一种水下移动通信用抗干扰处理方法技术

本发明专利技术公开一种水下移动通信用抗干扰处理方法，步骤是：利用N个声纳形成2个相邻的均匀线阵所组成的嵌套阵列接收信号；利用嵌套阵列对水声信号进行采样，得到阵列输出信号；根据阵列输出信号计算虚拟阵列接收数据矢量；根据压缩感知原理利用凸优化算法对接收信号进行稀疏重构，构造超完备基；采用凸优化方法求解稀疏约束方程，得到估计值；根据估计值得到干扰DOA的估计值，构造干扰子空间矩阵及其正交空间投影矩阵，对向量化处理前的原始接收信号利用正交投影的方法完成干扰抑制。此种方法可提高通信的效率，节约通信的成本，具体广泛的应用价值。

Anti interference processing method for underwater mobile communication

The invention discloses an underwater mobile communication anti jamming processing method comprises the following steps: forming a uniform linear array signal receiving nested 2 adjacent array composed by N sonar; sampling of the acoustic signal obtained by the nested array, the array output signal; according to the array output signal to calculate the virtual array data vector; according to the principle of compressed sensing using convex optimization algorithm for sparse reconstruction of the received signal, to construct overcomplete basis; using convex optimization method for solving sparse constraint equation, get the estimated value; according to the estimated value of DOA is to estimate the interference, the interference subspace and its orthogonal matrix structure space projection matrix method to quantify the original received signal by using the orthogonal projection complete interference suppression. This method can improve the efficiency of communication and save the cost of communication.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水声工程
，特别涉及一种水下移动通信用抗干扰处理方法。
技术介绍
水声是传递信息的重要载体之一。就目前来说，水声仍是水下传递信息最有效的手段。为了更好地进行水下移动通信，抑制水声信号中的噪声显得尤为重要，因此我们需要不断地改进水下移动通信设备来达到提高通信效率的目的。传统的水下移动通信是通过水下机器人来接收航行命令、动力定位探测并收集信息，与岸上的水声通信系统共同完成。探测的信号中夹杂着很多的干扰和噪声信号，如混响和系统噪声等，不利于信息的准确传输，降低了通信效率。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于提供一种水下移动通信用抗干扰处理方法，其可提高通信的效率，节约通信的成本，具体广泛的应用价值。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：一种水下移动通信用抗干扰处理方法，包括如下步骤：步骤1，利用N个声纳形成2个相邻的均匀线阵所组成的嵌套阵列接收信号；步骤2，利用嵌套阵列对水声信号进行采样，得到阵列输出信号x(t)；步骤3，根据阵列输出信号x(t)计算虚拟阵列接收数据矢量z(t)；步骤4，根据压缩感知原理利用凸优化算法对接收信号进行稀疏重构，构造超完备基Ψ；步骤5，将信号入射空域波达方向角估计转化为求解如下的优化问题： min p | | p | | 1 ]]> s . t . | | z - Φ p | | 2 2 < ϵ ]]>其中，ε为预先给定的参数；采用凸优化方法求解稀疏约束方程，得到p的估计值步骤6，根据的值得到干扰DOA的估计值其中i＝L+1,…,Q；利用估计得到的构造干扰子空间矩阵及其正交空间投影矩阵对向量化处理前的原始接收信号利用正交投影的方法完成干扰抑制，即上述步骤1中，用声纳形成的均匀线阵共有N＝N1+N2个，当N为偶数时其中，较小的均匀线阵为一阶子阵，含有N1个阵元，阵元间隔为d1；较大的均匀线阵为二阶子阵，包含N2个阵元，阵元间隔为d2，且d2＝(N1+1)d1。上述步骤2中，假设有L个水声信号和Q-L个不相关的干扰信号入射到嵌套阵列中，则x(t)由两部分组成：声纳采集的信号xL(t)和干扰信号xQ-L(t)；t时刻声纳阵列接收的信号表示为： x ( t ) = Σ i = 1 L a ( θ l ) s l ( t ) + Σ q = L + 1 Q a ( θ q ) j q ( t ) + n ( t ) = A ( θ ) s ( t ) + n ( t ) ]]>其中，x(t)＝[x1(t),x2(t),…,xN(t)]T表示所有阵元在采样时刻t的输出信号，[·]T表示转置运算，A＝[a(θ1),…,a(θL),a(θL+1),…,a(θQ)]表示所有入射信号DOA对应的阵列流型矩阵，表示θ对应的导向矢量，λ为入射信号的半波长。上述步骤3的具体过程是：3a)根据K-R积，包含N个阵元的二阶nested阵列产生的虚拟均匀线阵具有个虚拟阵元；把个虚拟阵元划分为个子阵，每个子阵包含个虚拟阵元；3b)把N个虚拟阵元划分为个子阵，每个子阵包含个虚拟阵元；3c)对个子阵的数据协方差矩阵求和，得Rsum；3d)将Rsum向量化，得z＝vec(Rsum)＝Φp+σ2I。上述步骤4的具体过程是：4a)将信号入射空域进行离散采样，将整个DOA空间[-90°,90°]等间隔划分为Q个角度，定义为波达方向范围4b)构造一个空域稀疏化后的超完备基Ψ(θ)：采用上述方案后，本专利技术主要解决海洋噪声环境下水下移动通信系统容易受到干扰的问题。该方法是在传统的移动通信设备原理基础上，按照本专利技术提出的处理方法进行信号采集与处理。具体方法是：首先利用嵌套阵列接收信号并对接收信号的数据进行预处理，作为新的接收数据进行处理；根据干扰信号空间谱的稀疏特性估计出干扰信号的来向，利用估计出来的干扰信号来向构造干扰子空间；然后利用正交子空间投影算法抑制掉估计出来的干扰。一方面，该专利技术提高了阵列自由度，有效缓解硬件对数据存储、数据计算和传输的压力，节约了装置的成本；另一方面，在低信噪比和小块拍数情况下依然有较好性能，在水下移动通信中可以达到除噪声的效果，提高了通信效率。附图说明图1是本专利技术适用的水下移动通信用设备的硬件框图；图2是本专利技术适用的水下移动通信用设备的电路原理图；图3是本专利技术的流程图；图4是本专利技术的应用过程示意图。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。本专利技术提供一种水下移动通信用抗干扰处理方法，适用于水下移动通信用设备，设备的架构可配合图1及图2所示，包括水上监测机0和收发合置换能器2，其中，水上监测机0一般放置在岸上，用于水上操作，所述水上监测机0包括信号采集模块2、信号接收模块3、ARM嵌入式处理模块11、DSP高速处理模块4和显示器12，信号采集模块2包括顺序连接的功放电路7、滤波器8和A/D转换器9，信号接收模块3包括顺序连接的D/A转换器15、滤波器16和阻抗匹配器17，DSP高速处理模块4包括DSP处理器10、DSP处理器13和电源14，DSP处理器10和DSP处理器13分别与ARM嵌入式处理模块11连接，电源14为信号采集模块2、信号接收模块3、ARM嵌入式处理模块11和DSP高速处理模块4提供电源；所述收发合置换能器2包括收发转换开关5和水声换能器6，且收发转换开关5和水声换能器6双向相连。当该水下移动通信用设备在岸上工作时，换能器放置在水下。在开始进行水陆信息传递时，接通整个系统设备的电源，在ARM嵌入式处理模块上输入工作参数和控制命令，然后启动设备开始工作。水声换能器将水声通信信号转换为电信号，信号采集模块接收被传输的通信信息，然后经过DSP高速处理模块后送到信号接收模块，对传送的通信信息进行处理，最终获得需要的信息。配合图3所示，本专利技术一种水下移动通信用抗干扰处理方法，包括如下步骤：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下移动通信用抗干扰处理方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1，利用N个声纳形成2个相邻的均匀线阵所组成的嵌套阵列接收信号；步骤2，利用嵌套阵列对水声信号进行采样，得到阵列输出信号x(t)；步骤3，根据阵列输出信号x(t)计算虚拟阵列接收数据矢量z(t)；步骤4，根据压缩感知原理利用凸优化算法对接收信号进行稀疏重构，构造超完备基Ψ；步骤5，将信号入射空域波达方向角估计转化为求解如下的优化问题：minp||p||1]]>s.t.||z-Φp||22<ϵ]]>其中，ε为预先给定的参数；采用凸优化方法求解稀疏约束方程，得到p的估计值步骤6，根据的值得到干扰DOA的估计值其中i＝L+1,…,Q；利用估计得到的构造干扰子空间矩阵及其正交空间投影矩阵对向量化处理前的原始接收信号利用正交投影的方法完成干扰抑制，即

【技术特征摘要】
1.一种水下移动通信用抗干扰处理方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1，利用N个声纳形成2个相邻的均匀线阵所组成的嵌套阵列接收信号；步骤2，利用嵌套阵列对水声信号进行采样，得到阵列输出信号x(t)；步骤3，根据阵列输出信号x(t)计算虚拟阵列接收数据矢量z(t)；步骤4，根据压缩感知原理利用凸优化算法对接收信号进行稀疏重构，构造超完备基Ψ；步骤5，将信号入射空域波达方向角估计转化为求解如下的优化问题： m i n p | | p | | 1 ]]> s . t . | | z - Φ p | | 2 2 < ϵ ]]>其中，ε为预先给定的参数；采用凸优化方法求解稀疏约束方程，得到p的估计值步骤6，根据的值得到干扰DOA的估计值其中i＝L+1,…,Q；利用估计得到的构造干扰子空间矩阵及其正交空间投影矩阵对向量化处理前的原始接收信号利用正交投影的方法完成干扰抑制，即2.如权利要求1所述的一种水下移动通信用抗干扰处理方法，其特征在于：所述步骤1中，用声纳形成的均匀线阵共有N＝N1+N2个，当N为偶数时其中，较小的均匀线阵为一阶子阵，含有N1个阵元，阵元间隔为d1；较大的均匀线阵为二阶子阵，包含N2个阵元，阵元间隔为d2，且d2＝(N1+1)d1。3.如权利要求1所述的一种水下移动通信用抗干扰处理方法，其特征在于：所述步骤2中，假设有L个水声信号和Q-L个不相关的干扰信号入射到嵌套阵列中，则x(t)由两部分组成：声纳采集的信号xL(t)和干扰信号xQ-L(t)；t时刻声纳阵列接收的信号表示为： x ( t ) = Σ l = 1 L a ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彪，严雨霞，杨奕飞，戴跃伟，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32