基于联合波形设计的多普勒估计方法.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CN112787730A(43)申请公布日2021.05.11(21)申请号202011563563.3(22)申请日2020.12.25(71)申请人青岛三海科技有限公司地址266008山东省青岛市黄岛区滨海街道办事处科教二路167号(72)发明人闫志国王辰陈龙(74)专利代理机构哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司23211代理人孙莉莉(51)Int.Cl.H04B13/02(2006.01)H04L27/26(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图2页(54)发明名称基于联合波形设计的多普勒估计方法(57)摘要本发明公开了一种基于联合波形设计的多普勒估计方法，包括：构造接收数据帧；利用FFT测频对所述接收数据帧的CW信号进行粗多普勒范围估计；根据所述接收数据帧的PN序列求解模糊函数进行精细多普勒范围估计；根据所述接收数据帧的chirp信号二次求解所述模糊函数和多普勒因子，并联合上一步骤中的精细多普勒范围估计得到最优精细多普勒，根据所述最优精细多普勒对所述接收数据帧进行补偿；通过科斯塔斯环对补偿后的接收数据帧进行载波跟踪，以正确解调出信息。该方法利用多个特殊波形对多普勒估计程度，联合使用，整体实现水下多普勒的精确估计，且复杂度不变，又能够提高多普勒估计精度。CN112787730ACN112787730A权利要求书1/1页1.一种基于联合波形设计的多普勒估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，构造接收数据帧；步骤S2，利用FFT测频对所述接收数据帧的CW信号进行粗多普勒范围估计；步骤S3，根据所述接收数据帧的PN序列求解模糊函数进行精细多普勒范围估计；步骤S4，根据所述接收数据帧的chirp信号二次求解所述模糊函数和多普勒因子，并联合所述步骤S3中的精细多普勒范围估计得到最优精细多普勒，根据所述最优精细多普勒对所述接收数据帧进行补偿；步骤S5，通过科斯塔斯环对补偿后的接收数据帧进行载波跟踪，以正确解调出信息。2.根据权利要求1所述的基于联合波形设计的多普勒估计方法，其特征在于，所述接收数据帧依次包括PN序列、CW信号、第一chirp信号、信息信号和第二chirp信号。3.根据权利要求1所述的基于联合波形设计的多普勒估计方法，其特征在于，所述步骤S2中，取所述接收数据帧前N＝[fsTc]点进行FFT测频，其中，fs为发送数据帧的采样频率，Tc为发送数据帧的持续时间，获得幅度谱序列，并搜索其中最大幅值对应的点N1，计算所对应的频率fmax，完成粗多普勒范围估计。4.根据权利要求1所述的基于联合波形设计的多普勒估计方法，其特征在于，所述步骤S3中求解的模糊函数|χ(τ；fd)|为：其中，s(t)为原发送信号，|χ(τ；fd)|为s(t)二维互相关函数的模的平方，s*(t‑τ)为所述接收数据帧，t为时间，(τ,fd)为感兴趣的目标位置，τ为时延，fd为多普勒频移，j为虚数。5.根据权利要求1所述的基于联合波形设计的多普勒估计方法，其特征在于，所述步骤S4中求解的模糊函数的步骤为：定义发送数据帧的模糊函数ξx(Δ,η)：其中，x(t)为发送数据帧，Δ为多普勒因子，η为时延，x为发送洗脑，t为时间；定义所述发送数据帧与所述接收数据帧的互相关模糊度函数ξx,y(Δ,η)：其中，Δ为多普勒因子，η为时延，t为时间，y(t)为所述接收数据帧；假设η为0，搜索所述互相关模糊度函数ξx,y(Δ,η)的最大值估计出所述多普勒因子。6.根据权利要求1所述的基于联合波形设计的多普勒估计方法，其特征在于，所述步骤S5进一步包括：将所述补偿后的接收数据帧分别供给相乘器和压控振荡器输出的正交信号，将两者相乘后以消除调制信号的影响，经环路滤波器后得到仅与所述压控振荡器和理想载波之间相位差的控制电压，从而对所述压控振荡器进行调整，即正确解调出信息。2CN112787730A说明书1/7页基于联合波形设计的多普勒估计方法技术领域[0001]本发明涉及水声通信技术领域，特别涉及一种基于联合波形设计的多普勒估计方法。背景技术[0002]水声通信是海洋环境中进行信息传输的重要途径，且随着海洋经济的进一步开发，人们对水声通信技术的要求越来越高。在空气中，因电磁波的传播速度接近光速，发射机与接收机间的相对速度远远小于电磁波的传播速度，故多普勒效应的影响不大，而且可以看作频率偏移。与陆地无线电通信相比，水声通信技术的发展严重滞后，其关键在于水声信道具有比无线电通信信道更严重的多径效应和多普勒效应、更有限的带宽以及更复杂的环境噪声等特性，水声通信系统是一个复杂的通信过程，声波在水下传播时，会受到传播损耗、多径与延迟、环境噪声和多普勒的影响，而且在不同区域和不同海水深度下，声波速度也会不同，因