水下跳频通信系统的建模与仿真

第２０纛第２期２００８年１月

系统仿真学报＠

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｙｓｔｅｍＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ

Ｖ０１．２０Ｎｏ．２

Ｊａｎ．．２００８水下跳频通信系统的建模与仿真

王翔，黄建阑，尹玉红

ｆ茜ｊＥ工蝗火学航海学院，陕西蟊安７１００７２）

接要：水声信道建较为复杂的数据通信信道，为了满足水下安佘可靠通信和组网的要求，提出了—种基节璃巍技术的水下遁信系统方囊，建立了系统仿真模型和多：撩Ｒａｙｌｅｉｇｈ囊蓐水声馆遣模型。

方案申采霭了ＦＨ／ＭＦＳＫ调巷４披术，蠢适应髋蒺枣辩麓稠，信遥簧镨编码分剐袋焉ＲＳ，豢积码，接

收机采用空间分集，跣频序列靛翻的可控滤波器蛆以及基于周期瞄谱分析解码，并通过仿真研究

比较了这些技术在水下多径信道中对系统性能的影响。结果表明采用该模型的通信系统水下跳频系

统的具有很强稳健挂，可以在低信噪比下具有良好的误码率性能．

关键运；ＦＨ／ＭＦＳＫ；谱分析；馆遥编码：空阍分集；《变滤波器纭

中图分类号ｌＴＮ９１１．７文献标识码｛Ａ文章编号：１００４－７３１Ｘ（２００８）０２—４５３．０５

ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＨｏｐｐｉｎｇＦｒｅｑｕｅｎｃｙ

ＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＡｃｏｕｓｔｉｃＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ

Ⅵ魄ＮＧＸｉａｎｇ。ＨＵＡＮＧＪｌＡＮ—ｇｕｏ，ＹｌＮＹｕ—ｈｏｎｇ

（Ｃｏｌｌｅｇｅｏｆｍａｒｉｎｅ勘ｇ妇ｉｎｇ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｅｈｎｉｅａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ，７１０ｆｆ＇／２，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｃｈａｎｎｅｌｉｓｔｈｅｍｏｒｅｃｏｍｐｌｅｘｄａｔａｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｃｈａｎｎｅｌ．Ｔｏｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｓｅｃｕｒｉｔｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｒｅａｌ・・ｔｉｍｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄｎｅｔｗｏｒｋ，ａｋｉｎｄｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－－ｈｏｐｐｉｎｇｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｓｙｓｔｅｍｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅＲａｙｌｅｉｇｈｆａｄｉｎｇｍｕｌｔｉ－ｐａｔｈａｄｄｉｔｉｖｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔ主ｃｃｈａｎｎｅｌｍｏｄｅｌｗｅｒｅａｌｓｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．Ｆ】麟ＦＳＫｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ。ＲＳａｎｄＣｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌｃｏｄｅａｎｄｓｐａｔｉａｌ

ｄｉｖｅｒｓｉｔｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｗｅｒｅｕｓｅｄｉｎｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆｔｈｅｍ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｐａｃｅｄｉｖｉｓｉｏｎａｎｄｖａｒｉａｂｌｅｆｉｌｔｅｒＢａｎｋｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ—ｈｏｐｐｉｎｇｓｅｑｕｅｎｃｅａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｓｐｅｃｔｒｕｍｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｐｅｒｉｏｄｏｇｒａｍｃａｌｌｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｈａｖｅｇｏｏｄＢＥＲｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｕｎｄｅｒｌｏｗＳＮＲａｎｄｍｕｌｔｉ—ｐａｔｈｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＦＨ／ＭＦＳＫ；Ｓｐｅｃｔｒｕｍｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ；Ｃｈａｎｎｅｌｃｏｄｉｎｇ；Ｓｐａｔｉａｌｄｉｖｅｒｓｉｔｙ；ＶａｒｉａｂｌｅｆｉｌｔｅｒＢａｎｋｓ

引言

豳于水下声通信链路的开放式特征，使得水声信息容易被敌方的接收设备截获或干扰设备干扰。相比于传统的ＭＦＳＫ霹ＭＰＳＫ数字调翻熬瀵技蠢魏鬏技本其有抗郝分频带干扰，低截获率，多址组网，抗衰落，提高处理增益，易与窄带通信系统兼容的特点Ｈ１，因此跳频技术在水下声通信孛寅餐缀大痘焉嚣景。

跳频技术是近年来水下通信研究的热点，跳频技术在水下的＿陂用，主要集中在：码片自适应滤波和相位跟踪预测技术，蒸予ＦＨ／ＭＦＳＫ鳇拳下逶信和缓踺技术强，采矮毒＃稠关慢跳系统设计ｌ翦，跳频通信系统在浅水信道下的性熊，跳频系统的同步几个方面［４１。国内外的众多研究机构都在积极的对跳频技术在水下的应曩遴符婿究，其中阂癌厦门大学进行了基予跳频的水下抗多径研究和语音图像通信研究［５１，西托工业大学航海学院研究的基予跳频技术的水下通信，遥控设

收藕日期Ｉ２００６－１０－３１謦回日ｍＪ，２００％０３－０６

基垒暖目ｌ国家自然科学基金（６０５７２０９８）：西北工业大学研究生种子基金（７＿２００）

捧囊糠奔；王熬１９８０－），男，殃魏巍安入，研究嫩，研究方窳为承下通信技术，遴信信号巯壤；炙建蠢（１９４５．＞，雾，满穗长涉入，教授，簿导，ＩＥＥＥ麟安分会主席，研究方向为水下通信技术，信号与信息处理；尹玉缸（１９８１．），女，宁疑青铜峡人，硕士生，研究方向为信号与信息处理．备；美国海军实验室也在研究水下跳频技术的成用以及环境对魏频技零戆影嚷１４１，ＷＨＯＩ研究陡承下，ｌ、銎多耀途通信平台的多址低速通信也就采用ＦＨ／ＦＳＫ技术ｆ６１，可以看出跳频技术将会照广泛的应用在水下通信。．

兔了竞羧瘩下较恶劣的信道环境影嚷，要求零下跳频遴信调制解调系统的稳健性较高。因此在文中提出采用自适威跳频序列控制，跳频序列控制的可变滤波器组，周期图解调嘲，麸及多段线性调频信号嚣步等技术组残酶承声调频逶镑系统的方案，从而使盖水下通信系统可更有效的克服水下多径和部分频带干扰的影响，以实现水下信息准确，可靠的传输。ｌ遥信系统结梅和信道模型

水声跳频通信是将跳频技术用于水下声通信，其基本原理是将可用的水声信邋带宽分割成若干毗邻的予信道（频率闻隔），发送信号臣“颥率跳交图察”编褥，每陲一定时闭由跳频图案决定在哪个子信道发遴信息．

１。ｌ数学模型

刚礴Ｋ跳频信警的表达式式为

ｓ（ｆ）＝ｒｅ（ｔ）ｃｏｓ｛２ａ［ｆｔ＋以（ｆ）】Ｈ’张｝‘１）其中蘸ｉ－－ｏ，ｌ，２，３…弦１）；五为ｔ时刻跳频序列对应的频点。ＭＦＳＫ调制对应的频率鼻每个子信道鳇带宽箨分成，℃个频点矗讲，并且两频率两两正交，满足

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