[发明专利]一种基于差分Pattern时延差编码的仿生水声通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是水声通信方法。更确切地说是一种仿生水声通信方法。

背景技术

随着现代探测技术的发展，对水声通信隐蔽性的要求不断提高。仿生是一种隐蔽水声通信可以采取的方法，与单纯的降低信噪比不同，仿生是用水声环境中自然存在的信号做调制波形，这种信号可以选用海豚、鲸鱼等海洋哺乳动物发出的声音。根据信号的不同形式，一般把海豚声信号分成三大类：回声定位信号(Clicks)、通信信号(Whistles)和应急突发信号(Burst Pulses)。近年来，国内外对海豚声纳的研究主要集中在回声定位信号和通信信号上，对于后者的研究主要分为两种：一是通信信号的分类；二是通信信号传递信息的分析，而将其应用于水声通信编码方面的研究甚少。

文献《差分Pattern时延差编码水声通信技术研究》（通信学报第33卷第6期112-117页）以及专利申请号为201110122340.8的专利文件中公开的《基于非固定码元宽度的Pattern时延差编码水声通信方法》对DPDS体制进行了详细描述。DPDS体制将信息编码技术和信道编码技术融于信号码元的设计中，采用码元分割，以相邻码元的时间差值携带信息，具有较好的抗码间干扰和抗多普勒的能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效性、稳健性和隐蔽性好的基于差分Pattern时延差编码的仿生水声通信方法。

本发明的目的是这样实现的：

在发射端：

（1）将信息进行串并转换，计算信息所要调制的时延差值；

（2）将时延差值调制在不同Whistles信号之间形成编码信号；

（3）编码信号之前添加同步信号形成一帧信号，同步信号是为了确定解码的时基并进行信道估计，同步信号采用一段Whistles信号；

（4）将帧信号经过功率放大后通过换能器发射出去；

在接收端：

（5）对水听器接收来的信号进行同步，同步主要是利用Whistles信号优良的自相关特性，由同步信号的相关峰位置时刻加上保护时隙的长度确定信号开始的时刻，信号开始的时刻即为第一个码元解码的时间基准；

（6）根据上一步提供的时间基准截取编码信号，利用拷贝相关器搜索第一个Pattern码的相关峰，该相关峰时刻减去Pattern码脉宽即得到第一个码元的时延差值进而解调出携带的信息，并串转换后得到原信息序列，同时该相关峰时刻为下一个码元的解码提供了时间基准；

（7）重复（6）中的步骤完成后续码元的解码。

本发明的主要特点体现在：选取了海豚Whistles信号作同步码和Pattern码，并以相邻Whistles信号之间的时延差值携带信息。海豚Whistles信号不同于线性调频信号等有规编码信号，其是海洋环境中真实存在的，不容易被探测，且DPDS特殊的编码方式能够使其更接近真实环境中的海豚信号，因此具有较强的通信隐蔽性。

附图说明

图1为海豚Whistles信号的时域波形；

图2为海豚Whistles信号的时频分析图；

图3为差分Pattern时延差编码示意图；

图4为进行水池实验时同步码相关检测结果；

图5(a)-图5(d)为进行水池实验解码相关结果。

具体实施方式

本发明主要包括如下步骤。

在发射端：

（1）将信息进行串并转换，计算信息所要调制的时延差值；

（2）将时延差值调制在不同Whistles信号之间形成编码信号；

（3）编码信号之前添加同步信号形成一帧信号，同步信号是为了确定解码的时基并进行信道估计，同步信号采用一段Whistles信号；

（4）将帧信号经过功率放大后通过换能器发射出去。

在接收端：

（1）首先对水听器接收来得信号进行同步，同步主要是利用Whistles信号优良的自相关特性，同步信号的相关峰位置时刻加上保护时隙的长度就可以确定信号开始的时刻，该时刻即为第一个码元解码的时间基准；

（2）根据上一步提供的时间基准截取编码信号，利用拷贝相关器搜索第一个Pattern码的相关峰，该相关峰时刻减去Pattern码脉宽即得到第一个码元的时延差值进而解调出携带的信息，信息并串转换后得到原信息序列，同时该相关峰时刻为下一个码元的解码提供了时间基准；

（3）重复2中的步骤完成后续码元的解码。