[发明专利]一种水面母船与水下用户双向水声通信方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种通信方法，特别是一种实现水面母船与水下用户双向水 声通信的方法。

(二)背景技术

海洋资源开发和海洋环境立体监测系统大都包括海底传感器、自主式水下运 载器(AUV)、水下试验仪器和水面母船等。母船需要从多个水下用户获取实时 数据，并把控制信息传递给各个用户。这种配置形成一种交互式通信，可通过水 声通信来实现，其具有灵活、方便、经济、不存在电缆缠绕等问题。

水声信道是随机时变、空变的，其界面反射和声线弯曲导致多途扩展，由多 途扩展产生的码间干扰是水声通信的主要障碍之一。为了获得高速率、低误码通 信，必须抑制码间干扰。

时间反转镜(Time Reversal Mirror，TRM)可在没有任何先验知识的情况下 具有自适应匹配声信道的作用。TRM已被广泛应用于水声通信中，包括主动式 TRM(Active TRM，ATRM)、被动式TRM(Passive TRM，PTRM)和虚拟式TRM (Virtual TRM，VTRM)。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种既能减小水下用户设备的复杂性，又有利于提高 通信质量的一种水面母船与水下用户双向水声通信方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)在水面母船上设置由收发合置水听器组成的垂直接收阵通信系统，水 下用户设置单阵元构成的点源，水面母船与水下用户之间间断性进行信息交互；

(2)水下用户至水面母船的上行通信，采用虚拟式时间反转镜，探测码、 亦为通信同步码，由两个LFM信号构成、即正调频LFM₊与负调频LFM_-；

(3)在水面母船接收端，各阵元首先分别对接收到的探测码进行存储，同 时对其进行拷贝相关处理，以此完成信道估计，随后接收到的信息码与信道估计 的时间反转进行卷积运算；

(4)上行通信中，每个阵元均先进行信道估计、完成虚拟时间反转镜处理 后，重新同步，然后再叠加输出进入解码器；

(5)水面母船至水下用户的下行通信，以接收到的探测码的时间反转作为 信息码元载体，进行编码，传送信息给水下用户。

所述各阵元首先分别对接收到的探测码进行存储是正、负调频LFM分别存 储。

为实现本发明的目的，克服多途干扰，本发明在上行通信中利用虚拟式时间 反转镜抑制码间干扰，下行通信中利用主动式时间反转镜使信号到达水下用户时 已自动均衡信道，从而提出一种实现水面母船与水下用户双向水声通信的方法。

本发明的优点是可以利用上行、下行通信中的虚拟式时间反转镜和主动式时 间反转镜特性实现水面母船与水下用户双向水声通信，在减小了水下用户设备的 复杂性的同时，有利于提高通信质量。

(四)附图说明

图1是水面母船与水下用户双向水声通信示意图；

图2是帧数据结构；

图3-1～图3-4是4个阵元与用户间的信道冲激响应h₁～h₄；图3-5～图3-8是 各阵元与用户间信道冲激响应之间的互相关输出(其中corr(·)表示互相关运算)；

图4-1、图4-2是未使用虚拟时间反转镜时的拷贝相关解码输出波形图，其 中图4-1为以LFM₊为参考信号，图4-2为以LFM_-为参考信号；

图4-3、图4-4给出了使用虚拟时间反转镜时的拷贝相关解码输出波形图， 其中图4-3为以LFM₊为参考信号，图4-4为以LFM_-为参考信号。

图5-1、图5-2是下行通信中的编码信号，其中图5-1对应LFM₊编码，图 5-2对应LFM_-编码；

图5-3、图5-4是拷贝相关解码输出波形，其中图5-3为以LFM₊为参考信号， 图5-4为以LFM_-为参考信号。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：