[发明专利]一种远程水声通信分块帧同步方法

说明书

一种远程水声通信信号分块帧同步方法，所述方法采用双曲调频信号作为帧同步头，在接收端将长度为N的帧同步信号分割成K个长度为M的子信号，利用频域相关算法分别计算当前时刻每一个子信号的滑动相关；将当前时刻的相关结果与以前时刻的相关结果延时M点后相加；取延时叠加后结果的前M个点作为当前时刻帧同步的计算结果；从每K次帧同步的计算结果中搜索同步信号的到来时刻，完成帧同步。本发明的方法在不降低帧同步性能的条件下克服了传统方法占用存储较大的缺点，同时计算量也有所降低，适用于远程水声通信中大点数的帧同步过程。

技术领域

本发明涉及水声通信技术领域，具体涉及一种远程水声通信分块帧同步方法。

背景技术

浅标、浮标等小型水下无人平台具有智能性、隐蔽性、经济性等特点，并且重量轻、尺寸小，使用方便，广泛应用于海洋环境监测、海洋资源勘探等领域。小型水下无人平台与母船或基站之间的可靠信息传输是其能够完成所执行任务的必要保证，而帧同步作为水声通信中的一项关键技术直接影响着水下信息传输的质量。帧同步的作用是在水声通信中准确获得信号帧的起始位置，通常在有用数据之前发送一段具有良好自相关特性的帧同步信号，利用接收端本地同步信号对接收到的信号计算相关，通过判断相关结果峰值的位置获得信号到达时刻，实现信号帧同步，为后续信号的解调奠定基础。

然而水声信道作为目前最为复杂的信道环境，不仅传播损失大、环境噪声高，而且具有时延—多普勒频移双扩散特性，严重限制了帧同步的性能。为获得良好的同步性能，在通信带宽一定的条件下，增加同步信号的时间长度提高了同步信号的时间带宽积，有利于提高同步检测性能。因此在远程实时水声通信中，通常设计较长的同步信号以达到稳定良好的同步效果。然而同步信号的长度越大，计算相关时所需存储资源与计算资源越多。而小型水下无人平台为达到系统长时间值守的目标，通常采用低功耗嵌入式系统，片上存储资源和计算资源等相对紧张，通过传统方法计算大长度的同步相关进行信号帧同步将会占用大量的存储资源，进一步影响计算速度，不利于信号的实时处理。

发明内容

本发明的目的在于，为解决上述现有技术的不足，提供了一种分块帧同步方法。该方法将一个较长的同步信号拆分为若干个等长的子信号，通过依次对子信号做相关，并将相关结果延时累加得到最终同步结果，减少计算大长度帧同步占用的存储空间和计算量。

为达到上述目的，本发明提供一种远程水声通信分块帧同步方法，所述方法包括：所述方法采用双曲调频信号作为帧同步头，在接收端将长度为N的帧同步信号分割成K个长度为M的子信号，利用频域相关算法分别计算当前时刻每一个子信号的滑动相关；将当前时刻的相关结果与以前时刻的相关结果延时M点后相加；取延时叠加后结果的前M个点作为当前时刻帧同步的计算结果；从每K次帧同步的计算结果中搜索同步信号的到来时刻，完成帧同步。

作为上述方法的一种改进，所述方法具体包括：

步骤1)接收端将本地生成的长度为N的双曲调频信号s(n)分割成K个长度为M的子信号s_k(n)，满足M＝N/K，以每个子信号作为矩阵的列向量构成矩阵S_M×K；对每一个子信号补零至2M长度构成矩阵E_2M×K，对补零后的各个子信号做快速傅里叶变换，F_2M为快速傅里叶变换矩阵，并求出快速傅里叶变换结果的共轭H_2M×K作为接收端帧同步的参考矩阵；

H_2M×K＝[F_2M×E_2M×K]^* (6)

步骤2)在接收端利用长度为2M的滑动窗口取得时刻t的接收信号其中r_t(m)为时刻t滑动窗口内接收信号的采样点，滑动窗口每次滑动M点长度，对接收信号做快速傅里叶变换，得到接收向量