脉冲噪声环境下的扩频水声通信技术研究
摘要
扩频水声通信隐蔽性高、抗干扰能力强，可以工作在负信噪比环境下，且能有效应
对复杂水下环境和水声信道带来的影响，是中远程以及高质量水声通信的首选通信方式。
然而海洋环境复杂多变，北极浮冰碰撞、冰裂以及海洋生物等产生的高强度脉冲干扰会
对扩频水声通信性能产生较大影响，因此本文重点对强脉冲噪声环境下的稳健扩频水声
通信接收机算法展开研究。
首先，本文对常用的非高斯脉冲噪声模型进行分析，包括高斯混合噪声模型、Alpha
稳定分布噪声模型等；然后针对海洋环境中普遍且长期存在的两类脉冲噪声：北极冰下
脉冲噪声和海洋生物脉冲噪声进行时频特性分析以及脉冲噪声模型拟合，确定合适的仿
真脉冲噪声模型。
其次，对中远程稳健扩频水声通信技术进行深入研究。针对水声通信环境中的快速
载波相位变化，分析了两类接收机算法：第一类是基于差分编码的扩频接收机系统，包
括差分相关检测器、改进差分能量检测器以及双差分相关检测器；第二类是基于训练序
列的判决反馈均衡扩频接收机系统，包括符号判决反馈均衡接收机算法和码片假设反馈
均衡接收机算法，通过仿真和试验数据对两类接收机算法在不同扩频增益下的性能进行
分析论证，说明各自的优缺点及适用环境。
再次，针对脉冲噪声干扰，研究了结合信道编码及交织器的稳健抗干扰扩频接收机
系统，重点研究了以符号判决反馈均衡算法为基础的自适应Turbo均衡扩频接收机算法，
该算法充分利用扩频均衡器和信道译码器间的软信息交换，迭代提升接收机性能。进一
步的，研究了包括Clipping和Blanking在内的时域非线性脉冲噪声抑制算法，并对非线
性处理门限取值进行合理分析。
最后，通过仿真及海试试验数据对脉冲噪声环境下的结合干扰预处理的扩频接收机
系统性能进行深入分析，验证了文中研究的不同接收机算法的稳定性及低信噪比下的可
靠性。
关键词：脉冲噪声；扩频水声通信；Turbo均衡；非线性处理
脉冲噪声环境下的扩频水声通信技术研究
ABSTRACT
Spreadspectrumunderwateracousticcommunicationhashighconcealmentandstrong
anti-interferenceability,canworkinnegativesignal-to-noiseratioenvironments,andcan
effectivelycopewiththeimpactofcomplexunderwaterenvironmentsandunderwateracoustic
channels.Itisthepreferredcommunicationmethodformediumtolongdistanceandhigh-
qualityunderwateracousticcommunication.However,themarineenvironmentiscomplexand
ever-changing,andthehigh-intensitypulseinterferencegeneratedbyArcticfloatingice
collisions,icecracks,andmarineorganismscanhaveasignificantimpactontheperformance
ofspreadspectrumunderwateracousticcommunication.Therefore,thisarticlefocusesonthe
researchofrobustspreadspectrumunderwateracousticcommunicationreceiveralgorithmsin
strongpulsenoiseenvironments.
Firstly,thispaperanalyzesthecommonlyusednon-Gaussianimpul