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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CPNSS29

2.5.3 节点调度算法GPSA33

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SFBASOP164

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SOSUS286

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ADS291

12.5 近海水下持续监视网络PLUSNet292

12.6 本章小结294

参考文献294