[发明专利]一种基于非均匀空载波的OFDM水声时变多普勒频偏估计方法

说明书

本发明涉及一种基于非均匀空载波的OFDM水声时变多普勒频偏估计方法，所述方法包括：步骤1)接收端将OFDM接收信号进行混频、滤波、降采样、同步以及OFDM帧的多普勒估计后，利用接收端的非均匀空子载波信号，采用多重信号分类即MUSIC方法求出谱函数；步骤2)根据求出的谱函数采用模拟遗传算法快速求解基于非均匀空载波的谱函数极值解，通过计算群体中个体适应度得到个体评价依据，采用复制、交叉和突变的基因操作得到适应度优化的新种群，并直至迭代收敛到最终结果。通过本发明，使得空载波放置更加任意灵活，能够直接获得多个符号时变多普勒因子的联合最优估计，相较于谱峰搜索算法，运算量更小、搜索效率更高。

技术领域

本发明属于水声通信领域，特别是涉及一种基于非均匀空载波的OFDM水声时变多普勒频偏估计方法。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)技术因其具有抗信道衰落特性强和频谱利用率高的优势而广泛的应用于水声通信系统中。与雷达系统不同的是由于声波的传播速度远远小于电磁波的传播速度，声呐的多普勒频移远大于雷达的多普勒频移。因此为了实现正确的跟踪和译码，多普勒估计与补偿技术一直是OFDM水声通信系统的关键部分。

公开号为CN105282082A的专利公开了一种基于拷贝相关与空子载波结合的多普勒估计方法。该方法采用拷贝相关进行多普勒粗估计，针对多普勒粗估计值对一帧内每个OFDM符号进行多普勒补偿；采用DFT求解速度补偿时每个OFDM符号空子载波处能量和，能量和最小对应的速度是精确估计的速度。公开号为CN107231176A的专利公开了一种基于子载波能量的OFDM-MFSK水声通信宽带多普勒估计与补偿方法。该方法对数据块中每个OFDM-MFSK进行解调估计出有效子载波位置并将全部有效子载波能量和作为代价函数，按照假设的不同多普勒因子进行搜索得到多普勒估计结果。上述两种方法均采用谱峰搜索法寻找能量和的极值，当多普勒估计精度要求较高时该方法运算量大，搜索效率较低。

公开号为CN106961403A的专利公开了一种基于稀疏信道模型的OFDM水声语音通信多普勒补偿估计方法。该方法采用随机分布的梳状导频结合时空编码、解码方法获得导频处信道频域响应，利用信道的稀疏特性得到当前OFDM符号的多普勒估计结果。公开号为CN102664840A的专利公开了一种基于循环前缀的水声正交频分复用多普勒估计方法。该方法利用帧头部分的线性调频信号和单频信号、数据符号部分的循环前缀估计多普勒，利用单频信号进行FFT测频估计得到初步多普勒估计，利用循环前缀采用拷贝相关得到符号多普勒估计。上述两种方法分别采用基于导频、基于单频信号和循环前缀的多普勒估计方法，相较于基于空子载波的多普勒估计方法，上述两种方法浪费了发射能量且估计精度不高。

发明内容

有鉴于此，本发明的发明目的是降低OFDM水声时变多普勒估计的运算量、提高搜索效率，为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于非均匀空载波的OFDM水声时变多普勒估计方法，该方法包括，

步骤1)接收端将OFDM接收信号进行混频、滤波、降采样、同步以及OFDM帧的多普勒估计后，利用接收端的非均匀空子载波信号，采用多重信号分类即MUSIC方法求出谱函数；

步骤2)根据求出的谱函数采用模拟遗传算法快速求解基于非均匀空载波的谱函数极值解，通过计算群体中个体适应度得到个体评价依据，采用复制、交叉和突变的基因操作得到适应度优化的新种群，并直至迭代收敛到最终结果；

所述步骤1)包括：