基于壓縮感知的水聲通信頻譜感知研究.pdf

1、隨著海洋經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，水下無線通信受到國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。由于電磁波衰減嚴(yán)重，水下無線通信系統(tǒng)采用聲波作為信號(hào)傳輸?shù)妮d體。然而，聲波頻率低、帶寬窄，海洋生物的自然聲學(xué)系統(tǒng)和人類用于探測(cè)監(jiān)控的人工聲學(xué)系統(tǒng)都要使用頻譜資源，這可以通過頻譜感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的頻譜共享，同時(shí)避免對(duì)海洋生物的干擾。另一方面，通信數(shù)據(jù)量大、采樣速率高加劇了水聲通信中的頻譜資源稀缺現(xiàn)狀，而通過壓縮感知的方法可以在保證接收端信號(hào)質(zhì)量的情況下

2、有效降低系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量和采樣速率，從而提高系統(tǒng)性能。因此，本文對(duì)水聲通信系統(tǒng)中的壓縮感知技術(shù)和頻譜感知技術(shù)進(jìn)行了研究，并且在頻譜感知時(shí)，將壓縮感知技術(shù)與之進(jìn)行了結(jié)合。本文的主要研究工作和成果如下：
　　首先，介紹了水聲通信環(huán)境的特點(diǎn)，并在水聲射線理論模型的基礎(chǔ)上分析了水聲通信信道的傳輸特性；以此為基礎(chǔ)，總結(jié)了水聲通信系統(tǒng)中的頻譜檢測(cè)技術(shù)和壓縮感知技術(shù)。
　　其次，針對(duì)壓縮感知中子空間追蹤算法在重構(gòu)信號(hào)時(shí)需要已知信號(hào)稀疏度的問題

3、，提出了一種未知稀疏度信號(hào)的壓縮感知重構(gòu)算法。該算法首先利用匹配檢測(cè)原理估計(jì)出信號(hào)的稀疏度，然后采用子空間追蹤算法得到初始支撐集和余量，最后利用逐個(gè)添加原子的方式擴(kuò)展支撐集，并最終重建信號(hào)。仿真結(jié)果表明所提算法可以重構(gòu)稀疏度未知的信號(hào)，且具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。
　　最后，提出了一種低采樣速率的多天線壓縮頻譜感知算法。該算法通過壓縮采樣降低了認(rèn)知用戶天線的采樣速率，并通過多天線分集技術(shù)抵抗水聲通信環(huán)境中的干擾，從而提高頻譜感知的性能。該