水声信道估计

随着海洋开发、海底工程、海洋环境监测、水下机器人、国防安全等领域海洋信息获取与传输的需求迅速增加，水声通信技术日益得到各国的重视，水声信道的恶劣传输特性是制约水声通信系统性能的主要因素。通过水声信道估计获取信道特性，从而实现通信系统优化、改善水声通信性能，是解决这一难题的有效途径。本书基于作者团队多年研究成果，系统介绍了水声信道估计技术，包括采用自适应滤波、压缩感知、进化计算等技术提高水声信道估计性能，并给出了不同水域的实验结果。 本书可帮助水声通信、水声信号处理、海洋声学领域相关研究人员、高校教师、研究生及高年级本科生了解水声信道估计技术的最新进展，并提供技术路线上的参考和思路上的拓展。

丛书序
自序
第1章 绪论 1
1.1 水声通信技术的发展 1
1.2 水声信道的双重选择性衰落 4
1.3 水声信道的稀疏特性及其利用 5
1.4 压缩感知与稀疏水声信道估计 7
1.5 水声信道的时延多普勒双扩展模型 8
参考文献 10
第2章 水声信道传播特性 14
2.1 声传播特性 14
2.1.1 传播损失 15
2.1.2 噪声 16
2.1.3 海洋中的声速 17
2.2 水声信道双扩展特性 18
2.2.1 信噪比 19
2.2.2 信道容量 19
2.2.3 时延与稀疏结构 20
2.2.4 时变性与多普勒频移 22
2.3 小结 24
参考文献 24
第3章 自适应水声信道估计 26
3.1 LMS算法及SOLMS算法简介 28
3.2 时变信道混合估计算法 29
3.3 算法仿真 29
3.4 NNCLMS算法 32
3.4.1 算法描述 32
3.4.2 算法收敛性分析 34
3.5 仿真实验 34
3.6 海试实验 36
3.7 小结 40
参考文献 40
第4章 水声信道的结构参数估计 42
4.1 模型描述 43
4.2 进化规划 44
4.3 基于进化规划的多径时延估计 45
4.4 算法实验结果 46
4.4.1 仿真实验 46
4.4.2 海试实验 48
4.4.3 海试结果验证 49
4.5 小结 50
参考文献 50
第5章 水声信道的压缩感知估计 52
5.1 压缩感知估计算法 53
5.1.1 水声信道稀疏模型 53
5.1.2 AL0算法 54
5.2 仿真实验 57
5.3 海试实验 60
5.4 小结 62
参考文献 62
第6章 双扩展水声信道的时延-多普勒域稀疏估计 64
6.1 双扩展水声信道 64
6.2 双扩展水声信道的稀疏模型 65
6.3 双扩展水声信道的时延多普勒域稀疏估计 67
6.4 估计算法复杂度分析与性能评估 69
6.5 双扩展水声信道估计数值仿真 71
6.6 双扩展水声信道估计海试实验 74
6.7 小结 77
参考文献 78
第7章 长时延扩展水声信道的联合稀疏恢复估计 79
7.1 系统模型 80
7.1.1 水声通信系统模型 80
7.1.2 压缩感知信道估计 81
7.1.3 分布式压缩感知信道估计 81
7.1.4 联合稀疏恢复水声信道估计算法 82
7.1.5 信道估计算法性能评估 83
7.2 仿真实验 84
7.3 海试实验 86
7.3.1 实验设置 86
7.3.2 海试实验结果与分析 87
7.4 小结 90
参考文献 90
第8章 SIMO水声信道的稀疏恢复估计 91
8.1 原理介绍 92
8.1.1 SIMO信道估计 92
8.1.2 SIMO系统DCS信道估计 92
8.1.3 联合稀疏恢复SIMO信道估计算法 93
8.1.4 信道估计算法性能评估 94
8.2 仿真实验 95
8.3 海试实验 99
8.3.1 实验设置 99
8.3.2 实验结果分析与讨论 100
8.4 小结 102
参考文献 102
第9章 MIMO水声信道稀疏估计 104
9.1 系统模型 105
9.1.1 水声MIMO通信系统模型 105
9.1.2 水声MIMO信道的分布式压缩感知估计 106
9.2 仿真实验 111
9.3 海试实验 114
9.4 小结 118
参考文献 118
第10章 多频带水声信道的时频联合稀疏估计 120
10.1 多频带水声通信简介 120
10.2 多频带SIMO水声信道模型 121
10.3 基于多路径选择的时频联合稀疏信道估计算法 122
10.3.1 算法推导 122
10.3.2 计算复杂度分析 125
10.4 仿真实验 125
10.4.1 仿真设置 125
10.4.2 仿真结果与分析 126
10.5 海试实验 127
10.5.1 海试实验设置 127
10.5.2 实验结果与分析 128
10.6 小结 132
参考文献 132
第11章 时变水声信道的动态压缩感知估计 134
11.1 系统模型 136
11.1.1 水声通信系统模型 136
11.1.2 信道估计算法性能评估 136
11.2 卡尔曼滤波器的压缩感知 137
11.3 仿真实验 140
11.4 海试实验 141
11.4.1 实验设置 142
11.4.2 海试实验结果与分析 143
11.5 小结 146
参考文献 146
第12章 时反扩频水声通信研究 148
12.1 多通道被动时反扩频水声通信技术原理 149
12.1.1 多通道时反 149
12.1.2 直接序列扩频基本原理 150
12.1.3 卷积编码及译码 150
12.2 系统方案 150
12.3 实验结果与讨论 152
12.4 小结 155
参考文献 155
第13章 时反OFDM水声通信 156
13.1 原理介绍 157
13.1.1 时频差分OFDM 157
13.1.2 采用多通道时反处理的时频差分OFDM 158
13.2 系统方案 159
13.3 仿真与实验 160
13.3.1 仿真设计 160
13.3.2 仿真实验结果与分析 160
13.3.3 海试实验设置 162
13.3.4 海试实验结果 163
13.4 小结 165
参考文献 165
第14章 时反MFSK水声通信 167
14.1 算法介绍 168
14.1.1 垂直阵虚拟式时反 168
14.1.2 MFSK解调 168
14.2 系统技术方案 168
14.3 实验与讨论 169
14.3.1 实验设置 169
14.3.2 实验结果与讨论 171
14.4 小结 172
参考文献 173
第15章 混合优化水声信道估计 174
15.1 混合优化水声信道估计算法 174
15.1.1 多径参数模型 174
15.1.2 混合优化算法 176
15.2 实验结果 177
15.2.1 仿真实验结果 177
15.2.2 海试信道实验结果 178
15.3 小结 179
参考文献 180
索引 181
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