[发明专利]M元循环移位Chirp扩频移动水声通信方法、装置和存储介质

说明书

本发明公开了一种M元循环移位Chirp扩频移动水声通信方法、装置和存储介质，所述方法通过将M元扩频调制与循环移位扩频调制相结合，极大地提升了频谱效率和通信速率。本发明用在移动水声通信中，可以在不进行多普勒估计和补偿的情况下保持稳定的通信性能。

技术领域

本发明涉及一种移动水声通信方法，属于水声通信领域。

背景技术

水声通信是目前唯一可以用于水下远距离无线通信的方法，然而水声信道是十分复杂的，声波在水中的低速传播导致严重的多途扩展，水声信道中的多普勒频偏相比于无线电通信更加明显。此外，海洋环境噪声具有随机性、非一致性等。这些特点将会严重制约水声通信的性能。

扩频技术具有截获概率低、处理增益高等优点，能够在复杂的水声环境中提供可靠的传输性能。Chirp扩频利用Chirp信号本身的宽频带特性实现频谱扩展，具有处理增益高、抗多径干扰能力强、功耗要求低的特点。然而，传统的Chirp扩频水声通信通常会由于多普勒畸变导致接收信号和本地Chirp信号失配。双曲调频(Hyperbolic frequencymodulated,HFM)信号具有多普勒不变性和良好的脉冲压缩特性，并且已经被用在脉冲雷达系统、水声通信系统、以及定位导航系统。现有的基于HFM信号的Chirp扩频水声通信技术通过上下扫频的HFM信号分别代表“0”和“1”实现信息传输，如图1中(a)部分所示。在接收端，如图1中(b)部分所示，分别使用具有上下扫频的HFM信号与经过同步的接收信号进行匹配滤波处理，根据匹配滤波结果进行解码。

然而，上述基于HFM信号的Chirp扩频水声通信技术，由于单个HFM信号仅能携带1bit信息，导致系统具有低的频带利用率，并且通信速率难以满足实际需求。

发明内容

针对上述现有技术的不足，为了提升频谱效率和通信速率，本发明提出一种M元循环移位Chirp扩频移动水声通信方法。

本发明的目的还在于提供一种M元循环移位Chirp扩频移动水声通信装置以及存储介质。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，一种M元循环移位Chirp扩频移动水声通信方法，应用于发射端，所述方法包括：

确定M元扩频调制的阶数M和循环移位扩频调制的阶数C，通过上下扫频和分割频带产生M个HFM信号；

将待发送的信息分成两组，分别为信息组1和信息组2，根据M和C的值进行串并转换，根据信息组1中的log₂M个比特信息确定当前符号所用的HFM信号，完成M元扩频调制，通过信息组2中的log₂ C个比特信息确定循环移位的时延位置，对所用的HFM信号进行循环移位，进而完成循环移位扩频调制；

依次完成指定符号数的调制过程后，进行并串转换后输出；

对输出信号加同步信号后进行发射。

其中，所述确定M元扩频调制的阶数M和循环移位扩频调制的阶数C包括：根据通信速率要求和信道条件确定调制阶数M和C。

第二方面，一种M元循环移位Chirp扩频移动水声通信方法，应用于接收端，所述方法包括：

对接收信号进行滤波和同步；

对滤波和同步处理后的信号进行串并转换；

对本地的HFM信号依次循环移位并与接收信号进行转置相乘处理；

根据所得乘积矩阵的最大值的位置完成M元扩频调制和循环移位扩频调制的解码，其中，根据乘积矩阵的最大值位置的横坐标获得循环移位扩频调制携带的信息，根据乘积矩阵的最大值位置的纵坐标获得M元扩频调制携带的信息。

第三方面，一种M元循环移位Chirp扩频移动水声通信装置，用作发射端，包括：