[发明专利]一种穿钢信道建模方法及装置

说明书

本发明提供一种穿钢信道建模方法及装置，能够反映出穿钢信道的特点。所述方法包括：获取穿钢信道的输入输出数据；根据所述输入输出数据，通过线性系统辨识中的传递函数模型法，建立穿钢信道的传递函数模型并确定所述传递函数模型的参数。所述系统包括：获取模块，用于获取穿钢信道的输入输出数据；建模模块，用于根据所述输入输出数据，通过线性系统辨识中的传递函数模型法，建立穿钢信道的传递函数模型并确定所述传递函数模型的参数。本发明适用于穿钢通信技术领域。

技术领域

本发明涉及穿钢通信技术领域，特别是指一种穿钢信道建模方法及装置。

背景技术

穿透密闭容器(如：管道，压力罐，船舱等)的金属壁进行信号传输不能采用有线传输的方式。因为，有线传输需要在金属壁上钻孔以便让电缆线通过，而这样做不仅破坏了金属壁的完整性，而且破坏了容器的密闭性。传统的基于电磁波的无线传输(比如无线局域网，蜂窝通信和其他射频技术)同样无法应用于穿金属信号传输，这是由于金属壁的法拉第电磁屏蔽作用对电磁波的传输具有很强的抑制作用。由于超声波在固体中具有传播衰减小、可远距离传输的特性，因此可以利用超声波替代电磁波作为信息传输的载体，金属信道作为信息传输的媒介，实现金属信道内外数据的传输。压电换能器就是利用材料的压电效应实现能量转换的装置。压电换能器既可以作为发送设备，也可以作为接收设备。发送换能器能将电能转化成机械能，产生超声波，接收换能器将机械能转化为电能。此外，压电换能器传输能量的效率高且具备很好的与界面的耦合特性，因此是优先选择的器件。

在工业控制应用中，穿金属障碍物进行数字信息传输的需求日益增加，例如，海军舰艇上部署的射频传感和控制网络必须跨多个防水舱壁后保持连通性。这就促进了超声波通信的发展。对于使用超声波信号作为媒介穿过金属厚壁进行数据传输的方法，已有研究证明是可行的。近些年来，已经出现了一些穿过金属的超声波信号传输系统的设计。然而，还没有人提出准确的超声波穿钢信道数学模型。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种穿钢信道建模方法及装置，以解决现有技术所存在的没有准确的超声波穿钢信道数学模型的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种穿钢信道建模方法，包括：

获取穿钢信道的输入输出数据；

根据所述输入输出数据，通过线性系统辨识中的传递函数模型法，建立穿钢信道的传递函数模型并确定所述传递函数模型的参数。

进一步地，所述获取穿钢信道的输入输出数据包括：

在穿钢信道的发射端，获取发射脉冲；

在穿钢信道的接收端，获取穿钢信道瞬态响应。

进一步地，所述根据所述输入输出数据，通过线性系统辨识中的传递函数模型法，建立穿钢信道的传递函数模型并确定所述传递函数模型的参数包括：

从瞬态响应中提取主接收脉冲的波形；

将获取到的发射脉冲和提取的主接收脉冲分别作为估计主路径传递函数的输入-输出数据，通过线性系统辨识中的传递函数模型法，得到主路径传递函数的系数矢量及时延。

进一步地，所述根据所述输入输出数据，通过线性系统辨识中的传递函数模型法，建立穿钢信道的传递函数模型并确定所述传递函数模型的参数还包括：

从瞬态响应中提取第一回波脉冲的波形；

将提取的主接收脉冲和第一回波脉冲分别作为估计回波路径传递函数的输入-输出数据，通过线性系统辨识中的传递函数模型法，得到回波路径传递函数的系数矢量及时延。

进一步地，所述方法还包括：

根据瞬态响应中主接收脉冲最大峰值和第一回波脉冲最大峰值处之间的时间差估计主接收脉冲时延及穿钢信道往返延迟时间；