[发明专利]一种分时实现多通道时间反转的水声通信机

说明书

技术领域

本发明涉及一种水声通信，尤其是涉及一种分时实现多通道时间反转的水声通信机。

背景技术

随着当前海洋资源开发、海洋环境立体监测和海洋国防安全等领域对海洋信息获取与传输的需求日益增加，水声通信技术已成为海洋高技术的重要前沿。而水声信道多径干扰强烈、信道响应稳定性差，具有典型的时－空－频域非平稳特性，对高性能水声通信系统的设计带来很大困难。

时间反转技术可以有效利用时间、空间聚焦作用抑制多径干扰，成为近年来水声通信与信号处理领域的研究热点。根据处理方式的不同，时间反转技术可以分成主动时间反转和被动时间反转两类：前者的接收机需要一个发射声源与接收阵列合置的多元阵，用于收到发射机发射信号进行时间反转后重发，使得声场在声源位置聚焦；后者则利用接收到的探针信号获取信道多径信息，并构造前置预处理器对接收信号进行多径聚焦。由于被动时反技术信号只需单向传输，且无需采用收发合置阵列，技术上实现较简单，因而得到了广泛的研究。陈东升等（陈东升，童峰，许肖梅.时反联合信道均衡水声通信系统研究[J].声学技术.2011,30(3):195-197）在点对点的通信系统中利用被动时反联合均衡来抵抗干扰，提高通信系能。宫改云等（宫改云，姚文斌，潘翔.被动时反与自适应均衡相联合的水声通信研究[J].声学技术.2010,29(2):129-134）利用被动时反与自适应均衡相联合，在相位相干水下通信系统中表明了此方法的可靠性与高效性。H.C.Song等（H.C.Song，W.S.Hodgkiss，W.A.Kupermanet al.Multiuser Communications Using Passive Time Reversal.IEEE JOURNAL OF OCEANICENGINEERING.2007,32(4):915-926）在被动时反的基础上利用判决反馈均衡、锁相环技术实现多用户的水声信息传输。G.F.Edelmann等（G.F.Edelmann,T.Akal,W.S.Hodgkiss et al.,An initialdemonstration of underwater acoustic communication using time reversal.IEEE J.Oceanic Eng.2002,27(3):602-609）则在多径信道下利用时反技术有效地克服码间干扰。

同时，理论和实验表明，仅使用单接收阵元进行被动时间反转处理时，受信道多径特性影响大，难以获得理想性能。为了提高时间反转处理的性能，一般需采用多阵元接收进行时间反转以达到较好的多径聚焦和码间干扰抑制性能。中国专利200910072531.0和200910071516.4均采用多元接收阵列组成多通道时间反转实现抑制多径效应的水声通信。但是，由于多通道时间反转处理需要在多个接收通道中的每个通道中进行大量数据的多次相关运算处理，对于搭载在各类水下节点中供电、空间等方面资源极其有限的水声通信机，难以实现基于多通道反转处理抑制多径效应的实时水声通信。因此，众多文献中多通道时间反转水声通信方法仍基于对多通道数据进行离线、后置处理的理论、方法研究状态，限制了多通道时间反转技术在水声通信机实际实现中的应用。

中国专利2010105818403提出一种适合移动平台的被动时反水声通信方法，利用收发双方至少一方运动时重复发射相同信息帧获得的空间分集效应进行多通道时间反转处理，将不同相对位置接收信号进行时反预处理及合并，从而可利用单接收水听器实现多通道时间反转抑制多径干扰的效果，可减小多阵元接收带来的系统复杂性。但其前提是收发双方至少有一方处于运动状态，否则将无法获得预期的聚焦效果；另一方面，由于要求至少收发至少一方处于运动状态，该方法中需对收发运动引入的多普勒效应进行抑制处理。

发明内容

本发明的目的在于提供通过分时重复发射实现多通道时间反转抑制信道多径效应的一种分时实现多通道时间反转的水声通信机。

本发明设有发射部分和接收部分；

所述发射部分设有信息码元输入接口、扩频调制模块、卷积模块、探针信号发生器、帧同步信号发生器、信号成帧模块、功率放大器和发射换能器；所述信息码元输入接口与扩频调制模块的输入端连接，扩频调制模块的输出端和探针信号发生器的输出端与卷积模块的输入端连接，信号成帧模块的输入端分别与卷积模块的输出端、探针信号发生器的输出端和帧同步信号发生器的输出端连接，功率放大器的输入、输出端分别与信号成帧模块的输出端和发射换能器的输入端连接。