[发明专利]一种基于信道匹配的二维水声跳频方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种水声通信、定位与导航方法。

背景技术

随着海洋事业和水声技术的迅猛发展以及经济上和科学上的需求，水声通信、定位与导航等关键技术手段被越来越多地应用于各个领域，而水声跳频技术作为水声通信等领域抗多途、易于多址组网以及良好的陷落性能受到更广泛的重视与应用。

水声跳频通信系统，是载波频率按某种跳频图案（跳频通信中载波频率改变的规律）在很宽频带范围内跳变的水声通信系统。与传统的水声通信方式相比，水声跳频通信系统具有抗干扰能力强、易于与窄带通信系统兼容、多址组网能力、抗衰落能力、一定的保密能力等特点。

一方面，由于海洋信道使声信号在传播过程中会受到扩展损失、吸收损失和散射，且随着信号频率的提高损失逐渐增强，所以对于水声系统而言其可用的带宽是及其有限的。而按照以往频分复用的方式，不同的用户都需要单独的频带宽度，限制了用户数量；另一方面，由于水声通信、定位或导航等都希望用户发射与接收到的目标信息具有良好的隐蔽性。

扩频技术具有较好的隐蔽性，且可以在低信噪比下工作，因此码分复用是频分复用较理想的替代技术。但对于码分复用技术，在有限带宽内单用户可利用正交码数量有限，随着用户数的增加，用户之间的正交性下降，会产生严重的干扰。因此在有限带宽内的水声系统中码分复用用户数目也受到限制，仍然不能满足多用户的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能提高跳频编码的正交性，提高水声通信等技术的隐蔽性的基于信道匹配的二维水声跳频方法。

本发明的目的是这样实现的：

用户端采用单个收发合置换能器；应答器采用多元收发合置垂直阵；

用户端下行询问信号采用直接扩频信号，所有用户端使用相同的信号；应答器上行应答信号采用基于时空跳频的扩频信号，每个应答器采用不同编码信号；

所述的下行询问信号由用户端发射，应答器接收信号后，根据询问信号解出多个信道的冲击响应函数，并采用凸优化的方法生成每条信道预滤波器；

所述的时空跳频的扩频信号在信道-频率二维空间中跳频，其生成过程是首先生成基本跳频信号，为每个跳频信号时间片先择相应的信道预滤波器，预滤波后从相应的阵元发射；

所述的时空跳频的扩频信号经过不同的信道被自动解码，变为基本跳频信号被用户端接收机接收。

本发明还可以包括：

1、所述根据询问信号解出多个信道的冲击响应函数进一步包括：设目标在PS点，距目标R处的应答器处的声场用格林函数G_ω(R;z,z_ps)表示，其中|R|为目标与应答器的水平距离；z_ps为目标每一个阵元的深度；z为应答器的深度，ω为声源的角频率，则G_ω(R;z,z_ps)满足声源存在时的亥姆霍兹方程：

▿2Gω(R;z,zps)+k2(z)Gω(R;z,zps)=-δ(R-rps)δ(z-zps)]]>