基于混沌的水声定位信号设计及性能分析

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水声定位技术是人类对海洋进行探索和研究过程中的关键技术之一。由于水声信道中,环境噪声十分复杂且存在各种其他干扰,会对定位精度产生影响,本课题利用扩频通信技术较强的抗干扰、抗噪声能力,提出一种基于混沌的扩频信号产生方法,并将其作为水声定位信号,通过相关法,可以得到精确的传播时延,从而能够准确得到各节点间的距离。本文在了解了混沌的定义及基本特性的基础上,分别采用三种常用的混沌序列作为扩频序列,调制生成所需的水声定位信号,并对其功率谱密度和相关特性进行了对比分析,为了进一步了解该定位信号的性能,在水声环境下,对其抗干扰能力进行了仿真。结果显示:在频谱特性方面,基于Tent序列生成的定位信号频谱最集中,频带利用率最高;而在相关特性和抗干扰能力方面,基于Logistic序列和Chebyshev序列生成的定位信号性能略优于Tent序列。针对采用传统混沌序列进行调制过程中,存在有效频带和信号相关特性无法有效兼顾的问题,提出了一种改进型的Tent映射,该映射既保留了Tent映射分布均匀的优势,又克服了其在复杂性方面的不足,因此,利用改进型的Tent映射进行调制生成水声定位信号,并对其性能进行了仿真,通过仿真结果可以看出,利用改进型Tent映射生成的定位信号,克服了基于Logistic序列的定位信号在频谱利用率方面的不足和基于Tent序列的定位信号在相关特性方面的不足,而且具有很强的抗干扰能力,相比三种传统的混沌映射,更适合用于水声定位信号的生成。
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