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第1章 概述 1

1.1 引言 1

1.2 水下自组织网络的定义及特点 1

1.2.1 水下自组织网络的定义 1

1.2.2 水下传感器 1

1.2.3 与陆地网络的差异 2

1.3 水下自组织网络的体系结构 3

1.3.1 水下自组织网络体系结构的标准 3

1.3.2 网络的体系结构 3

1.4 水下自组织网络协议设计的关键因素 6

1.5 水下网络的应用 8

1.5.1 民事应用 8

1.5.2 军事应用 9

1.6 本书的概貌和范围 9

参考文献 10

第2章 水下自组织网络的部署与覆盖 11

2.1 引言 11

2.2 基于单节点检测的节点部署 12

2.2.1 问题描述及相关模型 12

2.2.2 节点的期望覆盖区域 12

2.2.3 部署策略 13

2.2.4 部署算法 13

2.2.5 仿真分析 16

2.3 基于多节点协作的节点部署 17

2.3.1 问题描述 17

2.3.2 协作节点集的期望覆盖区域 20

2.3.3 基于簇结构检测的节点部署 21

2.3.4 基于邻居节点协作检测的节点部署 24

2.4 多重覆盖部署策略 26

2.4.1 预备知识 26

2.4.2 3重覆盖部署策略 26

2.4.3 4重覆盖部署策略 27

2.5 随机性部署调度机制 28

2.5.1 预备知识 29

2.5.2 节点调度算法CPNSS 29

2.5.3 节点调度算法GPSA 33

2.6 本章小结 37

参考文献 37

第3章 相位调制水声通信技术 39

3.1 引言 39

3.2 相位调制移动水声通信信号处理算法 39

3.2.1 相位调制原理 39

3.2.2 相位解调原理 41

3.2.3 水声通信同步技术 43

3.2.4 水声通信多普勒频移补偿技术 46

3.2.5 相位相干移动水声通信算法 48

3.3 水声通信均衡技术 49

3.3.1 高阶统计量与高阶谱 51

3.3.2 盲均衡算法的基带模型与置零准则 54

3.3.3 Bussgang类盲均衡算法 55

3.3.4 倒三谱信道均衡算法 58

3.3.5 超指数算法 62

3.3.6 BP神经网络盲均衡算法 63

3.3.7 具有强抗干扰能力的水声通信盲均衡算法 65

3.4 具有同步跟踪能力的水声信道盲均衡算法 73

3.4.1 早—迟积分比相原理 74

3.4.2 具有位同步跟踪能力的盲均衡算法 76

3.4.3 仿真验证及分析 78

3.5 本章小结 80

参考文献 81

第4章 OFDM水声通信技术 84

4.1 引言 84

4.2 多载波传输系统数学模型 84

4.3 OFDM的基本原理 87

4.3.1 OFDM的调制理论分析 87

4.3.2 OFDM的解调理论分析 90

4.4 水声信道的多径传播 91

4.4.1 瑞利、莱丝衰落 92

4.4.2 频率选择性衰落 93

4.4.3 OFDM循环前缀对克服多径效应的影响 94

4.5 OFDM频域自适应均衡算法 96

4.5.1 传统OFDM频域自适应均衡算法 96

4.5.2 OFDM频域判决反馈自适应均衡算法 99

4.5.3 基于OFDM通信信号的自适应信道估计与均衡 103

4.6 本章小结 105

参考文献 105

第5章 水声通信系统的硬件设计 107

5.1 引言 107

5.2 水声通信系统需求 107

5.3 数字信号处理芯片DSP的选型 108

5.4 硬件系统设计方案 109

5.4.1 核心处理单元设计 109

5.4.2 人机接口系统 111

5.4.3 水声通信发射机系统设计 112

5.4.4 水声通信接收机系统设计 115

5.5 本章小结 123

参考文献 124

第6章 水下自组织网络节点自定位算法 125

6.1 引言 125

6.2 问题描述及相关算法简介 125

6.2.1 节点自定位算法分类 125

6.2.2 基本算法分析 127

6.2.3 节点定位算法的评价指标 128

6.3 距离无关的DV-Hop自定位算法 131

6.3.1 DV-Hop算法原理 131

6.3.2 DV-Hop算法的改进研究 132

6.4 基于距离信息的节点自定位算法 134

6.4.1 定位算法 134

6.4.2 适用于纯距离节点定位的无冲突自组织数据传播算法 136

6.4.3 OPNET仿真与结果分析 138

6.5 基于改进型粒子群优化的节点自定位算法 141

6.5.1 改进型粒子群优化算法 142

6.5.2 节点自定位算法步骤 143

6.5.3 仿真及结果分析 144

6.6 本章小结 147

参考文献 148

第7章 基于时延的水下自组织网络MAC协议研究 150

7.1 引言 150

7.2 非有效信息对MAC协议性能的影响 150

7.2.1 传统的ALOHA协议和MACAW协议 151

7.2.2 非有效信息对两种MAC协议的影响 152

7.3 相关MAC协议研究 153

7.4 适用于深海环境的AMS协议设计 155

7.4.1 深海水声MAC协议设计原则 155

7.4.2 AMS协议概述 156

7.4.3 基本原理 156

7.4.4 协议状态图及描述 160

7.4.5 仿真结果和分析 161

7.5 一种基于AMS协议设计的快速水下路由协议SFBASOP 164

7.5.1 传递路径与传播时延之间的关系 164

7.5.2 基本原理 165

7.5.3 SFBASOP协议状态图及描述 166

7.5.4 仿真结果与分析 168

7.6 本章小结 171

参考文献 171

第8章 基于地理位置信息的实时水下路由协议研究 173

8.1 引言 173

8.2 基于地理位置的路由协议研究 173

8.2.1 位置辅助的路由协议 173

8.2.2 基于位置信息的路由协议 174

8.3 设计水声位置信息路由协议所面临的挑战 180

8.4 BFDREAM协议 181

8.4.1 关键技术 181

8.4.2 数据分组结构 183

8.4.3 BFDREAM协议的描述和流程图 184

8.5 仿真实验结果与分析 186

8.5.1 仿真环境 186

8.5.2 性能度量 186

8.5.3 实验结果与分析 187

8.6 本章小结 190

参考文献 190

第9章 水下目标检测方法 192

9.1 引言 192

9.2 水声瞬态信号检测技术 192

9.2.1 水声瞬态信号检测方法探析 193

9.2.2 power-law检测技术 196

9.2.3 高阶谱检测技术 198

9.2.4 联合检测技术 199

9.2.5 试验分析 208

9.3 水下目标特征提取 211

9.3.1 基于功率谱和1 1/2维谱的特征提取 212

9.3.2 双谱特征提取 214

9.3.3 基于STFT的线谱特征提取 216

9.3.4 螺旋桨轴频估计 218

9.4 本章小结 222

参考文献 223

第10章 水下自组织网络目标定位算法 225

10.1 引言 225

10.2 质心类定位方法 226

10.2.1 坐标变换方法 226

10.2.2 节点检测模型 227

10.2.3 目标定位的基本原理 227

10.2.4 质心定位法 228

10.2.5 基于Bounding-Box的定位方法 228

10.2.6 改进的质心算法 229

10.2.7 仿真分析 230

10.3 基于m-网格的定位方法 232

10.3.1 定位方法描述 232

10.3.2 简单协作方法 233

10.3.3 仿真分析 233

10.4 基于节点角色分配的协作定位协议 235

10.4.1 协议描述 235

10.4.2 仿真验证与分析 238

10.5 基于时延的目标定位方法 239

10.5.1 目标定位原理 240

10.5.2 误差理论分析 240

10.5.3 时延分辨力和阵元间距的设置 244

10.5.4 基于相关分析的时延估计算法 245

10.5.5 广义互相关时延估计算法 246

10.5.6 仿真试验 251

10.6 本章小结 255

参考文献 256

第11章 水下自组织网络目标跟踪方法 258

11.1 引言 258

11.2 改进的解析目标跟踪算法 258

11.2.1 原有解析跟踪模型 259

11.2.2 改进的跟踪算法 260

11.2.3 模型的求解 262

11.2.4 改进算法在水下自组织网络中的应用 263

11.2.5 仿真分析 263

11.3 基于最小二乘滤波的目标跟踪算法 265

11.3.1 算法描述 265

11.3.2 仿真分析 266

11.4 基于动态分簇的粒子滤波目标跟踪算法 268

11.4.1 问题描述 268

11.4.2 目标跟踪算法 269

11.4.3 仿真分析 273

11.5 基于自适应采样间隔的目标跟踪算法 276

11.5.1 跟踪精度指标 276

11.5.2 自适应采样间隔跟踪算法 277

11.5.3 仿真分析 278

11.6 基于量化观测理论的跟踪算法 281

11.6.1 量化估计原理 281

11.6.2 试验与分析 282

11.7 本章小结 284

参考文献 284

第12章 外军水下作战网络实例 286

12.1 引言 286

12.2 声音监视系统SOSUS 286

12.2.1 系统简介 286

12.2.2 发展历程 287

12.2.3 系统现状 288

12.3 可部署自主分布式系统（DADS）及海网（Seaweb） 289

12.3.1 DADS简介 289

12.3.2 Seaweb简介 290

12.4 先进可部署系统ADS 291

12.5 近海水下持续监视网络PLUSNet 292

12.6 本章小结 294

参考文献 294