[发明专利]一种水声通信方法及其装置

说明书

本发明涉及一种水声通信方法及其装置，其通信传输中的数据包帧结构包括：前导码、同步码和数据码；所述前导码与所述同步码之间设置有保护间隔；该方法利用线性调频信号在不同频段范围内冲击响应环境不同，对应频带内冲击响应特点得到映射关系，采用四相相移键控QPSK调制方式将四组中心频率不同，调频率相同的LMF信号，代表不同的码元进行信号传输，每种中心频率的载波信号可以表示两位二进制信息从而来提高传输效率；其水声通信装置也同样具有上述技术效果。

技术领域

本发明涉及一种水声通讯的方法，特别涉及一种SIMO水声信道中多节点进行数据通讯的方法。

背景技术

在海水中由于电磁波和光波在水中传播的吸收和衰减十分严重，声波目前成为水中传播的主要方式，声波在海水中传播会因多种因素而有较大的衰减，且水声信道复杂多变，具有多普勒频移效应。水声通信中，由于水面和水底对声波的反射和折射的影响，往往引起接收端的多径效应。另外在实现高速通讯时，有限的信道带宽和信号的多途传输会引起非常严重的码间干扰，造成接收数据的严重误码。往往同一声源发出的声波，由于受海水的温度、盐度、深度的影响，声信道的时变性、空变性，使得水声信息都比无线电信道复杂。

针对水声通讯中存在的诸多影响因素，前人利用多种扩频调制技术来解决水声通信的问题。何成兵等人(基于索引调制的单载波高速扩频水声通讯方法ZL202010882994)提出了一种基于索引调制的单载波高速扩频的水声通信方法来提高DSSS系统的数据速率问题，但是当外部干扰的强度超过了系统的干扰容限时，系统的性能将会急剧下降。申晓红等人(一种移动水声通讯方法ZL2017107935278)提出了基于FRFT的OFDM水声移动通信系统，利用Pei采样型算法作为离散分数阶傅里叶变换算法，降低了利用FRFT对子载波进行调制解调过程中发射机和接收机的复杂度，另外在接收端增加了阶次扫描迭代搜索算法模块，应对水声移动通信中多普勒频移问题。但是该方法一方面在信号编码中采用BPSK的数字调制方式，在高速传输的水声通讯中往往存在传输效率慢和频谱利用率低的影响，特别在单输入多输出的(SingleInputMultipleOutput，SIMO)水声环境中通过分数阶傅里叶变换进行子载波解调过程往往造成系统开销较大，无法满足实时通讯需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水声通信方法及其装置，旨在解决水声信号在海洋传播时受到环境复杂性以及多径效应的影响的技术问题。

一方面，提供一种水声通信方法，该方法的通信传输中的数据包帧结构包括：前导码、同步码和数据码；所述前导码与所述同步码之间设置有保护间隔；所述前导码作为接收端判断有用信号的到来和准备接收数据的依据；所述同步码采用与所述数据码具有相同调频率不同中心频率的线性调频信号，作为有用信号到达时间T0和分数域中接收信号的最佳阶次的同步检测信号；所述数据码包括调制到所述线性调频信号上的多种不同类型数字信息；

所述方法包括下述步骤：

S1.发射端对数据源进行信道编码和数字调制后得到所述数据码；在所述数据码前插入所述前导码、所述同步码和所述保护间隔后得到所述数据包；调制到具有正交特性的载波频率的所述数据包通过发射换能器发送到水声信道中；

S2.接收端对接收到的水声信号进行反相调制得到所述数据包；对所述数据包进行分解后基于所述前导码进行有用信号的采集保存；去保护间隔后，根据所述同步码分析所述数据码在分数阶域中的最佳阶数；依据所述最佳阶数对所述数据码进行解调得到数据输出。

另一方面，本发明还提供一种水声通信装置，该装置的通信传输中的数据包帧结构包括：前导码、同步码和数据码；所述前导码与所述同步码之间设置有保护间隔；所述前导码作为接收端判断有用信号的到来和准备接收数据的依据；所述同步码采用与所述数据码具有相同调频率不同中心频率的线性调频信号，作为有用信号到达时间T0和分数域中接收信号的最佳阶次的同步检测信号；所述数据码包括调制到所述线性调频信号上的多种不同类型数字信息；