[发明专利]一种适合移动平台的被动时反水声通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及水声通信领域，主要是一种适合移动平台的被动时反水声通信方法。

背景技术

在水声信道中，由于受界面(海底、海面)反射的影响，信道多途扩展十分严重，尤其是在浅海，多途扩展有时可能达到上百毫秒，多途扩展产生的码间干扰是水声通信的主要障碍之一。

时间反转(简称时反)处理技术是近年来发展的一种克服水声通信中多途引起码间干扰的有效手段。根据硬件配置和数据流方向的不同，时间反转技术可分为主动时反技术和被动时反技术两大类。主动时反技术需要一个发射声源和一条收发合置的多元阵，多元阵收到声源发射的信号后时间反转重发出去，声场可在声源位置聚焦，信号在往返传输过程实现了声信道传递函数的自相关，相关峰可视为“单峰的”，其主峰幅度明显高于旁瓣，这相当于信道多途扩展被压缩。被动时反处理与主动时反处理的原理相同，它利用接收到的探针信号构造一前置预处理器，修正后续有用信号，以克服多途引起的码间干扰。主动时反为双向传输，阵元需要收发合置，增加了通信等待时间和系统复杂性，而被动时反是单向传输，阵元只需接收功能，减少了系统复杂性。

为了提高被动时反通信系统在复杂信道中的稳健性，一般需要增加接收阵的孔径，接收阵元数量越多，抑制码间干扰的效果越好，但是阵处理的结构复杂性高，难以满足一些结构紧凑的应用场合，例如自主式水下航行器等小尺寸移动平台。

经过检索与本发明相关的文献包括：

Paul Hursky，Michael B.Porter and Martin Siderius，“Point-to-point underwateracoustic communications using spread-spectrum passive phase conjugation”，Journalof Acoustical society of America，120(1)，2006(以下称文献1)。

T.C.Yanga，Wen-Bin Yang，“Performation analysis of direct-sequencespread-spectrum underwater acoustic communications with low signal-to-noise-ratioinput signals”，Journal of Acoustical society of America，123(2)，2008(以下称文献2)。

殷敬伟，王逸林等，“一种移动水声通信方法”，中国专利公开号CN 101534156A，2009.09(以下称发明1)。

文献1和文献2研究基于单水听器的被动时反扩频通信方法，发明1提出基于单水听器的被动时反处理的水下空分多址方案，然而理论和实验已经证明，在复杂的水声多途信道下，仅用单个水听器进行被动时反处理，通信质量受信道环境的影响较大，往往难以获得稳定的低误码性能。

发明内容

本发明的目的正是要克服上述技术的不足，而提供一种可减少接收阵元数量且保证通信质量的适合移动平台的被动时反水声通信方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种适合移动平台的被动时反水声通信方法，移动水声通信系统采用被动时反处理方法，收发双方至少有一方运动，利用位置变化引起水声信道的水平相关性减弱，相同的信息帧在不同的位置点重复发射，收端将不同位置、不同时刻收到的信号合并，从而获得空间和时间分集效果。包括如下步骤：

(1)收发双方至少有一方运动，相同的信息帧在运动过程中不同的位置点重复发射，并保证不同位置点的信道传递函数之间具有较低的相关性；

(2)发端在每帧起始时刻先发射一探针信号，并将探针信号作为一滤波器的传递函数，后续的扩频信号经过滤波器之后，发射送入水声信道；

(3)收端首先捕获探针信号，然后将收到探针信号的时间反转与后续到达的扩频信号做卷积运算，再对卷积输出后的信号进行多普勒测量和修正，完成每帧信号的预处理；

(4)收端将不同位置上收到的多个相同信息帧(预处理后的)合并成一路信号，再进行符号同步、扩频序列相关运算，最后恢复出编码信息。

所述探针信号的带宽应当包含其后的扩频信号，扩频信号是发射信号的主体部分，携带了需要传送的信息，扩频信号采用任意形式的相位调制扩频信号。