[发明专利]一种基于多频空域稀疏重构的水声多址通信方法与系统

权利要求书

1.一种基于多频空域稀疏重构的水声多址通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在压缩感知框架下，水声传感网络包括I个传感节点和1个中心接收节点，所述中心接收节点处的阵列接收多频发送信号由传感节点到达所述中心接收节点时的接收信号，其中所述多频发送信号为采用MFSK进行调制后的发送信号；

S2：将所述多频发送信号从所述I个传感节点分别到达所述阵列时所述阵列接收到的I个时延频域响应组成的矩阵作为观测矩阵C(k)，并利用稀疏重构算法构建所述多频发送信号在所述阵列的频域观测信号矢量利用所述观测矩阵C(k)和所述频域观测信号构建出稀疏恢复方程，再将所述观测矩阵以MFSK调制方式调制在所述频域观测信号上，具体步骤包括：在所述水声传感网络中I个传感节点的空间位置集为(r₁，r₂，...，r_I}，所述阵列为M元阵列，其中所述阵列的第m个水听器接收到的信号x_m(n)， m＝1，2，...，M为：

x_m(n)＝h_m(r_s，n)*s(n)+ω_m(n)

其中，n为离散时间，h_m(r_s，n)为第s个传感节点的位置r_s到所述阵列的第m个水听器的信道冲激响应，s(n)为所述多频发送信号，ω_m(n)为第m个水听器的接收噪声，将h_m(r_s，n)分解为到达第m个水听器的阵列时延响应d_m(r_s，n)和对齐的信道冲激响应ha_m(r_s，n)的卷积，即

h_m(r_s，n)＝d_m(r_s，n)*ha_m(r_s，n)

则，将所述信号x_m(n)的频域表示为：

X_m(k)＝D_m(r_s，k)H_m(r_s，k)S(k)+W_m(k)

其中X_m(k)，D_m(r_s，k)，H_m(r_s，k)，s(k)，W_m(k)分别为：x_m(n)，d_m(rs，n)，ha_m(rs，n)，s(n)，ω_m(n)的离散傅里叶变换，则利用X_m(k)，D_m(rs，k)，H_m(r_s，k)，W_m(k)来构成所述阵列位置处的各变量的频域矢量为：

X(k)＝{x₁(k)，x₂(k)，...，x_M(k)}^T

D(r_s，k)＝{D₁(r_s，k)，D₂(r_s，k)，...，D_M(r_s，k)}^T

H(r_s，k)＝{H₁(r_s，k)，H₂(r_s，k)，...，H_M(r_s，k)}^T

W(k)＝{W₁(k)，W₂(k)，...，W_M(k)}^T

再将式X_m(k)＝D_m(r_s，k)H_m(r_s，k)S(k)+W_m(k)，

表示为：X(k)＝D(r_s，k)H(r_s，k)S(k)+W(k)，

其中，k为频率，X(k)表示所述阵列接收到的信号矢量的频域，D(r_s，k)表示所述多频发送信号从所述第s个传感节点的位置r_s到达所述阵列的时延频域响应矢量，H(r_s，k)表示D(r_s，k)对应的信道频域响应矢量，W(k)为频域噪声矢量，定义所述观测矩阵C(k)为：

C(k)＝{D(r₁，k)，D(r₂，k)，...，D(r_I，k)}

利用H(r_s，k)对来自各个传感节点的S(k)的观测信号进行加权从而获得

其中表示频域观测信号矢量，表示在频率k处第I个传感节点对应的发送信号的傅里叶变换，再将所述观测矩阵作为字典将式

X(k)＝D(r_s，k)H(r_s，k)S(k)+W(k)

扩展为稀疏恢复方程：

再根据所述稀疏恢复方程，将所述观测矩阵以MFSK调制方式调制在所述频域观测信号上；

S3：对所述稀疏恢复方程采用频率分集抑制多径信道频率选择性衰落，再根据所述稀疏恢复方程对所述频域观测信号进行稀疏重构。