[发明专利]一种用于合成孔径水声通信的多普勒补偿方法及系统

权利要求书

1.一种用于合成孔径水声通信的多普勒补偿方法，该方法用于接收端精确恢复发送端分集发射的基带信号，所述方法包含：

步骤101）用于帧同步检测并依据帧同步检测获得各帧帧长的步骤；

步骤102）用于依据各帧帧长估计各帧的多普勒因子的步骤；

步骤103）用于根据多普勒因子估计值对接收信号进行重采样，完成多普勒效应的粗补偿；

步骤104）用于将各个分集支路补偿后的信号进行相干叠加，并进行解扩解调，恢复发送端发送的基带信号。

2.根据权利要求1所述的用于合成孔径水声通信的多普勒补偿新方法，其特征在于，所述步骤103）和步骤104）之间对粗补偿后的信号再进行精细补偿的步骤，该步骤具体包含：

对接收端接收的信号中包含的训练信号进行下变频和解扩处理；

将下变频和接扩处理后的信号采用全相位FFT进行频率和相位的估计；

依据频率和相位的估计对各帧重采样后的信号分别时间、频率和相位进行精确补偿。

3.根据权利要求2所述的用于合成孔径水声通信的多普勒补偿新方法，其特征在于，所述进行频率和相位的估计进一步包含如下步骤：

步骤201）根据帧同步检测得出的训练信号的起始位置以及最大时间的不确定度确定截取L点数据，取2N-1点数据(L>2N-1);

步骤202）对“2N-1”点数据采用加双窗的方法进行全相位预处理；

步骤203）对全相位预处理后的数据做N点FFT变换即为全相位谱分析结果；

步骤204）对全相位FFT结果进行峰值检测和门限判决，若峰值超过预设门限，则以一定的步长调整2N-1点数据的起始位置，并重复以上步骤，比较R次全相位谱分析得到的峰值，从而得到最大峰值，标志着时频细同步成功：由最大峰值得到的信息段起始点即消除了多普勒造成的时间模糊，最大峰值对应的频率和最大峰值对应的相位即为精确估计结果，其中R为将L点数据以2N-1点为单位划分得到的总份数；

步骤205）截取步骤203）得到的全相位谱分析主谱线上的相位值φ_ap(k^*)，其中k^*为谱序号，即可精确获取信号的初始相位；频率使用全相位时移相位差法进行校正，校正公式为：

其中，φ(k^*)为相位谱，φ_ap(k^*)为全相位相位谱，二者具有N的时移差；

步骤206）将数字域频率转换为连续域频率，得到的频率和相位估计值分别为：

其中，为全相位谱分析频率估计结果,φ_ap(k^*)为N点全相位FFT主谱线相位,f_s表示采样率。

4.根据权利要求1所述的用于合成孔径水声通信的多普勒补偿新方法，其特征在于，所述步骤101）进一步包含：

首先，用前导码副本对输入信号进行匹配滤波，通过门限判决完成帧检测，并确定信号的起始位置；

然后，用后导码副本确定信号的结束位置。

5.根据权利要求1所述的用于合成孔径水声通信的多普勒补偿新方法，其特征在于，所述步骤102）具体采用如下方法：

接收到信号并进行帧同步检测后，利用帧结构中所包含的前导码和后导码估计数据包长度并采用如下公式获得多普勒因子估计值

其中，T_t为接收端存储的已知帧长。

6.一种用于合成孔径水声通信的多普勒补偿系统，该系统用于接收端精确恢复发送端分集发射的基带信号，所述系统包含：

帧同步检测模块，用于帧同步检测，获得各帧的起始和结束位置并获得各帧帧长；

多普勒因子估计模块，用于依据各帧帧长估计各帧的多普勒因子；

重采样粗补偿模块，用于根据多普勒因子估计值对接收信号进行重采样，完成多普勒效应的粗补偿；和

基带信号恢复模块，用于将各个分集支路补偿后的信号进行相关叠加，并进行解扩解调，恢复发送端发送的基带信号。