具有低截获特性的多基地声呐多址分辨信号生成方法技术

本发明专利技术提供的是一种具有低截获特性的多基地声呐多址分辨信号生成方法。1、计算多普勒约束条件下，Costas信号的互重合函数频率轴最大距离；2、设置不同发射基地间Costas信号的严格正交性要求与同一发射基地内部Costas信号的宽松正交性要求；3、计算M阶Costas序列的最大互重合函数矩阵；4、计算发射基地内部的Costas序列最大互重合点数与发射基地之间的Costas序列最大互重合点数；5、从Costas序列中选取N组正交的Costas序列集合分配给各个发射基地；6、构造合适数目的正交LS码分配给各个发射基地；7、获得Costas_LS码。本发明专利技术能保障探测信号具有优良的低截获性能，能使不同发射基地间的探测信号具备优良的正交性，同时改善同一发射基地内部探测信号的正交性。

【技术实现步骤摘要】
具有低截获特性的多基地声呐多址分辨信号生成方法
本专利技术涉及的是一种声呐信号波形生成方法，具体地说是一种多基地声呐信号波形生成方法。
技术介绍
在水下监测网和水声对抗中，声呐是目标探测、识别、分类、定位以及跟踪中的关键技术。主动声呐因其可靠性高，定位性能好在水声探测领域得到广泛应用。面对日益复杂的水声探测环境，如何在精确检测目标，成为声呐信号波形设计研究的重要问题，因而低截获声呐信号设计成为近年来研究的热点问题。声呐低截获信号设计的目标是保持或提高接收机处理增益的同时，使主动信号在时间轴和频率轴上具有混沌性，增加截获机检测难度，手段上除采用低频频段外，主要遵循大时间带宽积，复合频(码)制，随机或非线性体制，时频捷变等几个原则。常用的低截获信号包括Frank码、Barker码、Costas码等相位或频率编码信号以及各种组合信号。其中Costas阵列的概念首次出现在1965年发表的一篇关于声呐检测的技术报告中，为了提高声呐的性能，使用Costas阵列为具有最优自相关特性的声呐系统描述了一种新颖的跳频图案，随后将其作为论文发表。Costas编码信号除具备大时间带宽积，能量时频域分布均匀的低截获特性外，还兼顾了相关性能好，距离、速度分辨率高等优点。LS码是一种新型的扩频码-零相关窗互补码，这种码在一定的相对偏移内具有理想的自相关与互相关，构成零相关窗。应用零相关窗码的同步CDMA系统将完全消除或大大降低系统的MAI与ISI(多径扩展均在零相关窗内或超出的部分能量很小)。对于LS码来说，当信道的多径扩展小于零相关窗宽度时，其最佳多用户接收机、解相关多用户接收机和匹配滤波单用户接收机是等价的；而当信道的多径扩展大于零相关窗宽度时，使用匹配滤波器单用户接收机则要大大损失容量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够实现多基地声呐探测信号的低截获性与多址分辨能力的具有低截获特性的多基地声呐多址分辨信号生成方法。本专利技术的目的是这样实现的：步骤1、获取系统和目标参数，计算多普勒约束条件下，Costas信号的互重合函数频率轴最大距离l；步骤2、设置不同发射基地间Costas信号的严格正交性要求|Rcxoss(τ,ξ)|≤rL与同一发射基地内部Costas信号的宽松正交性要求|Rcross(τ,ξ)|≤rH，Rcross(τ,ξ)表示两个Costas信号的互相关系数，τ和ξ分别表示时域和频域的时延，rL为系统要求的不同发射基地间探测信号的满足的互相关系数，rH为系统要求的同一发射基地内部探测信号的满足的互相关系数；步骤3、选取Costas信号的阶数M，计算全部M阶Costas序列的最大互重合函数矩阵{Cmax}num×num；步骤4、计算多普勒约束下，发射基地内部的Costas序列最大互重合点数CH与发射基地之间的Costas序列最大互重合点数CL；步骤5、根据多基地系统发射基地数目N，从Costas序列中选取N组正交的Costas序列集合Set1、Set2、…、Setn、…、SetN，分别分配给各个发射基地；步骤6、构造合适数目的正交LS码，并分配给各个发射基地；步骤7、用一个LS码的C码和S码分别调制同一个Costas序列，获得Costas_C信号和Costas_S信号，将Costas_C信号与Costas_S信号作为一个整体，即Costas_LS码，将所有调制得到的Costas_LS码称为DOCS_LS码，表达式为本专利技术还可以包括：1、步骤1具体包括：定义最大频偏占带宽比Δf/B＝2v/c·fH/B，v为目标航速，c为声速，B为信号带宽，fL为信号频段下限，fH为信号频段上限，定义Costas序列跳频频率间隔占带宽的比值为1/(M-1)；l满足(l+1)/(M-1)＞Δf/B＞l/(M-1)，则l为计算Costas信号的互重合函数频率轴最大距离；对任意给定的M阶Costas序列a＝{a1,a2,…,aM}，其信号波形表示为其中fm＝fL+(am-1)Δf，Δf＝(fH-fL)/(M-1)，rect(t)＝1,0≤t≤tp，tp为一个跳频频点对应的信号脉宽。2、步骤3具体包括：计算M阶Costas序列两两间的互重合函数，假设M阶Costas序列数目为num，则获得num×num维的最大互重合函数矩阵{Cmax}num×num；Costas的互重合函数由使一个Costas的置换矩阵保持不动，另一个Costas置换矩阵在横轴方向和纵轴方向分别移动x(-M+1≤x≤M-1)和y(-M+1≤y≤M-1)个单位，将两个置换矩阵重合的点数记为C(x,y)，Cmax＝max(C(x,y))。3、步骤4具体包括：最大互重合点数CL和CH，满足CL/M≤rL＜(CL+1)/M和CH/M≤rH＜(CH+1)/M。4、步骤5具体包括：任意Costas序列集合Setn应满足集合内部的Cmax≤CH，与其他集合之间的Cmax≤CL。5、步骤6具体包括：根据多基地数目及对其他系统需求，构造2P位的LS码，并为不同的发射基地分配独立正交的LS码，常用的低位数LS码通过查表得到，2P位的LS码每一位对应的信号脉宽为tp/P。6、步骤7具体包括：分别采用LS码的C码和S码调制同一个Costas序列，获得Costas_C信号和Costas_S信号，将Costas_C信号与Costas_S信号作为一个整体，即Costas_LS码；将LS的±1值，转为2P位由0与π相位组成的相位向量p，采用LS码调制Costas序列时，在任意跳频频点fm处，调制后的信号表示为对Costas_LS做相关检测时，将Costas_C信号的相关结果与Costas_S信号的相关结果作为Costas_LS的相关结果；将各个发射基地的Costas_LS信号构成的集合称为DOCS_LS信号；将各个发射基地的Costas_LS信号构成的集合称为DOCS_LS信号，DOCS_LS信号的表达形式为为实现多基地声呐探测信号的低截获性与多址分辨能力，本专利技术提出一种具有低截获特性的多基地声呐多址分辨信号(简记为DOCS_LS信号)生成方法，本专利技术采用Costas序列作为双基地声呐的探测信号体制，能保障探测信号具有优良的低截获性能，采用LS正交码调制Costas序列可以使不同发射基地间的探测信号具备优良的正交性，通过为各发射基地分配独立的正交Costas序列，能丰富探测信号集合，同时改善同一发射基地内部探测信号的正交性。附图说明图1为DOCS_LS信号集合。图2为DOCS_LS(C1,c1)的自相关结果。图3为DOCS_LS(C1,c1)与DOCS_LS(C5,c3)的互相关结果。图4为DOCS_LS(C1,c1)与DOCS_LS(C2,c2)的互相关结果。图5为具有低截获特性的多基地声呐多址分辨信号生成方法流程图。具体实施方式下面结合附图，详细说明本专利技术的多基地声呐DOCS_LS探测信号设计方法。包括以下步骤：步骤1、根据系统和目标参数，计算多普勒约束条件下，Costas信号的互重合函数频率轴最大距离l。步骤2、根据系统需求，设置不同发射基地间Costas信号的严格正交性要求|Rcross(τ,ξ)|≤rL与同一发射基地内部Costas信号的宽松正交性要求|Rcross(τ,ξ)|≤rH。步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有低截获特性的多基地声呐多址分辨信号生成方法，其特征是：步骤1、获取系统和目标参数，计算多普勒约束条件下，Costas信号的互重合函数频率轴最大距离l；步骤2、设置不同发射基地间Costas信号的严格正交性要求|Rcross(τ,ξ)|≤rL与同一发射基地内部Costas信号的宽松正交性要求|Rcross(τ,ξ)|≤rH，Rcross(τ,ξ)表示两个Costas信号的互相关系数，τ和ξ分别表示时域和频域的时延，rL为系统要求的不同发射基地间探测信号的满足的互相关系数，rH为系统要求的同一发射基地内部探测信号的满足的互相关系数；步骤3、选取Costas信号的阶数M，计算全部M阶Costas序列的最大互重合函数矩阵{Cmax}num×num；步骤4、计算多普勒约束下，发射基地内部的Costas序列最大互重合点数CH与发射基地之间的Costas序列最大互重合点数CL；步骤5、根据多基地系统发射基地数目N，从Costas序列中选取N组正交的Costas序列集合Set1、Set2、…、Setn、…、SetN，分别分配给各个发射基地；步骤6、构造合适数目的正交LS码，并分配给各个发射基地；步骤7、用一个LS码的C码和S码分别调制同一个Costas序列，获得Costas_C信号和Costas_S信号，将Costas_C信号与Costas_S信号作为一个整体，即Costas_LS码，将所有调制得到的Costas_LS码称为DOCS_LS码，表达式为...

【技术特征摘要】
1.一种具有低截获特性的多基地声呐多址分辨信号生成方法，其特征是：步骤1、获取系统和目标参数，计算多普勒约束条件下，Costas信号的互重合函数频率轴最大距离l；步骤2、设置不同发射基地间Costas信号的严格正交性要求|Rcross(τ,ξ)|≤rL与同一发射基地内部Costas信号的宽松正交性要求|Rcross(τ,ξ)|≤rH，Rcross(τ,ξ)表示两个Costas信号的互相关系数，τ和ξ分别表示时域和频域的时延，rL为系统要求的不同发射基地间探测信号的满足的互相关系数，rH为系统要求的同一发射基地内部探测信号的满足的互相关系数；步骤3、选取Costas信号的阶数M，计算全部M阶Costas序列的最大互重合函数矩阵{Cmax}num×num；步骤4、计算多普勒约束下，发射基地内部的Costas序列最大互重合点数CH与发射基地之间的Costas序列最大互重合点数CL；步骤5、根据多基地系统发射基地数目N，从Costas序列中选取N组正交的Costas序列集合Set1、Set2、…、Setn、…、SetN，分别分配给各个发射基地；步骤6、构造合适数目的正交LS码，并分配给各个发射基地；步骤7、用一个LS码的C码和S码分别调制同一个Costas序列，获得Costas_C信号和Costas_S信号，将Costas_C信号与Costas_S信号作为一个整体，即Costas_LS码，将所有调制得到的Costas_LS码称为DOCS_LS码，表达式为2.根据权利要求1所述的具有低截获特性的多基地声呐多址分辨信号生成方法，其特征是步骤1具体包括：定义最大频偏占带宽比Δf/B＝2v/c·fH/B，v为目标航速，c为声速，B为信号带宽，fL为信号频段下限，fH为信号频段上限，定义Costas序列跳频频率间隔占带宽的比值为1/(M-1)；l满足(l+1)/(M-1)＞Δf/B＞l/(M-1)，则l为计算Costas信号的互重合函数频率轴最大距离；对任意给定的M阶Costas序列a＝{a1,a2,…,aM}，其信号波形表示为其中fm＝fL+(am-1)Δf，Δf＝(fH-fL)/(M-1)，rect(t)＝1,0≤t≤tp，tp为一个跳频频点对应的信号脉宽。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：生雪莉，芦嘉，石亚莉，陈洋，殷敬伟，郭龙祥，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23