利用水声连续信号动态多普勒跟踪实现的相位补偿方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113259291A(43)申请公布日2021.08.13(21)申请号202110577149.6(22)申请日2021.05.26(71)申请人哈尔滨工程大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号(72)发明人孙大军洪小平崔宏宇张居成张殿伦(74)专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事务所23109代理人董玉娇(51)Int.Cl.H04L27/00(2006.01)H04B13/02(2006.01)H04B11/00(2006.01)H04B1/69(2011.01)权利要求书4页说明书11页附图4页(54)发明名称利用水声连续信号动态多普勒跟踪实现的相位补偿方法(57)摘要利用水声连续信号动态多普勒跟踪实现的相位补偿方法，属于水下无线通信及其信号处理领域。解决了现有的采用多普勒跟踪进行相位补偿的方法，接收端信息同步不准确，无法准确获取有效信息，以及通信过程中频带利用率低的问题。本发明将接收信号与本地复通带参考信号进行相关处理，获得通带相关信号；对其获得的通带相关信号进行逐符号的多普勒估计；该多普勒的估计值用于补偿接收信号的相位偏移以及生成新的本地复通带参考信号，作为下一处理单元的参考信号，以补偿动态多普勒引入的幅度衰减。本发明主要适用于动态多普勒场景下的水声扩频通信系统。CN113259291ACN113259291A权利要求书1/4页1.利用水声连续信号动态多普勒跟踪实现的相位补偿方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一、对所接收的初始通信信号进行信号同步和提取，获得初始通信信号中的有效通信信号r(t)，还将有效通信信号r(t)中任意两个相邻符号划分成一组作为一个处理单元rn(t)；rn(t)表示第n个处理单元，且该第n个处理单元rn(t)中两个符号的序号分别为第n和第n+1；n的初始值为1；同时，还采用并行匹配滤波的方法对初始通信信号进行多普勒粗估计，获得初始多普勒因子估计值并利用初始多普勒因子估计值获得本地复通带参考信号步骤二、将第n个处理单元rn(t)与本地复通带参考信号进行通带互相关处理，获得第n个处理单元rn(t)的通带相关输出波形Rn(τ)；步骤三、利用第n个处理单元rn(t)的通带相关输出波形Rn(τ)，获得第n个处理单元rn(t)所对应的瞬时多普勒因子估计值再利用该瞬时多普勒因子估计值获得第n个处理单元rn(t)所对应的相位估计值φn；从而利用相位估计值φn实现对第n个处理单元rn(t)进行相位补偿；步骤四、利用瞬时多普勒因子估计值对本地复通带参考信号进行更新，获得更新后的本地复通带参考信号再令n＝n+1，重复执行步骤二至步骤三，直至完成对所有处理单元的相位补偿，从而完成对水声连续信号动态多普勒跟踪。2.根据权利要求1所述的利用水声连续信号动态多普勒跟踪实现的相位补偿方法，其特征在于，步骤一中、对所接收的初始通信信号进行信号同步和提取，获得初始通信信号中的有效通信信号r(t)的实现方式为：初始通信信号与本地复通带参考信号进行并行匹配滤波处理，获得初始通信信号的起始位置τ0，根据起始位置τ0和初始通信信号中有效信号的长度，从初始通信信号中截取出有效通信信号r(t)，从而实现对有效通信信号r(t)的获取。3.根据权利要求1所述的利用水声连续信号动态多普勒跟踪实现的相位补偿方法，其特征在于，步骤一中，第n个处理单元rn(t)的表达式为：其中，b[k]满足：b[k]＝d[k]b[k‑1](公式二)；步骤一中，本地复通带参考信号的表达式为：b[k]表示差分编码序列中的第k个元素；b[k‑1]表示差分编码序列中的第k‑1个元素；d[k]表示输入至差分编码器中的信息序列中的第k个元素；2CN113259291A权利要求书2/4页表示取实部；c[m]为扩频序列中的第m个元素；L表示扩频序列的长度；g(t)为矩形窗函数；t为时间；Tb为符号的宽度；Tc为符号中码片的宽度；fc为载波频率；αk表示序号为k的符号的原始多普勒因子；n(t)为噪声项。4.根据权利要求1所述的利用水声连续信号动态多普勒跟踪实现的相位补偿方法，其特征在于，步骤二中，将第n个处理单元rn(t)与本地复通带参考信号进行通带互相关处理，获得第n个处理单元rn(t)的通带相关输出波形Rn(τ)的实现方式为：其中，b[k]表示差分编码序列中的第k个元素；τ为时延；τk为序号为k的符号所对应的时延值；Rc(·)为扩频序列卷积矩形窗的自相关函数；fc为载波频率；αk表示序号为k的符号的原始多普勒因子；为本地复通带参考信号所对应的多普勒因子。5.根据权利要求1所述的利用水声连续信号动态多普勒跟踪实现的相位补偿方法，其特征在于，步骤三中、利用第n个处理单元rn(t)的