一種調(diào)頻水聲通信系統(tǒng)的自動實時幀同步方法
【專利摘要】一種調(diào)頻水聲通信系統(tǒng)的自動實時幀同步方法，涉及水聲通信。在發(fā)射端，順序發(fā)射固定時長的粗同步信號和細同步信號；在接收端，對從換能器端實時采集到的水聲信號先以步長L作滑動FFT，根據(jù)每次頻譜圖中F(f1)值先增后減的趨勢，自動判決粗同步，用接收到的粗同步信號計算信道對信號的衰減系數(shù)a(t)、自動調(diào)整細同步門限b，并估算細同步信號的大概時間起點c，最后根據(jù)調(diào)整后的細同步門限b，再對從起點c采集的水聲信號進行互相關運算獲得細同步。采用DSP的DMA模塊設置乒乓緩沖，無需DSP干預即可存儲由AD采集的水聲信號，實現(xiàn)對起伏水聲信道中同步信號的自動實時跟蹤，運算量小，占用存儲器資源少。
【專利說明】一種調(diào)頻水聲通信系統(tǒng)的自動實時幀同步方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及水聲通信，尤其是涉及一種調(diào)頻水聲通信系統(tǒng)的自動實時幀同步方法。
【背景技術】
[0002]聲波在海水中的傳播特性顯著優(yōu)越于電磁波和可見光波，使得水聲技術成為海洋高技術的主要研究領域之一。而水聲通信技術是各類水下載體、水下機器人之間及其與指揮船之間信息傳遞的重要手段，是水聲通訊設備中的關鍵技術。
[0003]海洋聲信道數(shù)據(jù)傳輸要求系統(tǒng)有高的傳輸速率和低的誤碼率，然而水聲信道是極其復雜的隨機時-空-頻變參信道(許肖梅.淺海水聲數(shù)據(jù)傳輸技術研究[D].廈門:廈門大學博士學位論文，2002)，其主要的特征表現(xiàn)為:復雜性、多變性、強多途、高噪聲和有限帶寬。特別是在淺海信息傳輸時，信道被限制在狹窄的海底和海面之間，多徑效應造成了接收信號的強烈起伏。這些嚴重的影響了調(diào)頻水聲通信系統(tǒng)基于能量檢測的幀同步和解調(diào)性倉泛。
[0004]已有的幀同步方法常采用同步頭法，在傳輸正式信息之前發(fā)射單頻脈沖信號和線性調(diào)頻脈沖信號的不同組合來完成的(陶毅.淺海水聲信道抗多途跳頻通信系統(tǒng)研究[D].廈門:廈門大學博士學位論文，2008)。在接收處理中，對單頻脈沖信號的同步解算采用滑動FFT，將單頻信號能量與預設同步門限進行比較實現(xiàn)(陶毅.淺海水聲信道抗多途跳頻通信系統(tǒng)研究[D].廈門:廈門大學博士學位論文，2008);對線性調(diào)頻脈沖信號進行拷貝相關處理，提取包絡峰值與預設同步門限比較獲得同步(夏清濤，劉忠，羅亞松.相位調(diào)制水聲通信同步算法[J].火力與指揮控制，2012，37 (7):98-101)。這種傳統(tǒng)的接收端處理方法運算快速簡便、結(jié)構簡單，僅需預先設置好粗同步和細同步門限即可，所以一直被廣泛采用。但此方法從原理和實際應用上主要存在以下問題。其一，單頻脈沖信號解同步時，取FFT變換后的幅度譜值進行判決，但是幅度譜僅能反映信號頻域信息，不能反映信號的時域信息，同時時域不同的信號經(jīng)過FFT變換在頻域上可以完全相同，原理上即可看出此方法抗干擾性能較差。其二，兩類信號同步判決時采用了固定門限，忽略了水聲信道對信號造成的強烈起伏影響，使得實際應用中同步信號正確檢出的概率大大降低。其三，水聲通信中，隨著通信距離的變化以及信道的隨機時-空-頻變使得接收端的信噪比在隨機變化，而固定門限則僅能滿足特定范圍信噪比情況下同步的檢出，當信噪比較低時若要檢出同步則需降低門限，這使得實際應用中需要人為干預，實時應用的效果大打折扣?？梢姡瑐鹘y(tǒng)同步方法使得同步信號在復雜多變的水聲信道中實現(xiàn)實時穩(wěn)定的檢出變得困難。同步是數(shù)字通信系統(tǒng)的核心技術，所以必須采用恰當?shù)男盘柼幚矸椒ㄟM行同步信號的檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的缺點和不足，提供一種適用于調(diào)頻水聲通信系統(tǒng)的自動實時幀同步方法。[0006]本發(fā)明包括以下步驟:
[0007]I)對換能器端接收到的水聲信號做實時數(shù)字處理，設其采樣率為fs，以步長L做滑動FFT處理；
[0008]2)對每次頻譜圖中頻點處值F(f\)做趨勢判斷，若該值隨著滑動處理經(jīng)過數(shù)次連續(xù)增加后出現(xiàn)減小的趨勢，則判為粗同步信號到達，此時記錄最后一次增加時的值FmaxCf1)和滑動次數(shù)k，計算轉(zhuǎn)入步驟3)，否則返回步驟I)；
[0009]3)根據(jù)Fmax (f\)計算信號衰減系數(shù)a⑴、自動調(diào)整細同步門限b并估算同步信號中的細同步信號的起點c ；
[0010]4)從起點C處截取信號r(n)與本地存儲的細同步信號s (n)作互相關處理，得到相關函數(shù)C (n)；
[0011]5)比較C(n)的最大值與門限b，若小于門限b，則計算轉(zhuǎn)入步驟6)，若大于門限b，則計算轉(zhuǎn)入步驟8);
[0012]6)若相關運算次數(shù)超過3次，則轉(zhuǎn)入步驟1)，若小于3次，則轉(zhuǎn)入步驟7)；
[0013]7)丟棄信號r(n)的前m點，并將新采集的m點信號補充到r (n)后面，計算相關函數(shù)C(n)，轉(zhuǎn)入步驟5);
[0014]8)查找相關峰位置d，以此作為同步信號到達的準確時間起點。
[0015]在步驟3)中，所述同步信號由粗同步信號和細同步信號組成；所述根據(jù)Fmax Cf1)計算信號衰減系數(shù)a(t)、自動調(diào)整細同步門限b并估算同步信號中的細同步信號的起點c的具體方法可為: [0016]所述粗同步信號為頻率為的單頻信號f。(t)，細同步信號為線性調(diào)頻信號s (t)，同步信號可表達為:
【權利要求】
1.一種調(diào)頻水聲通信系統(tǒng)的自動實時幀同步方法，其特征在于包括以下步驟: 1)對換能器端接收到的水聲信號做實時數(shù)字處理，設其采樣率為fs，以步長L做滑動FFT處理； 2)對每次頻譜圖中頻點處值F(f\)做趨勢判斷，若該值隨著滑動處理經(jīng)過數(shù)次連續(xù)增加后出現(xiàn)減小的趨勢，則判為粗同步信號到達，此時記錄最后一次增加時的值Fmax (4)和滑動次數(shù)k，計算轉(zhuǎn)入步驟3)，否則返回步驟I)； 3)根據(jù)Fmax(f\)計算信號衰減系數(shù)a(t)、自動調(diào)整細同步門限b并估算同步信號中的細同步信號的起點c ； 4)從起點c處截取信號r(n)與本地存儲的細同步信號s(n)作互相關處理，得到相關函數(shù)C(n)； 5)比較C(n)的最大值與門限b，若小于門限b，則計算轉(zhuǎn)入步驟6)，若大于門限b，則計算轉(zhuǎn)入步驟8)； 6)若相關運算次數(shù)超過3次，則轉(zhuǎn)入步驟1)，若小于3次，則轉(zhuǎn)入步驟7)； 7)丟棄信號r(n)的前m點，并將新采集的m點信號補充到r(n)后面，計算相關函數(shù)C (n)，轉(zhuǎn)入步驟5)； 8)查找相關峰位置d，以此作為同步信號到達的準確時間起點。
2.如權利要求1所述一種調(diào)頻水聲通信系統(tǒng)的自動實時幀同步方法，其特征在于在步驟3)中，所述同步信號由粗同步信號和細同步信號組成；所述根據(jù)F.ap計算信號衰減系數(shù)a(t)、自動調(diào)整細同步門限b并估算同步信號中的細同步信號的起點c的具體方法為: 所述粗同步信號為頻率為的單頻信號f。(t)，細同步信號為線性調(diào)頻信號s (t)，同步信號可表達為:
3.如權利要求1所述一種調(diào)頻水聲通信系統(tǒng)的自動實時幀同步方法，其特征在于在步驟6)中，所述相關運算次 數(shù)是根據(jù)參數(shù)m來調(diào)整，若m較小，則次數(shù)可相應增加。
【文檔編號】H04B13/02GK103618575SQ201310673481
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權日:2013年12月11日
【發(fā)明者】蘇海濤, 許肖梅, 陶毅, 張小康 申請人:廈門大學