[发明专利]基于接收阵的低频水声通信的均衡处理方法

权利要求书

1.基于接收阵的低频水声通信的均衡处理方法，其特征在于，所述方法包括:

S1、通过全孔径垂直阵列接收频域声压信号计算声场中简正波模态的垂直模态函数矩阵Ψ；

S2、根据S1的垂直模态函数矩阵Ψ获取模态滤波器

其中，λ为设定参数，I为单位矩阵，

利用模态滤波器对接收信号矩阵p进行滤波，实现模态分离，分离后的模态矩阵为：

S3、获取矩阵中第m阶模态对应的接收信号y_m(k)，当高接收信噪比的情况下，采用单通道自适应判决反馈均衡处理方法对接收信号y_m(k)进行解调，当低接收信噪比的情况下，转入S4；

S4、利用多模态联合判决反馈均衡处理方法对接收信号y_m(k)进行解调。

2.根据权利要求1所述的基于接收阵的低频水声通信的均衡处理方法，其特征在于，所述S4包括：

S41、将接收信号y_m(k)输入到多通道前馈滤波器，所述多通道前馈滤波器的输出为：

其中，表示第m个通道前馈滤波器系数，θ_m(k)表示校正因子，m＝1,…，M，M表示通道的数量，i表示虚数；

S42、根据多通道前馈滤波器的输出p(k)和反馈滤波器的输出q(k)获得第k时刻的符号估计值

反馈滤波器的输出

符号估计值经符号判决后输出b(k)表示反馈滤波器系数，

估计误差e(k)经过载波相位校正，获得b(k)和最优值θ_m(k)；

d(k)表示期望信号。

3.根据权利要求2所述的基于接收阵的低频水声通信的均衡处理方法，其特征在于，所述S41中，根据MSE准则得到校正因子θ_m(k)的最优值。

4.根据权利要求3所述的基于接收阵的低频水声通信的均衡处理方法，其特征在于，根据MSE准则得到校正因子θ_m(k)最优值的方法包括：

利用二阶数字锁相环对θ_m(k)进行迭代估计，

其中，K₁和K₂为锁相环系数，Θ_m(k)为MSE梯度的瞬时估计值：

其中，π_m(k)为与θ_m(k)无关的项。

5.根据权利要求4所述的基于接收阵的低频水声通信的均衡处理方法，其特征在于，所述S1包括：在声场环境参数已知的情况下，利用声场数据通过Kraken软件建模计算得到垂直模态函数矩阵Ψ；在声场环境参数未知的情况下，根据奇异值分解法利用声场数据估计垂直模态函数矩阵Ψ。

6.根据权利要求1所述的基于接收阵的低频水声通信的均衡处理方法，其特征在于，在声场环境参数未知的情况下，根据奇异值分解法利用声场数据估计垂直模态函数矩阵Ψ的方法包括：

利用固定深度水平运动的声源辐射的窄带声场的距离矩阵来构造CSDM矩阵，CSDM矩阵表示为:

C＝PP^H (1)

其中，P表示距离声源固定距离r处的宽带声压场；

对C＝PP^H进行SVD分解，可得：

C＝USV^H (2)

其中，S是一个由C的奇异值组成的元素从大到小排列的实数对角矩阵，U和V均为酉阵，列向量满足归一化条件：U_m表示U矩阵的第m列向量，V_m表示V矩阵的第m列向量，表示U矩阵的第m'列向量的共轭转置，表示V矩阵的第m'列向量的共轭转置，δ_mm'表示冲激函数；

分解后满足U＝V,且与模态函数矩阵Ψ相对应；通过对比各个模态对应的特征值的大小确定声场中有效模态的个数及各阶简正波模态对合成声场贡献的相对大小，提取对应位置的U矩阵中的列向量，即为有效模态的垂直模态函数矩阵Ψ。