[发明专利]一种多普勒频偏测量方法

说明书

本发明属于水声信号处理领域，具体涉及一种多普勒频偏测量方法。本发明属于水声信号处理领域。涉及一种水声信道中的多普勒频偏测量方法。本发明中的多普勒频偏测量方法是在传统的FFT运算基础上进行的。先对接收的信号进行FFT运算，得到的结果仅为频率的粗略估计值。为进一步提高估计精度，在粗略估计值周围进行插值迭代运算，迭代两次即可得到频率的精细估计值。这样，将频率估计结果与原信号频率相减便可得到高精度的多普勒频偏测量值。本发明的优点在于估计性能受多途干扰影响小，能在低信噪比下进行多普勒频偏估计；频率估计精度高，理论上估计方差接近于克拉美罗界。

技术领域

本发明属于水声信号处理领域，具体涉及一种多普勒频偏测量方法。

背景技术

近些年来，水下移动节点，如水下无人潜器，间的声学通信正在受到更多的关注。由于水中声信号的传播速度小，约1500m/s，与其它通信系统相比，水声通信更易受多普勒效应的影响。即使接收机/发射机之间的慢速运动或者固有的电流波运动都会对发射信号产生显著的多普勒效应。目前水声通信中最常用的抑制多普勒效应的方法分两步进行：第一步先对接收信号中的多普勒频偏进行估计，计算出多普勒因子；第二步利用估计出的多普勒因子对接收信号进行重采样，以此达到多普勒补偿的目的。此方法中，只有频偏估计的足够准确，多普勒补偿才能达到理想的效果。因此，多普勒频偏估计在抑制多普勒效应的过程中是十分关键的。

频率估计法是多普勒频偏估计的重要方法。这种方法通过发射单频信号，在接收端对接收到的信号进行频率估计，接收信号频率与发射信号频率之差即为多普勒频偏。然而，在复杂的水声信道环境中，频率估计的性能易受噪声和多途干扰的影响，从而影响了多普勒频偏估计的精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多普勒频偏测量方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种多普勒频偏测量方法，包括以下步骤：

(1)发射端发射单频信号；

(2)接收端将采集到的信号进行粗略频率估计；

(3)利用粗略频率估计结果进行精细频率估计；

(4)将接收信号频率估计值与发射信号频率估计值相减得到多普勒频偏测量值。

首先发射端发射单频信号，接收端接收信号并采集完毕，在所述步骤(2)中的粗略频率估计时设接收信号为s(k)，采样点数为N，对输入信号作N点FFT计算，并寻找计算结果的模值平方的最大值即：

其中第一参数k表示第k个采样点。

所述步骤(3)中的频率精细估计时设定量化频率偏差初值设定第二参数i从1到2进行迭代计算：

其中，k表示第k个采样点，s(k)表示第k个采样点的接收信号，第i次迭代后量化频率偏差为粗略频率估计模值平方的最大值，p为第三参数，β为第四参数，β按下式计算：

得到接收信号s(k)的频率估计值：

其中，f_s为接收信号的采样频率，N为采样点数，为粗估计频率模值平方的最大值，为第二次迭代后量化频率偏差值。

所述步骤(4)得到多普勒频偏测量值Δf为：

其中，f₀为发射信号的频率，为接收信号s(k)的频率估计值。