[发明专利]一种MFSK水声通信的多普勒测量与修正方法

摘要

本发明涉及声学和信号处理领域，主要是一种MFSK水声通信的多普勒测量与修正方法，在发射端，通过映射两根多普勒测量谱线，其频率点落在编码信号的边带上，接收端只需要对编码信号的复基频信号，进行Zoom-FFT处理，获得较高分辨率的多普勒测量值，最后由测量值对复基频信号进行多普勒修正和时间同步的补偿。DSP实现设置了两级乒乓缓冲，分别存储AD采集的射频信号，和数字下变频的复基频信号，提高实时性和减少存储量。本发明的优点在于：本发明克服了传统的单频信号测多普勒的缺点，测量值对每个编码信号可反映为真实值，测量谱线可映射在响应差的频段，没有占用实际的通信频段，Zoom-FFT技术可提高多普勒测量分辨率，运算量小，占用的存储器资源也较少，工程易实现。

主权项

1、一种MFSK水声通信的多普勒测量与修正方法，其特征在于：步骤如下：(1)、MFSK水声通信的多普勒测量谱线的映射在MFSK通信信号的频段边缘映射两根多普勒测量谱线，如下：$s\left(t\right)=\underset{i=0}{\overset{N+m}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left({\mathrm{jd}}_i\right)\mathrm{rect}(t-t_s-t/2)\exp \left(j2\mathrm{\π}{f}_i(t-t_s)\right),t_s\≤t\≤t_s+T---\left(1\right)$其中s(t)为生成的含有多普勒测量谱线的MFSK信号，T为MFSK信号的时间周期，d0和dN+m为这两根多普勒测量谱线的初始相位，d1+(m-1)/2、d2+(m-1)/2、……、dN+(m-1)/2为信息的初始相位，d1、d2、……、d(m-1)/2，d1+N+(m-1)/2、d2+N+(m-1)/2、……、dN+m为0，m的取值取决于收发端最大的相对运动速度，多普勒测量的范围为-(1+(m-1)/2)/T≤Δf≤(1+(m-1)/2)/T；(2)多普勒测量与修正在接收端，利FFT对MFSK信号进行解调，先对接收的射频信号降采样，为：y(n)＝x(n)×exp(-j2π×f0×n/fs) (2)$z\left(n\right)=h\left(n\right)\⊗y\left(n\right)---\left(3\right)$b(n)＝z(Mn) (4)其中f0为中心频率，fs为采样频率，h(n)为低通滤波器系数，M为降采样因子，b(n)为获得的基频信号样本，采用Zoom-FFT，就是对感兴趣的多普勒测量谱线附近的频段进行放大，即频率分辨率提高，而其他频段，依然采用低频率分辨率，对b(n)进行Zoom-FFT处理为：y1、2(n)＝b(n)×exp(-j2π×fm1、2×nM/fs) (5)$z_{\mathrm{1,2}}\left(n\right)=h^{\′}\left(n\right)\⊗y_{\mathrm{1,2}}\left(n\right)---\left(6\right)$b1、2(n)＝z1、2(Ln) (7)$d_{k\mathrm{1,2}}=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{b}_{\mathrm{1,2}}\left(n\right)\underset{m=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\exp (j2\mathrm{\πm}(n-k)/N)---\left(8\right)$其中fm1、2为多普勒测量谱线的频率，h′(n)为低通滤波器，带宽为2(1+(m-1)/2)/T，L为降采样因子，即多普勒测量周期，找到dk1、2的最大值对应的位置k′1、2，则：δf＝fs/M/L (9)Δf1、2＝f0/fm1、2k′1、2δf (10)Δf＝(Δf1+Δf2)/2 (11)ε＝1/(1+Δf/f0) (12)ΔN＝εN (13)ΔN′＝εNML (14)δf为多普勒测量的频率分辨率，Δf为多普勒频偏值，ε为多普勒因子，ΔN为多普勒时间效应对相邻两个MFSK信号的复频信号偏移样本点数，ΔN′为相邻两个多普勒测量周期射频信号的偏移样本点数，对b(n)进行多普勒修正，为：b′(n)＝b(n-ΔN)exp(-j2πΔfnM/fs) (15)$d_k=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{b}^{\′}\left(n\right)\underset{m=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\exp (j2\mathrm{\πm}(n-k)/N)---\left(16\right)$对dk进行判决，获得信息码元。