[发明专利]基于双重卡尔曼滤波的多普勒因子估计方法

说明书

基于双重卡尔曼滤波的多普勒因子估计方法，属于水声通信技术领域。解决了现有对多普勒频偏因子估计的方法未考虑连续帧信号的多普勒因子之间的变化过程，导致估计精度差问题。本发明先对初始通信信号进行同步，查找到初始通信信号中的训练序列；再对初始通信信号中的训练序列整体的前半部分进行分段后，根据初始通信信号的M个初始多普勒因子及单重卡尔曼滤波算法，获得初始通信信号的初始多普勒因子估计值；最后利用初始多普勒因子估计值对初始通信信号进行修正，并根据修正后的通信信号中的训练序列整体进行分段后，再根据修正后的通信信号的N个初始多普勒因子及双重卡尔曼滤波算法，获得修正后的通信信号的多普勒因子估计值。应用于水声通信。

技术领域

本发明属于水声通信技术领域。

背景技术

如今，建设海洋强国已经成为我国重要的发展战略，水声通信技术是目前维护我国安全的重要组成部分，也是我国海洋项目中研究的重要项目之一。在实际应用中，水下机器人、潜艇等在水声通信系统中会有较大的相对运动速度，多普勒频移现象在时域上会使得数据帧进行扩展或者压缩，从而造成接收端的同步与跟踪过程具有极大的误差，甚至会使接收端无法进行正常的工作，这样就会导致通信系统的误码率增大，所以在设计通信系统时，需考虑对通信信号进行多普勒估计与补偿的工作，但是如何减小甚至消除由于多普勒频移现象而导致的对通信系统的影响是目前在水下通信的研究过程中急需解决的问题。

中国专利说明书CN106027116A中公开了一种基于chirp信号的移动水声通信多普勒系数估计方法，利用chirp信号的采样点数在多普勒效应产生前后的变化量来得到实际chirp信号长度的变化量，从而估计出多普勒系数。中国专利说明书CN103618686A中公开了一种水声OFDM多普勒因子精确估计方法，设计一种OFDM帧格式，加入带循环前缀的前同步码和CW单频信号，对接收信号进行三次多普勒估计，范围逐步缩小，精度逐步提高。中国专利说明书CN102916922B中提供水声OFDM自适应搜索多普勒补偿方法，采用CW信号作为训练序列进行多普勒频偏因子粗测。利用高倍DFT对多普勒频偏进行补偿。以CW信号测得的多普勒频偏因子作为初始值，以补偿、均衡后的数据的均方误差为代价函数，不断调整因子大小进行搜索，直到满足条件。

以上列举的均是对训练序列作为整体一帧信号，对帧信号内的多普勒频偏因子进行估计，没有考虑连续帧信号的多普勒因子之间的变化过程，导致对多普勒频偏因子估计精度差的缺陷，因此，以上问题亟需解决。

发明内容

本发明目的是为了解决现有对多普勒频偏因子估计的方法未考虑连续帧信号的多普勒因子之间的变化过程，导致估计精度差问题，提供了一种基于双重卡尔曼滤波的多普勒因子估计方法。

基于双重卡尔曼滤波的多普勒因子估计方法，该估计方法包括如下步骤：

步骤一、接收端对接收的初始通信信号进行同步，同步成功后确定所接收的初始通信信号中训练序列的位置，并根据所接收的初始通信信号中训练序列的位置查找到初始通信信号中的训练序列；

步骤二、对初始通信信号中的训练序列整体的前半部分进行分段，共获得M段训练序列，其中，每一段训练序列作为一个码片，共获得M个码片；根据M个码片获得初始通信信号的M个初始多普勒因子；再根据初始通信信号的M个初始多普勒因子及单重卡尔曼滤波算法，获得初始通信信号的初始多普勒因子估计值；

步骤三、利用步骤二获得的初始多普勒因子估计值对初始通信信号进行修正，获得修正后的通信信号，并对修正后的通信信号进行同步，同步成功后确定修正后的通信信号中训练序列的位置，并根据修正后的通信信号中训练序列的位置查找到初始通信信号中的训练序列，并对修正后的通信信号中的训练序列整体进行分段，共获得N段训练序列，其中，每一段训练序列作为一个码片，共获得N个码片；根据N个码片获得修正后的通信信号的N个初始多普勒因子；再根据修正后的通信信号的N个初始多普勒因子及双重卡尔曼滤波算法，获得修正后的通信信号的多普勒因子估计值，并将该修正后的通信信号的多普勒因子估计值作为初始通信信号的多普勒因子的最终估计结果，从而完成了多普勒因子的估计；