[发明专利]水下通信定位识别一体化波形优化方法

摘要

本发明提供了一种水下通信定位识别一体化波形优化方法，面向水下网络态势感知与态势信息交互能力的提升需求，通过分析水声通信信号波形参数与水声定位测距精度、网内成员识别概率间的关系，提出水下通信定位识别一体化波形优化设计方法和准则，给出水声通信信号参数对定位、识别性能的约束关系，通过优化设计的方法实现水下一体化波形。本发明可有效扩展现有通信波形功能，达到了在实现数据传输的同时实现了距离——距离定位和网内成员识别功能的效果，为提升水下多节点网络化协同能力提供重要基础，为水下网络化信息系统的研制提供技术支撑。

主权项

1.一种水下通信定位识别一体化波形优化方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1，根据系统指定的水下节点距离r，通过声传播损失曲线TL＝20lgr+α×r，其中，吸收系数在不大于30kHz的频率范围内任意选择一水声传输波形数据信号的中心频率f记作f₀，执行步骤2；步骤2，根据得到的水声传输波形数据信号的中心频率f0，通过噪声级计算公式NL＝NL(f0)+10lg(Δf)和海洋环境噪声谱级曲线，在不大于30kHz的频率范围内任意选择一水声传输波形数据信号的带宽Δf记作Δf1，执行步骤3；步骤3，根据得到的水声传输波形数据信号的中心频率f0和带宽Δf1，以及系统指定的发射声源级SL、水下节点距离r和声纳指向性指数DI，通过被动声纳方程SL‑TL‑(NL‑DI)＝DT计算得到水声传输波形数据信号检测阈DT，执行步骤4；步骤4，根据得到的水声传输波形数据信号检测阈DT，以及不同调制和编码方式的水声传输波形数据信号误码率曲线，任意选择一种水声传输波形数据信号调制方式和编码方式，若在接收信噪比等于水声传输波形数据信号检测阈DT时满足系统指定的误码率指标，执行步骤5；若在接收信噪比等于水声传输波形数据信号检测阈DT时无满足系统指定的误码率指标的调制和编码方式，返回步骤1，减小水声传输波形数据信号的中心频率f0、带宽Δf1，或重新选择调制和编码方式，执行步骤1～4，直至满足系统指定的误码率指标；步骤5，根据系统指定的定位工作方式，在时域上水声传输波形数据信号前加一扩频同步信号作为水声传输波形数据信号的同步信号；在不大于30kHz的频率范围内任意选择一水声传输波形数据信号的同步信号频带范围Δf2，执行步骤6；步骤6，根据得到的水声传输波形数据信号的同步信号频带范围Δf2，计算系统定位的最小分辨距离Δd，若满足系统定位的距离分辨率指标，执行步骤7；若不满足系统定位的距离分辨率指标，返回步骤5，增大水声传输波形数据信号的同步信号的频带范围Δf2，执行步骤5～6，直至满足系统定位的距离分辨率指标；步骤7，根据得到的水声传输波形数据信号的同步信号频带范围Δf2，在满足水下节点距离r的条件下，任意选择一水声传输波形数据信号的同步信号时长T1，执行步骤8；步骤8，根据得到的水声传输波形数据信号的同步信号时长T1，计算通信定位识别一体化波形的网内成员识别概率R；若满足系统识别功能指标，执行步骤9；若不满足系统识别功能指标，返回步骤7，增大水声传输波形数据信号的同步信号时长T1，执行步骤7～8，直至满足系统识别功能指标；步骤9，根据得到的水声传输波形数据信号的中心频率、带宽、调制方式和编码方式，以及水声传输波形数据信号的同步信号时长T1，计算得到通信定位识别一体化波形的数据传输速率。