水聲擴頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時間同步方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水聲擴頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時間同步方法，其包括以下步驟：步驟S1，接收端參數(shù)初始化；步驟S2，接收端采集信號；步驟S3，第二處理信號塊變量與本地同步參考信號進行相關(guān)運算；步驟S4，計算第二處理信號塊變量與本地同步參考信號相關(guān)運算結(jié)果的峰值位置；步驟S5，判斷pos_1、pos_2差值是否小于一定偏差容許范圍；步驟S6，取第一處理信號塊變量中的一段信號s1(k)；步驟S7，s1(k)與本地解調(diào)參考信號的反轉(zhuǎn)序列sfliplr(k)進行圓周卷積計算；步驟S8，判斷峰值位置離信號起始或結(jié)束位置一定偏差容許范圍。本發(fā)明不增加信號報頭，易于組網(wǎng)，對平臺計算能力要求不高，操作簡便，不易產(chǎn)生虛觸發(fā)或漏觸發(fā)。
【專利說明】水聲擴頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時間同步方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種時間同步方法，特別是涉及一種水聲擴頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時間同步方法。
【背景技術(shù)】
[0002]擴頻通信具有抗多徑、抗干擾、易組網(wǎng)等特點，在淺海信道條件下得到了廣泛應(yīng)用，同時由于擴頻通信具有擴頻增益，在低信噪比遠程水聲遙控中也得到了應(yīng)用。時間同步是包括擴頻通信在內(nèi)的通信系統(tǒng)接收端正確解碼的前提。同其他水聲通信系統(tǒng)一樣，擴頻通信的時間同步的現(xiàn)有方法是采用外同步法，即在碼元信號前置一個輔助的同步頭信號，例如線性調(diào)頻信號，雙曲調(diào)頻信號等。接收端將信號逐點移位通過匹配濾波器，當(dāng)匹配濾波器輸出信號幅度超過設(shè)定的門限時，即認為時間同步完成。這種方法的缺點是:一，采用輔助同步頭，降低了傳輸速度，同時在組網(wǎng)場合，尋找大量正交的同步頭信號也有一定的困難；二，采用逐點移位，每個采樣周期都要進行一次匹配濾波運算，這對平臺的計算能力提出了較高的要求以滿足實時性；三，采用幅度門限判決，需要提前發(fā)送一段訓(xùn)練的同步頭信號來獲取門限，當(dāng)改變海區(qū)、收發(fā)位置和距離或其他條件時，需要重新獲取門限，帶來了操作的復(fù)雜性，同時由于干擾信號的存在、水聲信道的時變性，容易產(chǎn)生時間同步的虛觸發(fā)或漏觸發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種水聲擴頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時間同步方法，其不增加信號報頭，易于組網(wǎng)，對平臺計算能力要求不高，操作簡便，不易產(chǎn)生虛觸發(fā)或漏觸發(fā)。
[0004]本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的:一種水聲擴頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時間同步方法，其特征在于，其包括以下步驟:
[0005]步驟SI，接收端參數(shù)初始化，令第一處理信號塊變量rp_essjmv(k)和第二處理信號塊變量1^。。_(10為全O序列，采樣點數(shù)為2倍碼元時間采樣點數(shù)，第一位置變量pos_l初始值為0，第二位置變量pos_2初始值為O ;
[0006]步驟S2，接收端采集一個碼元時間寬度的信號，更新第一處理信號塊變量rpM_sprev(k)和第二處理信號塊變量1^。。_(10 ；
[0007]步驟S3，第二處理信號塊變量rpMC_(k)與本地同步參考信號sMf (k)進行相關(guān)運算，可通SrpMC_(k)與本地同步參考信號的反轉(zhuǎn)序列sMf—fliplJk)的圓周卷積運算得到；
[0008]步驟S4，計算圓周卷積運算結(jié)果y(k)的峰值位置；將第二位置變量pos_2的值賦予第一位置變量pos_l ,將y (k)的峰值位置值賦予pos_2 ；
[0009]步驟S5，判斷pos_l和pos_2的差值是否小于一定偏差容許范圍，即判斷是否滿足以下條件:
[0010]條件一:I pos_l_pos_2 I〈Len/50 ；[0011 ]條件二: I I pos_l_pos_2 I _Len〈Len/50 ；
[0012]條件三:pos_l〈Len；
[0013]如果條件一或者條件二成立，并且條件三成立，則轉(zhuǎn)到步驟S6，進行進一步判決；否則轉(zhuǎn)到步驟S2 ；
[0014]步驟S6,取rpMeess_prev(k)中以pos_l為起點、長度為Len的一段信號,記為第一碼兀信號sjk);取rprocess(k)中以pos_2為起點、長度為Len的一段信號,記為第二碼兀信號s2(k)；
[0015]步驟S7，第一碼元信號S1 (k)與本地解調(diào)參考信號的反轉(zhuǎn)序列SfliplJk)進行圓周卷積計算，計算第三位置變量pos_maX_l ;第二碼元信號S2 (k)與SfliplJk)進行圓周卷積計算，計算第四位置變量pos_max_2 ；
[0016]步驟S8,判斷pos_max_l、pos_max_2離信號起始或結(jié)束位置一定偏差容許范圍。
[0017]優(yōu)選地，所述步驟S2塊處理采用乒乓緩沖機制。
[0018]優(yōu)選地，所述步驟S3中的相關(guān)運算采用任何形式的快速運算算法。
[0019]優(yōu)選地，所述步驟S5包括以下三個判斷條件:
[0020]條件一:I pos_l-pos_2 I〈Len/50 ；
[0021]條件二: I I pos_l_pos_2 I _Len〈Len/50 ；
[0022]條件三:pos_l〈Len；
[0023]優(yōu)選地，所述步驟S8包括以下四個判斷條件:
[0024]條件四:pos_max_l〈Len/50 ；
[0025]條件五:ILen-Len/50 | <pos_max_l ；
[0026]條件六:Ipos_max_2 |〈Len/50 ；
[0027]條件七:ILen-Len/50 | <pos_max_2。
[0028]優(yōu)選地，所述步驟S5中的偏差容許范圍和步驟S8中的偏差容許范圍進行改變。
[0029]優(yōu)選地，所述處理信號塊由前一個采集信號片斷和當(dāng)前采集信號片聯(lián)結(jié)而成，每個采集信號片斷的長度等于碼元時間長度。
[0030]本發(fā)明的積極進步效果在于:(1)通過采用基于峰值位置信息的判決方法，解決了現(xiàn)有同步方法采用幅度門限判決，需要提前發(fā)送一段訓(xùn)練的同步頭信號來獲取門限，當(dāng)改變海區(qū)、收發(fā)位置和距離或其他條件時，需要重新獲取門限，操作復(fù)雜性的問題，通過多個判決條件的限制，大大降低了同步虛觸發(fā)的概率，由于對峰值位置的判決具有一定范圍的允許偏差，降低了由于干擾信號的存在、水聲信道的時變性，產(chǎn)生的同步漏觸發(fā)。(2)通過采用自同步頭，解決了現(xiàn)有同步方法采用輔助同步頭，傳輸速度降低，同時在組網(wǎng)場合，尋找大量正交的同步頭信號具有一定的困難的問題。(3)通過采用塊處理，解決了現(xiàn)有同步方法采用逐點移位，每個采樣周期都要進行一次匹配濾波運算，對平臺的計算能力具有較高要求的問題；由于采用塊處理，可以采用乒乓(Ping-pong)緩沖機制，采樣數(shù)據(jù)可以采用DMA (Direct Memory Access,直接內(nèi)存存取)傳輸,進一步降低了處理器負荷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明水聲擴頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時間同步方法的流程圖。
[0032]圖2為本發(fā)明各個處理信號塊的信號形式和其相關(guān)結(jié)果的相關(guān)峰位置示意圖。[0033]圖3為本發(fā)明處理信號塊中截取的信號的相關(guān)峰位置示意圖。
[0034]圖4為本發(fā)明一個具體實施例的時域波形。
[0035]圖5(a)為本發(fā)明具體實施例第4個處理塊的時域信號及其相關(guān)結(jié)果的示意圖(采樣點)。
[0036]圖5(b)為本發(fā)明具體實施例第4個處理塊的時域信號及其相關(guān)結(jié)果的示意圖(延遲采樣點)。
[0037]圖6(a)為本發(fā)明具體實施例第5個處理塊的時域信號及其相關(guān)結(jié)果的示意圖(采樣點)。
[0038]圖6(b)為本發(fā)明具體實施例第5個處理塊的時域信號及其相關(guān)結(jié)果的示意圖(延遲采樣點)。
[0039]圖7 (a)為本發(fā)明從第4個處理信號塊中截取的信號的時域波形(采樣點)和相關(guān)結(jié)果的示意圖(采樣點)。
[0040]圖7 (b)為本發(fā)明從第4個處理信號塊中截取的信號的時域波形和相關(guān)結(jié)果的示意圖(延遲采樣點)。
[0041]圖8 (a)為本發(fā)明從第5個處理信號塊中截取的信號的時域波形和相關(guān)結(jié)果的示意圖(采樣點)。
[0042]圖8 (b)為本發(fā)明從第5個處理信號塊中截取的信號的時域波形和相關(guān)結(jié)果的示意圖(延遲采樣點)。
【具體實施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0044]假設(shè)擴頻通信中碼元周期Tb等于擴頻碼周期，本地解調(diào)參考信號為正相調(diào)制的碼元信號s (t)，0〈t≤Tb，S⑴的反轉(zhuǎn)序列為Sfliplr (t)。接收端采樣率為Fs，則S⑴和Sfliplr (t)的采樣點數(shù)為FsXTb (記該采樣點數(shù)為Len)。sMf(k)為本地同步參考信號的采樣信號，通過本地解調(diào)參考信號s(t)的采樣信號s(kFs)補零得到，即公式(I):
【權(quán)利要求】
1.一種水聲擴頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時間同步方法，其特征在于，其包括以下步驟: 步驟SI，接收端參數(shù)初始化，令第一處理信號塊變量p_(k)和第二處理信號塊變量rpMC_ (k)為全O序列，采樣點數(shù)為2倍碼元時間采樣點數(shù)，第一位置變量pos_l初始值為O，第二位置變量pos_2初始值為O ; 步驟S2，接收端采集一個碼元時間寬度的信號，更新第一處理信號塊變量rpMC_prev(k)和第二處理信號塊變量1^。。_(10 ； 步驟S3，第二處理信號塊變量rpM_s(k)與本地同步參考信號sMf (k)進行相關(guān)運算，可通過rp_ss(k)與本地同步參考信號的反轉(zhuǎn)序列sMf—fl_(k)的圓周卷積運算得到； 步驟S4，計算圓周卷積運算結(jié)果y(k)的峰值位置；將第二位置變量pos_2的值賦予第一位置變量pos_l ,將Y (k)的峰值位置值賦予pos_2 ； 步驟S5，判斷pos_l和pos_2的差值是否小于一定偏差容許范圍，即判斷是否滿足以下條件:
條件一:I pos_l-pos_2 I〈Len/50 ；
條件二: I I pos_l-pos_2 1-Len |〈Len/50 ； 條件三:pos_l〈Len ； 如果條件一或者條件二成立，并且條件三成立，則轉(zhuǎn)到步驟S6，進行進一步判決；否則轉(zhuǎn)到步驟S2 ；` 步驟S6,取rpMeess_prev(k)中以pos_l為起點、長度為Len的一段信號，記為第一碼元信號sjk) ;IX rproceSS(k)中以pos_2為起點、長度為Len的一段信號，記為第二碼兀信號s2(k)； 步驟S7，第一碼元信號Sl(k)與本地解調(diào)參考信號的反轉(zhuǎn)序列SfliplJk)進行圓周卷積計算，計算第三位置變量pos_maX_l ;第二碼元信號S2 (k)與SfliplJk)進行圓周卷積計算，計算第四位置變量pos_max_2 ； 步驟S8,判斷pos_max_l、pos_max_2離信號起始或結(jié)束位置一定偏差容許范圍。
2.如權(quán)利要求1所述的水聲擴頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時間同步方法，其特征在于，所述步驟S2塊處理采用乒乓緩沖機制。
3.如權(quán)利要求1所述的水聲擴頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時間同步方法，其特征在于，所述步驟S3中的相關(guān)運算采用任何形式的快速運算算法。
4.如權(quán)利要求1所述的水聲擴頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時間同步方法，其特征在于，所述步驟S5包括以下三個判斷條件:
條件一:I pos_l-pos_2 I〈Len/50 ；
條件二: I pos_l_pos_2 I _Len〈Len/50 ； 條件三:pos_l〈Len。
5.如權(quán)利要求1所述的水聲擴頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時間同步方法，其特征在于，所述步驟S8包括以下四個判斷條件: 條件四:pos_max_l〈Len/50 ；
條件五:I Len-Len/50 | <pos_max_l ；
條件六:I pos_max_2 |〈Len/50 ；條件七:I Len-Len/50 | <pos_ _max_2 ο
6.如權(quán)利要求1所述的水聲擴頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時間同步方法，其特征在于，所述步驟S5中的偏差容許范圍和步驟S8中的偏差容許范圍進行改變。
7.如權(quán)利要求1所述的水聲擴頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時間同步方法，其特征在于，所述處理信號塊由前一個采集信號塊和當(dāng)前采集信號塊聯(lián)結(jié)而成，每個采集信號塊的長度等于碼元時間長度。
【文檔編號】H04B1/7073GK103701489SQ201310671506
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】張剛強, 宋軍, 劉平香 申請人:中國船舶重工集團公司第七二六研究所