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浅海抗多途水声跳频通信研究361005）水声信道是一种极其复杂的时空频变信道，在进行水声通信中。抗干扰能力强、隐蔽性好的跳频通信技术应用于水声通信领域，具有独特的优势，是近年来高稳健性水声通信技术研究中的一个热点。本文构建了一种基于DSP硬件平台的实时水声跳频通信系统，给出了系统编解码技术的实现方法。发射的帧信号由粗同步信号、细同步信号、时延信号和m序列生成的跳频信号组成，采用了补零FFT的方法进行解码，提高了鉴频分辨率。通过实验室水池实验，验证了所设计系统在低信噪比条件下的可行性和稳定性。由于m序列生成的跳频图案隐蔽性，通信易于实现码分多址（CDMA）等性能，用于构建水声网络通信。 水声跳频通信；DSP；LPI---Low Probability of Intercept），具有必威体育官网网址性和多址能力，易于实现码分多址（CDMA）技术等。基于这些性能特点，水声跳频通信技术成为一种正在迅速发展，并引起广泛重视的水声抗强干扰通信技术[1]、[2]、[3]。 高速数字信号处理DSP技术以其嵌入式应用（系统成本、体积和功耗等高性价比特点）和实时的数字信号处理能力等特点在高速水声通信中得到广泛应用。本文构建了一种基于DSP硬件平台的水声跳频通信系统，该系统具有硬件简单、频率分辨率高、(可编程等优点。系统以m序列作为跳频序列，利用补零FFT鉴频进行解码，通过水池和海上现场实验，验证了系统的可行性和稳定性。 1 水声跳频通信 跳频通信是扩频通信中的一种重要方式。扩频通信是将待传输的信息数据用伪随机码编码调制，将其频谱扩展后再发送到信道进行传输，在接收端采用相同的编码进行解调及相关处理，恢复原信号信息。构建的水声跳频通信系统原理框图如图1。在发射端先将信息数字化，变成两位的数字信息流，经过信源编码、信道编码后，然后经过FSK调制，得到的FSK信号送入混频器，在混频器中与m序列发生器输出的m序列（即跳频图案）控制DDS合成的频率进行混频，即可产生跳频信号（FSK-FH信号）。FSK-FH信号通过功率放大后，经由发射换能器发送到水声信道中。在接收端，接收到的信号经过前置滤波放大后，送入混频器，混频器中有一个同样的“跳频图案”，并保持它与所接收的信号同步。用此“跳频图案”的输出和所接收信号混频，就可以把发射端引入的“跳频图案”去掉（解跳），得到FSK信号，再调用信号处理相关算法做解调、解码，恢复原始发送信息。 （a）发射系统原理框图 （b）接收系统框图 图 1 水声跳频通信系统原理框图 Fig.1 The principle diagram of UWA Frequency-hopping system2 m序列生成跳频图案[4]： 1）平衡性：在M 序列的每个周期都存在个1和个0； 2）每个连续非零的二进制s元组（）都发生次，而连续全零的s 元组发次； 3）二值性：自相关函数只取两个值，即： 。 M序列优异的相关特性、随机性、易于产生等优点，确立了至今仍然把它作为跳频序列最简单、最容易的方法使用，m序列可通过线性移位寄存器来产生。 一个n 级线性移位寄存器通过不同的反馈组合，可以产生长度为的不同m序列个[2]，用这个m序列发生器的输出状态来控制频率合成器，即可生成频隙数目为的跳频序列。因为水声信道可用频点数较少，因此本文采用4级线性移位寄存器，产生长度为15 个的m序列。根据文献[5]，此m序列的本征多项式为，以生成的m序列：111101011001000，给定寄存器的初始值“1111”，按照时钟脉冲从左向右一次一次地移位，可得到一个跳频序列：，可以看出跳频序列的一个周期中，最大频率跳变距离仅发生一次，为8，其余为1～7，2次。我们还可以看出，这样的跳频序列中任意非零状态一个周期内只有一次，而m序列的周期为。因此，在个频隙中，每个频隙在跳频序列中也仅出现一次，跳频增益达到最大。在接收端相应地使用此序列进行解跳。 3 系统的实现 3.1 系统实现原理 DSP的嵌入式水声图像传输系统。由于使用了DSP技术，对信号采集、变换及处理部分不再使用以往硬件的方法，而是采用灵活性好，易于修改的软件实现。系统框架如图2所示。 图 2 基于DSP技术的水声传输系统框图 Fig.2 UWA image communication system diagram 系统核心部分，选用两片TMS320VC5416 DSK作为硬件平台，完成包括发射端信号产生、跳频图案产生、调制和接收端解跳、解调以及计算机与DSP之间的通信等。TMS320VC5416 是TI 54x 系列DSP 中功能较强的一种定点DSP 芯片，适用于做通信系统的数据处理。信源和显示部分，采用VC++编写的主机客户程序。前置滤波放大，用MAX274制作的八阶连续时间Chebyshev带通滤波器，通带