基于凸优化的稀疏水声多径信道的低复杂度估计和跟踪研究

本项目涉及基于凸优化的稀疏水声多径信道估计和自适应跟踪方法及其在高速水声通信系统和水声被动定位系统中的应用。主要研究内容有：.① 已知发射信号下（主动）大时延扩展水声多径信道的高分辨率、低复杂度估计算法以及算法的收敛性证明和性能的理论分析。.② 已知发射信号下（主动）时变水声多径信道的自适应跟踪和时延-多普勒扩展函数估计。.③ 未知发射信号（被动）、双水听器接收下水声多径信道的盲估计；包括高分辨率多径时延差(TDOA)估计。.④ 非高斯噪声（冲激性噪声）环境下鲁棒的水声信道估计方法。.⑤ 水声多径信道估计在水声通信系统中同步和码间干扰抑制方面的应用。构建一个高速水声通信系统，其传输速率不低于5kbps，误码率不高于0.001。.⑥ 水声盲信道估计在水声被动定位中的应用。构建一个高精度水声被动定位的演示系统。

项目研究了基于凸优化的稀疏水声信道的估计及其在高速水声通信系统和水声被动定位系统中的应用。所完成的研究内容和取得的研究成果有：.1. 提出了三种大时延扩展水声信道冲激响应估计的低复杂度估计算法；完成了算法的收敛性和性能的理论分析。.2. 基于稀疏分解和压缩感知理论，设计了时变水声信道的宽带时延—多普勒扩展函数估计的有效算法。.3. 完成了未知发射信号（被动）、多水听器接收下的稀疏水声信道的盲估计；从中获得了可用于水声被动定位的高分辨率多径时延差(TDOA)估计。这是在目前可查到文献中，首次实现对水声信道的高分辨率盲估计。.4. 基于水声信道时延—多普勒扩展函数估计，提出了一种全新的大多普勒扩展下的时间反转水声通信技术。.5. 提出了一种全新的单载波—分块传输系统的盲/半盲信道估计算法。该算法在非常少的接收数据块可获得较好的性能。.6. 研究了水声信道估计在码间干扰抑制的应用。构建了一个高速水声通信演示系统，其传输速率达到5kbps，误码率不高于0.001。.7. 基于水声信道的盲估计技术，构建了一个高精度水声被动定位的演示系统。. 项目取得了一系列研究成果，在水声领域的国际知名期刊《美国声学杂志》（Journal of the Acoustical Society of America）发表SCI论文3篇；美国声学会第166届会议特邀报告一次；在IEEE通信协会的旗舰会议“IEEE国际通信大会(IEEE International Conference on Communications )”发表EI论文1篇；其它EI检索的国际期刊和会议发表论文19篇。这些发表的论文已经被国际和国内的同行多次引用。在基金的资助下，已培养博士2名，硕士22名。