一种水下测量传播时延的方法.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CN106603117A(43)申请公布日2017.04.26(21)申请号201611128980.9(22)申请日2016.12.09(71)申请人江苏理工学院地址213001江苏省常州市中吴大道1801号(72)发明人陆毅潘瑜裴明旭陶为戈刘晓杰罗印升沈琳吴访升刘波(74)专利代理机构常州佰业腾飞专利代理事务所(普通合伙)32231代理人鞠明(51)Int.Cl.H04B1/7073(2011.01)H04B17/309(2015.01)H04L12/26(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称一种水下测量传播时延的方法(57)摘要本发明涉及一种水下测量传播时延的方法，用以解决传统的非应答式测量声信号传播时延的方法存在可靠性低，延时测量误差高的缺点。本发明方法将宽带双曲调频信号抗多普效应、时间分辨率高以及m序列直接扩频调制抗噪声性能好的优点相结合，采用该方法可以有效对抗信道多普勒效应和噪声的影响，以较低的处理复杂度获得可靠的测量性能。本发明方法具有测量精度高、抗水声信道干扰能力强、处理复杂度低和可靠性好。鉴于以上理由，本发明可以应用于水声导航、定位和水声通信领域。CN106603117ACN106603117A权利要求书1/2页1.一种水下测量传播时延的方法，它包括以下步骤：首先，在信号发射端：11)在信号发射端获取当前本地同步时钟时间戳信息Ttx0；12)根据Ttx0和延后固定时间td得到发射信号时刻同步时钟时间戳信息Ttx＝Ttx0+td，针对Ttx进行m序列直接扩频调制，并结合复合双曲调频信号生成发射信号TxSignal；13)信号发射端利用本地同步时钟脉冲信号达到Ttx时刻的跳变沿触发TxSignal发射；其次，在信号接收端：21)根据复合双曲调频信号特征进行信号到达时间及多普勒系数估计；22)对报文数据信号进行m序列直接扩频数据解调，获得发射信号时刻同步时钟时间戳信息Ttx，并根据接收报文数据长度计算发射信号时间长度Tsignal；23)获取信号接收端在获得发射信号时刻同步时钟时间戳信息Ttx时，本地同步时间戳信息Trx、本地计时器读数T′rx以及发射信号到达起始时间Tbuffer，并根据下式计算得到最终的传播时延估计值Δt：Δt＝Trx+T′rx-(Tsignal+Tbuffer)-Ttx。2.根据权利要求1所述的一种水下测量传播时延的方法，其特征在于：所述步骤12)中，m序列直接扩频调制的同步时钟时间戳信息由帧头数据循环前缀、帧头数据、报文数据以及报文数据CRC校验和组成。3.根据权利要求2所述的一种水下测量传播时延的方法，其特征在于：所述步骤12)包括以下步骤：121)对获得的Ttx0延后固定时间td得到发射信号时刻同步时钟时间戳信息Ttx＝Ttx0+td；122)对Ttx信息进行m序列直接扩频调制，形成同步时钟时间戳信息，其中，m序列直接扩频调制的同步时钟时间戳信息由帧头数据循环前缀、帧头数据、报文数据以及报文数据CRC校验和组成；123)将同步时钟时间戳信息结合复合双曲调频信号生成发射端发射信号TxSignal。4.根据权利要求3所述的一种水下测量传播时延的方法，其特征在于：所述步骤123)中的复合双曲调频信号，其由2个不同参数的双曲调频信号线性叠加而成：S(t)＝S1(t)+S2(t)其中，为其中一个双曲调频信号的下限频率，为该双曲调频信号的上限频率，为其中另一个双曲调频信号的下限频率，为该双曲调频信号的上限频率，T为单个双曲调频信号持续时间。2CN106603117A权利要求书2/2页5.根据权利要求4所述的一种水下测量传播时延的方法，其特征在于：所述步骤21)包括以下步骤：211)接收端对接收到的模拟信号按照一定的采样率fs进行采样，用S1(t)和S2(t)对接收信号做拷贝相关处理，分别求得其相关函数绝对值|C1(τ)|和|C2(τ)|；212)将|C1(τ)|和|C2(τ)|的最大值与门限进行比较，若都不大于该门限，则返回步骤211)；若都超过该门限，则判为可能有信号到达，转入步骤213)；213)根据采样率fs计算：当|C1(τ)|为最大值时在接收缓存中对应的时刻t1和当|C2(τ)|为最大值时在接收缓存中对应的时刻t2，采用以下公式计算相对多普勒系数D和信道达到时刻估计τ：214)根据得到的D和τ，对帧头数据进行m序列直接扩频数据解调，检验帧头数据是否是预期的帧头数据，若不是，则返回步骤211)，若是，则判定信号达到时刻确认，转入步骤22)。6.根据权利要求5所述的一种水下测量传播时延的方法，其特征在于：所述步骤22)中，针对报文数据信号进行m序列直接扩频数据解调，获得完整的一帧报文数据，该报