一种抗变化的多普勒频移的水声通信方法技术

本发明专利技术公开了一种抗变化的多普勒频移的水声通信方法。当设备作为发送端时，该通信方法包括：获取有用信号；对有用信号进行载波调制，得到调制信号；在调制信号中插入频移检测波，得到叠加信号；发送叠加信号。当设备作为接收端时，该通信方法包括：提取接收信号中的第一信号；接收信号包括第一信号和第二信号，第一信号包括由发送端发送的、经传输后的频移检测波，第二信号包括由发送端发送的、经传输后的有用信号；比较第一信号和频移检测波，确定多普勒频移补偿参数；根据多普勒频移补偿参数，对第二信号进行多普勒频移补偿，得到补偿后的信号。本发明专利技术能够根据多普勒频移实时的变化对通信数据进行频移补偿，能够有效降低移动水声通信的误码率。

【技术实现步骤摘要】
一种抗变化的多普勒频移的水声通信方法
本专利技术涉及水声通信领域，特别是涉及一种抗变化的多普勒频移的水声通信方法。
技术介绍
近年来，移动式水声通信的需求在不断增大，特别是自主水下航行器(autonomousunderwatervehicles，AUVs)和远程控制水下航行器(remotelyoperatedunderwatervehicles，ROVs)在海洋测试测量和海上工程应用中引起了广泛关注。在AUVs和ROVs中，可靠而有效的移动式水声通信对于控制指令和图像/视频等数据传输至关重要。在水声通信中，由于发射和接收端之间的相对运动，多普勒频移效应的产生是无法避免的。而移动式水声通信技术中采用的载波调制方式对多普勒十分敏感，所以需要对其进行多普勒补偿。常规的多普勒补偿方式通常假设多普勒频移是恒定的，但是，移动水声通信的发射端由于不断移动，其产生的多普勒频移是变化的。也就是说，常规的多普勒补偿方式并不适用于多普勒频移变化的场景，误码率相对较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种抗变化的多普勒频移的水声通信方法，以适用多普勒频移变化的场景，进而降低误码率。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种抗变化的多普勒频移的水声通信方法，包括：提取接收信号中的第一信号；所述接收信号包括第一信号和第二信号，所述第一信号包括由发送端发送的、经传输后的频移检测波，所述第二信号包括由发送端发送的、经传输后的有用信号；在所述发送端，所述频移检测波与所述有用信号一起发送；<br>比较所述第一信号和所述频移检测波，确定多普勒频移补偿参数；根据所述多普勒频移补偿参数，对所述第二信号进行多普勒频移补偿，得到补偿后的信号。可选的，所述根据所述多普勒频移补偿参数，对所述第二信号进行多普勒频移补偿，具体包括：根据所述多普勒频移补偿参数，计算重采样转换率范围；以不同的重采样转换率对所述第二信号进行重采样，得到多个重采样信号，各所述重采样转换率位于所述重采样转换率范围中；将误码率最小的重采样信号确定为所述补偿后的信号。可选的，所述以不同的重采样转换率对所述第二信号进行重采样，具体包括：对所述第二信号进行多路重采样，每路重采样所采用的重采样转换率不相同。可选的，所述多普勒频移补偿参数包括：所述第一信号多普勒频移的平均值和标准差。可选的，所述根据所述多普勒频移补偿参数，计算重采样转换率范围，具体包括：将重采样转换率的范围确定为其中，ΔM为所述第一信号多普勒频移的平均值，ΔD为所述第一信号多普勒频移的标准差。一种抗变化的多普勒频移的水声通信方法，包括：获取有用信号；对所述有用信号进行载波调制，得到调制信号；在所述调制信号中插入频移检测波，得到叠加信号；发送所述叠加信号。可选的，所述载波调制为正交chirp信号多载波调制。可选的，所述频移检测波插在所述调制信号之前。可选的，所述频移检测波为连续波，且所述频移检测波的频率范围与所述有用信号的频率范围不重叠。可选的，所述频移检测波为单频波。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的，在发送端将有用信号与频移检测波一起发送，接收端通过分析经传输的频移检测波所发生的多普勒频移情况，来对经传输的有用信号进行频移补偿。由于频移检测波与有用信号是一起传输的，因此，频移检测波经传输后发生的频移情况能够反映有用信号经传输后发生的频移情况，即本专利技术对每一有用信号的频移补偿均是根据其自身的传输情况进行的。与现有技术中采用恒定的频移量对所有信号进行频移补偿相比，本专利技术能够适应多普勒频移实时的变化性，有效降低移动水声通信的误码率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的水声通信方法中信息发送端的通信流程图；图2为本专利技术实施例中叠加信号产生原理图；图3(a)为本专利技术实施例中信号调制原理图，图3(b)为本专利技术实施例中信号解调原理图；图4为本专利技术实施例中CW信号插入位置示意图；图5为本专利技术实施例提供的水声通信方法中信息接收端的通信流程图；图6为本专利技术实施例提供的水声通信方法中信息接收端的又一通信流程图；图7为本专利技术实施例中数据帧信息的结构示意图；图8为本专利技术实施例中短时多普勒频移的示意图；图9为本专利技术实施例中多普勒频移补偿方法流程图；图10为本专利技术实施例中未采用重采样技术时的通信误码率结果示意图；图11为本专利技术实施例中采用单一重采样技术时的通信误码率结果示意图；图12为本专利技术实施例中未采用多路重采样技术时的通信误码率结果示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种抗变化的多普勒频移的水声通信方法，以适用多普勒频移变化的场景，进而降低误码率。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术提供了一种适用于水下移动设备之间的水声通信方法，该水声通信方法通过与通信信息一起传输的频移检测波的频移情况来确定通信信息的频移补偿参数，并基于该频移补偿参数对该通信信号进行频移补偿。参见图1，当水下移动设备作为信号发送端时，执行以下步骤：步骤101：获取有用信号。该有用信号包含了发送端需要发送的信息。步骤102：对所述有用信号进行载波调制，得到调制信号。进一步的，载波调制可以为正交chirp信号多载波调制。具体的实现方式可以如下：1)在获取到有用信号后，将有用信号的二进制数据经CRC校验(cyclicredundancycheck，CRC)、前向纠错(ForwardErrorCorrecting，FEC)编码和交织后再经由串并转换。如图2所示，为保证在水声信道中高速率通信系统的可靠性，在发射端的数字信息经过以下预处理操作：对二进制数据在前向纠错(ForwardErrorCorrecting，FEC)编码前插入循环冗余校验码(cyclicredundancycheck，CRC)，CRC的开销很小，通常采用16bit已足够(即CRC-16)；CRC码后再经前向纠错编码和数据帧内的矩阵交织。考虑到复杂度和纠错性能的平衡，前向纠错编码可选取卷积码。2)串并转换后的二进制数据经过正交chirp信号的多载波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗变化的多普勒频移的水声通信方法，其特征在于，包括：/n提取接收信号中的第一信号；所述接收信号包括第一信号和第二信号，所述第一信号包括由发送端发送的、经传输后的频移检测波，所述第二信号包括由发送端发送的、经传输后的有用信号；在所述发送端，所述频移检测波与所述有用信号一起发送；/n比较所述第一信号和所述频移检测波，确定多普勒频移补偿参数；/n根据所述多普勒频移补偿参数，对所述第二信号进行多普勒频移补偿，得到补偿后的信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种抗变化的多普勒频移的水声通信方法，其特征在于，包括：
提取接收信号中的第一信号；所述接收信号包括第一信号和第二信号，所述第一信号包括由发送端发送的、经传输后的频移检测波，所述第二信号包括由发送端发送的、经传输后的有用信号；在所述发送端，所述频移检测波与所述有用信号一起发送；
比较所述第一信号和所述频移检测波，确定多普勒频移补偿参数；
根据所述多普勒频移补偿参数，对所述第二信号进行多普勒频移补偿，得到补偿后的信号。


2.根据权利要求1所述的抗变化的多普勒频移的水声通信方法，其特征在于，所述根据所述多普勒频移补偿参数，对所述第二信号进行多普勒频移补偿，具体包括：
根据所述多普勒频移补偿参数，计算重采样转换率范围；
以不同的重采样转换率对所述第二信号进行重采样，得到多个重采样信号，各所述重采样转换率位于所述重采样转换率范围中；
将误码率最小的重采样信号确定为所述补偿后的信号。


3.根据权利要求2所述的抗变化的多普勒频移的水声通信方法，其特征在于，所述以不同的重采样转换率对所述第二信号进行重采样，具体包括：
对所述第二信号进行多路重采样，每路重采样所采用的重采样转换率不相同。


4.根据权利要求2或3所述的抗变化的多普勒频移的水声通信方...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱培斌，陈文，邢海涛，冯文，李铁军，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：福建;35