一种水下通信探测一体化方法技术

本发明专利技术提供一种水下通信探测一体化方法，基于差分Pattern时延差编码(DPDS)体制，选取符合要求的信号作为DPDS系统的Pattern码，将通信信息调制在相邻的Pattern码之间的时延差值中，以每个Pattern码作为主动声呐检测波形。确定通信接收端通信探测一体化信号的解码流程和回波信号接收端接收目标回波的处理流程。通信接收端采用拷贝相关器获取每个码元的时延差值，从而完成解码；一体化信号发射端采用多通道匹配滤波器，测定出回波信号的参数变化，确定目标的距离和速度，从而完成主动声呐目标探测。本发明专利技术的优点在于(1)可以实现水声通信和水声探测的同时进行；(2)可最大限度的利用设备；(3)有效提高声呐的工作效率；(4)可实时进行水下多平台之间的协同探测。

An integrated method of underwater communication detection

The invention provides an integrated method for underwater communication detection. Based on the differential pattern delay difference coding (DPDS) system, the signal meeting the requirements is selected as the pattern code of the DPDS system, the communication information is modulated in the delay difference between adjacent pattern codes, and each pattern code is used as the active sonar detection waveform. Determine the decoding process of the integrated communication detection signal and the processing process of the received target echo. The receiver uses a copy correlator to obtain the delay difference of each symbol, so as to complete decoding; the transmitter of the integrated signal uses a multi-channel matched filter to measure the parameter change of the echo signal, determine the distance and speed of the target, so as to complete the active sonar target detection. The invention has the advantages that (1) simultaneous underwater acoustic communication and underwater acoustic detection can be realized; (2) equipment can be used to the maximum extent; (3) working efficiency of sonar can be effectively improved; (4) cooperative detection between underwater multi platforms can be carried out in real time.

【技术实现步骤摘要】
一种水下通信探测一体化方法
本专利技术涉及一种水下通信探测一体化方法，属于水声通信和水声探测领域。
技术介绍
通信探测一体化技术思想最早来源于雷达通信一体化领域，陆上的作战系统大多要配备雷达和通信两种电子系统，雷达通信系统的一体化可实现资源共享、动态可组和高可利用性，同时可减小系统电磁干扰和能源消耗，降低维护成本，从而提高电子系统的综合性能。与陆上的情况类似，在水下同样面临着探测和通信的需求。近些年来，水下的作战方式逐步向着信息化、组网化发展，现有的声呐系统功能单一，无法应对越来越复杂的水下情况。目前现有平台上的水下探测和水声通信作为独立的设备单独设计和使用,且由于频谱泄露、旁瓣影响、信号串扰、电磁辐射等效应的存在，水下的通信与探测往往不能兼容，通信的时隙下不能探测降低了水下平台的感知能力，探测的同时不能通信削弱了平台之间的协作能力。传统的水声探测系统和通信系统有很大的区别，从功能的角度看，通信系统主要是用于点对点的数据传输，主动声呐探测系统主要是通过接收经目标反射的声波来判断目标的各个参数；从发射信号的角度看，主动声呐探测系统的发射信号是脉冲形式的，信号频率通常是低频的，带宽和脉宽的设定要根据系统对距离和速度的测量精度来定；而通信系统的发射信号是连续的，为了提高通信速率，信号频率通常选择相对高频的宽带信号。从性能评价指标的角度看，通信系统主要考虑的是传输数据的容量，通信速率，保密性，误码率等问题，而主动声呐探测系统主要考虑最大的探测距离，距离和速度分辨力等。但是，水声通信和水声探测在理论基础、系统结构以及信号处理等方面具有很强的相似性，这给水声通信探测一体化的实现提供了可能性。而陆上较为成熟的雷达通信一体化技术由于水声信道的复杂度高无法被应用在水下。因此，如何将两者相结合实现水下的通信探测一体化成为了水声信息技术中重要的研究课题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种水下通信探测一体化方法，是一个平台既能进行水声通信同时又能进行水声探测的一体化方法。本专利技术的目的是这样实现的：在发射端：(1.1)选取符合要求的信号作为DPDS系统的Pattern码；(1.2)通过调节参数和变频反射生成大量占据同一频带且彼此接近正交的广义正弦调频信号作为Pattern码；(1.3)生成发送数据；(1.4)通过DPDS编码调制通信信息；(1.5)加同步信号后发射；在通信接收端：(2.1)首先对接收信号进行滤波和同步；(2.2)进行信道均衡和多普勒补偿；(2.3)采用拷贝相关器解码；(2.4)输出信息序列；在回波信号接收端：(3.1)首先对接收信号进行滤波；(3.2)采用多通道匹配滤波器对滤波后的回波信号进行处理；(3.3)测定出目标的距离和速度信息，完成主动声呐目标探测。本专利技术还包括这样一些结构特征：1.选取符合要求的信号是指：既要满足DPDS编码通信的要求，而且要能作为主动声呐波形进行探测，还要可产生大量占据同一频带且彼此正交的波形。2.选用GSFM信号作为Pattern码，GSFM信号函数表达式为：其中：rect(t)为矩形函数；T为脉宽；fc为中心频率；为相位调制函数，其表达式为：其中，α是调制指数，β＝B/2α，B是信号的带宽；周期数表示为C＝αTρ/ρ,ρ是控制GSFM中瞬时频率函数形状的无量纲参数。3.DPDS编码是将通信信息调制在相邻的Pattern码之间的时延差值中，同时利用Pattern码作为脉冲进行主动声呐目标探测，实现水下通信和探测一体化。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术与传统的水声通信方法和主动声呐探测方法不同之处在于通过发射波形的设计达到通信探测一体化的目的。发射端以相邻的Pattern码之间的时延差值携带通信信息，同时以每个Pattern码作为主动声呐波形进行目标探测。也即本专利技术的优点在于：(1)单平台可以实现水声通信和水声探测的同时进行；(2)相比传统的脉冲式主动声呐具有更高的目标检测刷新率；(3)可最大限度的利用设备；(4)有效提高声呐的工作效率；(5)提高水下多平台之间的协作能力。附图说明图1为水下通信探测一体化技术的实现流程；图2为GSFM信号的相关函数(a)自相关函数(b)互相关函数；图3为GSFM信号的模糊函数图；图4为GSFM信号与其他三种常用的主动声呐波形的Q函数比较；图5通信探测一体化系统的发射波形结构示意图；图6为通信端接收机；图7为目标回波信号接收端检测流程；图8为通信探测一体化仿真场景；图9为图6中AB节点之间的多途信道；图10为系统仿真通信误码率曲线；图11为前两个Pattern码的目标回波信号；图12第一个Pattern码回波信号经过处理的结果；图13第二个Pattern码回波信号经过处理的结果。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。本专利技术步骤如下：在发射端：(1)选取符合要求的信号作为DPDS系统的Pattern码；所述的选取符合要求的信号既要满足DPDS编码通信的要求，而且要能作为主动声呐波形进行探测，还要可产生大量占据同一频带且彼此正交的波形。(2)通过调节参数和变频发射生成大量占据同一频带且彼此接近正交的GSFM信号；选用GSFM信号作为Pattern码，GSFM信号函数表达式为：其中rect(t)为矩形函数；T为脉宽；fc为中心频率；为相位调制函数，其表达式为：其中，α是调制指数，β＝B/2α，其中B是信号的带宽；α是频率调制项，其决定了在GSFM脉冲的瞬时频率函数中包含的周期数。周期数可表示为C＝αTρ/ρ,ρ是控制GSFM中瞬时频率函数形状的无量纲参数。通过改变参数α或ρ和变频发射即可生成占据同一频带且彼此接近正交的信号。(3)生成发送数据；(4)通过DPDS编码调制通信信息；DPDS编码是将通信信息调制在相邻的Pattern码之间的时延差值中，同时利用Pattern码作为脉冲进行主动声呐目标探测，实现水下通信和探测一体化，(5)加同步信号后发射；在通信接收端：(1)首先对接收信号进行滤波和同步；(2)进行信道均衡和多普勒补偿；(3)采用拷贝相关器解码；(4)输出信息序列；在回波信号接收端：(1)首先对接收信号进行滤波；(2)采用多通道匹配滤波器对滤波后的回波信号进行处理；(3)测定出目标的距离和速度信息，完成主动声呐目标探测；图1是该水下通信探测一体化技术的流程图，参照图1，本专利技术的实现步骤如下：第一步：选取自相关性好，互相关性差，速度和距离分辨率高并且抗混响能力强的脉冲信号作为Pattern码。GSFM信号的相关性符合一体化系统的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下通信探测一体化方法，其特征在于：/n在发射端：/n(1.1)选取符合要求的信号作为DPDS系统的Pattern码；/n(1.2)通过调节参数和变频反射生成大量占据同一频带且彼此接近正交的广义正弦调频信号作为Pattern码；/n(1.3)生成发送数据；/n(1.4)通过DPDS编码调制通信信息；/n(1.5)加同步信号后发射；/n在通信接收端：/n(2.1)首先对接收信号进行滤波和同步；/n(2.2)进行信道均衡和多普勒补偿；/n(2.3)采用拷贝相关器解码；/n(2.4)输出信息序列；/n在回波信号接收端：/n(3.1)首先对接收信号进行滤波；/n(3.2)采用多通道匹配滤波器对滤波后的回波信号进行处理；/n(3.3)测定出目标的距离和速度信息，完成主动声呐目标探测。/n

【技术特征摘要】
1.一种水下通信探测一体化方法，其特征在于：
在发射端：
(1.1)选取符合要求的信号作为DPDS系统的Pattern码；
(1.2)通过调节参数和变频反射生成大量占据同一频带且彼此接近正交的广义正弦调频信号作为Pattern码；
(1.3)生成发送数据；
(1.4)通过DPDS编码调制通信信息；
(1.5)加同步信号后发射；
在通信接收端：
(2.1)首先对接收信号进行滤波和同步；
(2.2)进行信道均衡和多普勒补偿；
(2.3)采用拷贝相关器解码；
(2.4)输出信息序列；
在回波信号接收端：
(3.1)首先对接收信号进行滤波；
(3.2)采用多通道匹配滤波器对滤波后的回波信号进行处理；
(3.3)测定出目标的距离和速度信息，完成主动声呐目标探测。


2.根据权利要求1所述的水下通信探测一体化方法，其特征在于：选取符合要求的信号是指：既要满足DPDS编码通信的要求，而且要能作为主动声呐波形进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷敬伟，门伟，韩笑，朱广平，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;23