[发明专利]一种水声通信唤醒信号低功耗实时分段检测方法

说明书

本发明公开了一种水声通信唤醒信号低功耗实时分段检测方法，步骤1：唤醒信号设计与发送；步骤2：并行n通道自适应Notch滤波器设计；步骤3：分段接收信号并输出各通道包络比重值；步骤4：更新检测矩阵；步骤5：基于特定检测矩阵的频点能量判决；步骤6：唤醒上电。本发明发射端唤醒信号易于系统实现，使用与唤醒信号频率对应的自适应Notch滤波器实时分段处理，减少单次计算复杂度，提高运行速度；接收端根据唤醒信号特征设计特定的检测矩阵，将滤波器各通道输出的包络比重值作为矩阵元素，将对单个频率信号的能量判决转化成唤醒信号整体存在概率的问题，降低了对单个频率信号的检测标准，提高了抗干扰和抗水声信道频率选择性衰落的能力，提高检测概率。

技术领域

本发明涉及一种水声通信唤醒信号低功耗实时分段检测方法，属于水下声通信领域。

背景技术

水声通信设备一般需要长期工作于水下环境，依靠自带电池供电，能量有限。因此，通常在系统中设计值班电路，该电路功耗较低，通过水声通信唤醒信号触发上电，使通信机处于正常高功耗工作状态。

现有的水声通信唤醒信号检测方法主要有以下几种：中国专利CN108449147B公开了一种基于线性调频信号的水声通信唤醒方法，该方法在发射端选择5个线性调频信号作为唤醒信号，接收端信号与本地参考信号进行相关运算并记录相关峰的到达时刻和检测状态，最后判决是否有唤醒信号到达，这种基于线性调频信号的匹配滤波检测法性能好，但计算复杂，对值班电路的处理能力要求高、功耗相对较大。中国专利CN105472719A公开了一种稳健的水下通信节点唤醒信号检测方法，该方法发射端使用双频或多频作为唤醒信号，接收端对接收信号执行单位圆上的CZT变换、搜索CZT变换细化谱的极值，通过估计各分量相对频率间隔和相对幅度是否保持不变来判决是否有唤醒信号到达，这种频率检测方法同样计算复杂，且在水声信道频率选择性衰落的条件下可能导致漏报。中国专利CN102201872A公开了一种水声通信低功耗唤醒设备，发射端选择单频信号作为唤醒信号，接收端对接收信号进行单频点定点DFT处理，通过判断其频率是否与已知唤醒信号频率对应来判决是否有唤醒信号到达，该方法虽然设计简单，但可靠性差，在恶劣水声信道条件下容易发生漏报和虚警。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种水声通信唤醒信号低功耗实时分段检测方法，采用该唤醒方法，可以实现低复杂度运算，减小内存需求，同时也能适应水声信道的频率选择性衰落和低信噪比的情况，提高可靠性，克服水声通信系统中值班单元低功耗处理器内存少、运算能力有限的问题。

为解决上述技术问题，本发明的一种水声通信唤醒信号低功耗实时分段检测方法，包括以下步骤：

步骤1：信号发射端在通信频带内产生n个频率不同、脉宽固定为T的单频CW信号，n≥3，将这n个信号按设定的排列顺序串联组成唤醒信号并发送，其中第i个单频信号的频率为f_i。

步骤2：信号接收端设计一组并行n通道自适应Notch滤波器，其各通道中心频率与待接收唤醒信号的频点一一对应，设置滤波器自适应学习步长μ，在每一个滤波通道中，根据其中心频率计算两路正交参考信号并存入表格。

步骤3：信号接收端值班单元低功耗值守，实时接收并对信号分段检测，处理的每段信号帧长为t，t＝T/m，正整数m为分帧系数，设置m值；接收端将每帧信号依次输入并行n通道自适应Notch滤波器，其中第i个通道的中心频率为f_i，每帧长度为t的信号经过第i个通道后输出的包络均值记为e_i，e_i在当前所有通道输出的包络均值之和中所占的比重记为s_i，即s_i＝e_i/∑e_i,i＝1,2,...,n；

步骤4：建立检测矩阵M，行数为n、列数为n×m，步骤3中第一次计算的比重值s_i存入矩阵M的第i行、第1列；之后每一次的计算结果依次存入矩阵M的下一列中，直至完成n×m次计算，矩阵M被填满，执行步骤5；