．ＪＡｃｏｕｓｔＳｏｃＡｍ，２００７，１２２（５）：２５８０⁃２５８６．［１２］ＹＡＮＧＴＣ．Ｔｅｍｐｏｒａｌｃｏｈｅｒｅｎｃｅｏｆａｃｏｕｓｔｉｃｒａｙｓａｎｄｍｏｄｅｓｕｓｉｎｇｔｈｅｐａｔｈｉｎｔｅｇｒａｌａｐｐｒｏａｃｈ［Ｊ］．ＪＡｃｏｕｓｔＳｏｃＡｍ，２０１２，１３１（６）：４４５０⁃４４６０．［１３］尹艳玲，乔钢，刘凇佐．基于虚拟时间反转镜的水声ＯＦＤＭ信道均衡［Ｊ］．通信学报，２０１５，３６（１）：２０１５０１１０１⁃２０１５０１１１０．ＹＩＮＹａｎｌｉｎｇ，ＱＩＡＯＧａｎｇ，ＬＩＵＳｏｎｇｚｕｏ．Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａ⁃ｃｏｕｓｔｉｃＯＦＤＭｃｈａｎｎｅｌｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｖｉｒｔｕａｌｔｉｍｅｒｅｖｅｒｓａｌｍｉｒｒｏｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｎＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，２０１５，３６（１）：２０１５０１１０１⁃２０１５０１１１０．［１４］ＳＵＮＺｏｎｇｘｉｎ，ＷＡＮＧＷｅｉ，ＷＡＮＧＹｕｅ，ｅｔａｌ．Ｐｉｌｏｔｓｕｐ⁃ｄａｔｉｎｇｃｈａｎｎｅｌｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｂａｓｅｏｎｕｎｄｅｒｗａｔｅｒＭＩＭＯ⁃ＯＦＤＭ［Ｃ］／／ＡｐｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ＆ＳｙｓｔｅｍＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｓｈｅｎｙａｎｇ，Ｃｈｉｎａ，２０１２：１７６１⁃１７６７．［１５］孙宗鑫，于洋，周锋，等．二进制偏移载波调制的零相关窗水声同步技术研究［Ｊ］．物理学报，２０１４，６３（１０）：１０４３０１０１⁃１０４３０１１０．ＳＵＮＺｏｎｇｘｉｎ，ＹＵＹａｎｇ，ＺＨＯＵＦｅｎｇ，ｅｔａｌ．Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｔｅｌｅｍｅｔｒｙｒｅｓｅａｒｃｈｂａｓｅｄｏｎｂｉｎａｒｙｏｆｆｓｅｔｃａｒｒｉｅｒｍｏｄｕｌａｔｅｄｓｉｇｎａｌｗｉｔｈｚｅｒｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｗｉｎｄｏｗ［Ｊ］．ＡｃｔａＰｈｙｓＳｉｎ，２０１４，６３（１０）：１０４３０１０１⁃１０４３０１１０．［１６］ＺＩＥＬＩＮＳＫＩＡ，ＹＯＯＮＹＨ，ＷＵＬＸ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｉｇｉｔａｌａｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｉｎａｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒｃｈａｎ⁃ｎｅｌ［Ｊ］．ＩＥＥＥＯｃｅａｎＥｎｇ，１９９５，２０（４）：２９３⁃２９９．㊃２３６㊃哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３６卷不同海底地形下海洋信道对水声通信的影响作者：孙宗鑫， 于洋， 周锋， 刘凇佐， 乔钢， SUN Zongxin， YU Yang， ZHOU Feng， LIU Songzuo， QIAO Gang作者单位：孙宗鑫,周锋,刘凇佐,乔钢,SUN Zongxin,ZHOU Feng,LIU Songzuo,QIAO Gang(哈尔滨工程大学 水声技术重点实验室，黑龙江 哈尔滨150001; 哈尔滨工程大学 水声工程学院，黑龙江哈尔滨150001)， 于洋,YU Yang(哈尔滨工程大学 水声工程学院,黑龙江 哈尔滨,150001)刊名：哈尔滨工程大学学报英文刊名：Journal of Harbin Engineering University年，卷(期)：2015(5)引用本文格式：孙宗鑫.于洋.周锋.刘凇佐.乔钢.SUN Zongxin.YU Yang.ZHOU Feng.LIU Songzuo.QIAO Gang不同海底地形下海洋信道对水声通信的影响[期刊论文]-哈尔滨工程大学学报 2015(5)。
【CN110138459A】基于基追踪去噪的稀疏水声正交频分复用信道估计方法及装置【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910271473.8(22)申请日 2019.04.04(71)申请人 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学地址 450000 河南省郑州市高新区科学大道62号(72)发明人 樊军辉 彭华 (74)专利代理机构 郑州大通专利商标代理有限公司 41111代理人 周艳巧(51)Int.Cl.H04B 13/02(2006.01)H04L 25/02(2006.01)H04L 27/26(2006.01)(54)发明名称基于基追踪去噪的稀疏水声正交频分复用信道估计方法及装置(57)摘要本发明属于OFDM水声通信技术领域，特别涉及一种基于基追踪去噪的稀疏水声正交频分复用信道估计方法及装置，该方法包含：构建稀疏水声正交频分复用信号模型，提取模型中待估计稀疏信道冲击响应参数；依据信号模型，将稀疏信号估计的非凸优化问题表示为基追踪去噪问题模型，该基追踪去噪问题模型中引入正则化参数和信号范数控制误差和稀疏性之间平衡；对基追踪去噪问题模型进行求解，求解过程中，依据信噪比及稀疏信号矩阵对正则化参数进行修正以适应噪声变化，并求解得到的信道稀疏估计结果进行去偏处理，得到最终信道估计结果。
本发明解决在低信噪比下水声通信信道估计性能较差等问题，估计精度高，便于信号重构，具有较强实际应用价值和发展前景。
权利要求书2页 说明书9页 附图4页CN 110138459 A 2019.08.16C N 110138459A权 利 要 求 书1/2页CN 110138459 A1.一种基于基追踪去噪的稀疏水声正交频分复用信道估计方法，其特征在于，包含如下内容：构建稀疏水声正交频分复用信号模型，提取模型中待估计稀疏信道冲击响应参数，其中，正交频分复用信号包含同步段的同步信号和OFDM数据段的码元，每个码元中包含循环前缀和符号数据；依据信号模型，将稀疏信号估计的非凸优化问题表示为基追踪去噪问题模型，该基追踪去噪问题模型中引入正则化参数和信号范数控制误差和稀疏性之间平衡；对基追踪去噪问题模型进行求解，求解过程中，依据信噪比及稀疏信号矩阵对正则化参数进行修正以适应噪声变化，并求解得到的信道稀疏估计结果进行去偏处理，得到最终信道估计结果。
基于叠加训练序列的稀疏水声OFDM信道估计
基于叠加训练序列的稀疏水声OFDM信道估计赵俊义;孟维晓;贾世楼【期刊名称】《船舶与海洋工程学报（英文版）》【年(卷),期】2009(008)001【摘要】提出了一种基于级训练（ST）的信道估计方法，其提供了在提高带宽传输效率的同时提供稀疏水下声学正交频分复用（OFDM）信道的精确估计。
周期性低功率训练序列叠加在发射器的信息序列上。
可以估计信道参数而不消耗任何额外的系统带宽，但是未知信息序列可以干扰ST信道估计方法，因此在本文中，采用了一种迭代方法来提高估计性能。
水下声沟道的属性包括大的通道尺寸和稀疏结构，因此使用匹配的追踪（MP）算法来估计非零抽头，允许减少由添加性白色高斯噪声（AWGN）引起的性能损失。
计算机模拟结果表明，该方法具有良好的信道估计性能，也可以降低OFDM通道的峰值平均比。
％针对稀疏多种水声OFDM 信息，提出了基因加加训练的信仰方法，能够提高带宽效率。
在发表的信息序列中间加加一击低功率的周周训练序列，在不行用户外的信号带宽下面信息阶段，未知的信条招会对加训练序列的信息道方法产药干扰，在本文中间用途方法提高估计。
水务信用具有待时时空时间长，信仰的特性，本文采采跟踪的方法估计信息偏执的位置，降低加入白噪声对信仰的影响。
仿真仿真显示，本文的方法能达到很好的的信息估计，同时能够降低ofdm的峰均比。
【总页数】6页(P65-70)【作者】赵俊义;孟维晓;贾世楼【作者单位】哈尔滨工业大学,通信技术研究所,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,通信技术研究所,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,通信技术研究所,黑龙江,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】TN911.5因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
水声通信中的信道建模研究
水声通信中的信道建模研究一、引言水声通信作为一种在水下环境中实现信息传输的重要手段，具有广泛的应用前景，如海洋科学研究、水下探测、军事通信等。
然而，水下信道的复杂性给水声通信带来了巨大的挑战，其中信道建模是理解和优化水声通信系统性能的关键环节。
二、水下信道的特点水下信道与陆地无线信道相比，具有许多独特的特性。
首先，水声信号在水中的传播速度较慢，约为 1500 米/秒，这导致信号的传播时延较大。
其次，由于水的吸收和散射作用，水声信号在传播过程中会经历严重的衰减，而且衰减程度与频率密切相关。
高频信号衰减更快，因此在水声通信中通常使用较低的频率。
此外，多径传播现象在水下信道中非常显著，信号经过不同的路径到达接收端，会产生时延扩展和信号衰落，严重影响通信质量。
三、水声通信信道建模的方法（一）射线理论模型射线理论模型是基于几何光学原理，将水声信号视为一束射线。
通过追踪这些射线在水中的传播路径，可以计算出信号的到达时间、强度和相位等信息。
该模型适用于处理长距离、大尺度的水下信道，但对于复杂的边界和介质条件，其精度可能会受到影响。
（二）简正波模型简正波模型将水下信道视为一系列具有不同模态的波导。
通过求解波动方程，可以得到各个模态的传播特性。
简正波模型在处理分层介质和低频信号时具有较好的性能，但计算复杂度较高。
（三）经验模型经验模型是基于大量的实验测量数据建立起来的统计模型。
这类模型通常具有简单的形式和较少的参数，但适用范围相对较窄，对于特定的环境和条件可能不够准确。
（四）基于物理过程的模型这类模型综合考虑了水的物理特性、边界条件和声波传播的基本原理，能够更准确地描述水下信道的特性。
但由于其复杂性，计算量往往较大，需要高性能的计算资源。
四、信道建模中的关键参数（一）传播损耗传播损耗是衡量水声信号在传播过程中能量衰减的重要参数。
它包括吸收损耗、散射损耗和几何扩展损耗等。
准确估计传播损耗对于评估通信系统的覆盖范围和信号强度至关重要。