[发明专利]基于单矢量差分能量检测器的扩频水声通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种水声通信方法，更确切地说是一种远程水声通信中直扩系统的解码方法。

背景技术

水声信道是一个带宽有限、多径干扰严重的时、频、空变信道。水声信道的复杂性及多变性使得高质量水声通信面临着挑战。

直接序列扩频通信具有很好的抗干扰、抗多径的能力，能够在较低信噪比条件下工作，是实现高质量水声通信的首选通信方式。在扩频水声通信系统中，载波相位的跳变将严重影响扩频系统的扩频增益，导致系统性能下降。矢量水听器可以同步共点地获得声场的矢量和标量信息，且单个矢量水听器即可实现测量目标的方位信息，具有良好的空间指向性。但是在实际应用中，由于接收端在海面上发生转动或者收发双方存在相对运动，相对于矢量水听器而言通信目标的方位是随时间发生变化的，此时有源平均声强器的性能将受限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有较低的复杂度、高可靠性，可在低信噪比条件下有效抑制载波相位跳变的影响的基于单矢量差分能量检测器的扩频水声通信方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)在直扩系统发射端，首先按照公式对原始信息序列进行差分编码得到差分序列，其中a_n为原始信息序列、表示模二相加、d_n为差分编码后的信息序列；

(2)对差分序列进行直接序列扩频调制，经过BPSK载波调制后的信号即为发射端发射信号；

(3)接收端使用矢量水听器接收信号，对矢量水听器输出的三路信号分别用复载波e^jωct进行解调处理，将通带信号转换为基带信号；

(4)解调处理后的基带信号以每两个扩频符号周期持续时间为单位进入单矢量差分能量检测器进行解码处理。

本发明解决的主要问题是在低信噪比条件下，如何克服载波相位跳变影响，实现高质量直扩水声通信。本发明将对有源平均声强器进行改进并与差分能量检测器相结合，提出单矢量差分能量检测器的解码处理方法，通过差分能量检测器的输出结果反馈给有源平均声强器，可对目标方位进行实时更新，从而利用实时更新的方位信息进行矢量组合，提高接收端处理增益。

本发明的优点主要体现在：

(1)直扩系统接收端采用能量检测而非相位检测进行解码，可有效克服载波相位跳变影响；

(2)可对目标方位进行实时更新，从而利用实时更新的方位信息进行矢量组合，提高接收端处理增益；

(3)该方法可在低信噪比、时变信道条件下稳定工作。

附图说明

图1为差分能量检测器原理图；

图2为单矢量差分能量检测器原理图；

图3为仿真采用的水声信道；

图4a-图4b为实时方位估计结果，其中图4a为匀速率转动、图4b为变速率转动；

图5为方位估计均方根误差曲线；

图6为直扩系统性能对比图；

图7为实测水声信道；

图8为矢量水听器接收信号；

图9为不同信噪比条件下方位跟踪估计结果；

图10为p+2v_c归一化指向性；

图11为相关器能量输出结果，其中图11a为差分能量检测器、图11b为单矢量差分能量检测器；

图12为单矢量差分能量检测器输出结果。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述。

图1为差分能量检测器原理图。接收信号在粗同步后以两个扩频符号周期为单位进入差分能量检测器，分别与本地构建的两组扩频序列做相关运算。差分能量检测器通过对两个相关器的能量输出进行比较最终完成直扩系统解码。下面通过公式对差分能量检测器原理及性能进行详细说明。

在直扩系统发射端，首先对原始信息序列进行差分编码，差分编码的目的在于防止能量检测器输出误差扩散。设原始信息序列为a_n(a_n以概率P取1，以概率1-P取0)，则经过差分编码后的序列为：