一种水下探测通信一体化系统技术方案

本发明专利技术公开了一种水下探测通信一体化系统，包括一体化信号发射模块、信号接收模块以及接收信号处理模块；一体化系统发射模块根据一体化波形要求以及所需传输的信息产生信号并发射；信号接收模块接收信号并完成对接收信号的发射泄露抑制；接收信号处理模块完成对接收信号的信息提取，包括通信信号信息提取、探测回波信号的检测与参数估计。本发明专利技术在保证正常通信性能的前提下，兼顾目标主动探测功能，采用收发分置方式，通过一体化信号设计、发射泄露抑制、目标探测和水声通信等环节，实现了水下一体化系统的主动探测和通信功能，有效对自发射泄露进行抑制，提高了探测性能和通信效率，能够更好的应对水下探测和通信性能挑战。能够更好的应对水下探测和通信性能挑战。能够更好的应对水下探测和通信性能挑战。

【技术实现步骤摘要】
一种水下探测通信一体化系统


[0001]本专利技术涉及探测
以及通信
，特别是涉及将水声通信技术和水下目标探测技术一体化的水下探测通信一体化系统。

技术介绍

[0002]水下探测通信一体化(Integrate System of Underwater Detection and Communication，ISUDC)最早的研究起源于空中雷达，经过可行性分析、理论研究与试验验证，现已成功应用到实际系统中。长期以来，作为水下信息获取、处理、传输和交换的典型方式，水下目标主动探测系统和水声通信系统是各自独立发展的。主动探测系统通过对目标回波进行处理，估计目标的距离、速度、方位等参数信息，其需要在一定的发射功率下，最大可能的捕获更远的目标，以及更精确的提取目标参数信息。而水声通信系统发射端对传输信息进行编码调制并发射，接收端接收信号并准确的解调出通信信息，其重点是实现不失真、安全、高效的数据传输。虽然两者存在一定的差异性，但两者在系统结构、工作原理、工作频段等方面具有一定的相同点，这使得将两者一体化集成成为可能。
[0003]不过，在水下由于探测通信一体化系统中发射泄漏的强度远远大于目标回波，因此需要在接收端对发射泄漏进行抑制。在系统中，系统总的自干扰抵消能力不等于各级消除能力的叠加，各级消除能力存在相互制约：声学隔离可以影响模拟域自干扰消除能力，模拟域信号的某些参数以及模拟器件的性能影响到数字域自干扰消除能力，声学隔离和模拟域自干扰消除能力会影响到数字域的自干扰消除能力。因此，如何设计探测通信一体化系统的多级自干扰部分，根据发射泄漏特点进行多级抑制，同时以此为基础设计信号发射和信号处理模块，对于整个一体化系统十分重要。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术存在的问题，同时实现满足探测与通信的一体化系统波形设计、一体化系统发射端产生泄露的自干扰抑制和一体化系统的目标探测与通信传输需求，本专利技术提出一种水下探测通信一体化系统，该一体化系统在保证正常通信性能的前提下，兼顾目标主动探测功能，采用收发分置方式，通过一体化信号设计、发射泄露抑制、目标探测和水声通信等环节，实现了水下一体化系统的主动探测和通信功能，有效对自发射泄露进行抑制，提高了探测性能和通信效率，能够更好的应对水下探测和通信性能挑战。
[0005]本专利技术的技术方案为：
[0006]一种水下探测通信一体化系统，包括一体化信号发射模块、信号接收模块以及接收信号处理模块；
[0007]所述一体化系统发射模块根据一体化波形要求以及所需传输的信息产生信号并发射；
[0008]所述信号接收模块接收信号并完成对接收信号的发射泄露抑制；
[0009]所述接收信号处理模块完成对接收信号的信息提取，包括通信信号信息提取、探
测回波信号的检测与参数估计。
[0010]进一步的，所述一体化信号发射模块包括一体化波形设计模块、波形产生器、功率放大器和发射基阵；
[0011]所述一体化波形设计模块设计产生BPSK信号参数，并通过波形产生器后，产生一体化信号，一体化信号经过功率放大器得到放大信号，最后将放大信号通过发射基阵发射。
[0012]进一步的，所述信号接收模块包括接收基阵、干扰对称相消模块、前置预处理放大滤波器和多级干扰抑制模块；
[0013]所述接收基阵接收的信号中包括一体化波形回波信号、其他节点通信信号、干扰信号；
[0014]所述接收的信号经过干扰对称相消模块，进行被动自干扰抑制；然后经过前置预处理放大滤波器，将信号与噪声分离；最后通过多级自干扰抑制模块；
[0015]所述多级自干扰抑制模块由模拟域自干扰抑制模块和数字域自干扰抑制模块构成；
[0016]所述模拟域自干扰抑制模块包括延迟器、衰减器、移相器；通过所述模拟域自干扰抑制模块，利用参考信号重建自干扰信号，再利用重建的自干扰信号与接收信号相减实现自干扰抵消；
[0017]所述模拟域自干扰抑制模块输出的模拟信号经过A/D量化成数字信号，在数字域，通过数字域自干扰抑制模块进一步进行干扰抵消处理；所述数字域自干扰抑制模块采用自干扰信道估计方式，利用SI信道估计与重建方法，对自干扰信道进行建模，根据残余自干扰信号最小准则估计自干扰信道的幅度、相位、时延参数，然后利用参考信号重建自干扰信号，并将其从总接收信号中减去，实现自干扰抑制。
[0018]进一步的，所述被动自干扰抑制指通过预先调整各阵元位置的结构布置，利用阵元对称分布进行矢量合成对消。
[0019]进一步的，所述模拟域自干扰抑制模块采用多抽头延迟滤波的方法来消除自干扰信号。
[0020]进一步的，所述数字域自干扰抑制模块实现自干扰抑制的过程为：
[0021]设接收信号表示为：
[0022]Y＝XH+Z
[0023]式中Y为接收信号，X为发射信号，Z为噪声，H为信道冲激响应；根据LS准则，有
[0024][0025]式中表示信道估计结果；对上式求关于的一阶和二阶偏导，其一阶偏导为：
[0026][0027]其二阶偏导为：
[0028][0029]由上式可知，关于的二阶偏导数大于0，令其一阶偏导数为0，求得的最小值，有信道估计值为：
[0030][0031]根据估计的利用参考信号重建自干扰信号，实现自干扰抵消。
[0032]进一步的，在接收阵元与发射阵元之间设置有隔离障板进行声学隔离；并利用接收阵元空间位置结构设计，使两接收阵元与发射阵元在同一直线上，且两接收阵元相对于发射端距离差半个波长，从而采用半波长抵消法进行自干扰抵消。
[0033]进一步的，所述接收信号处理模块由通信处理模块和探测处理模块两部分组成；
[0034]所述通信处理模块包含通信信号处理器、信道均衡估计模块、信息解调与判决模块；信号经过通信信号处理器处理，之后进入信道均衡与估计模块，通过信道均衡提高衰落信道中的通信系统的传输性能，并且消除或者减弱宽带通信的多径时延带来的码间串扰，得到信道均衡后的信号；之后信号经过信息解调与判决模块，得到解调之后的完整的发射端通信信息；
[0035]所述探测处理模块包含探测信号处理器、匹配滤波器及阵列处理模块、目标检测与估计模块；所述探测信号处理器获取接收信号，并获取一体化波形信号参数；所述匹配滤波器及阵列处理模块根据一体化波形信号，对接收信号进行预处理，包括匹配滤波、空间白化，得到白化后的信号；将一体化波形信号与白化后的信号进行互相关，利用互相关序列形成新的空域协方差矩阵，再进行特征分解，最后通过目标检测与估计算法得到目标的方位角以及距离信息，获得主动探测下的目标具体方位。
[0036]一种基于水下探测通信一体化系统的网络，包括主动声纳、水下固定节点和水下移动节点；在水下固定节点和水下移动节点上搭载有水下探测通信一体化系统。
[0037]所述水下通信探测一体化系统网络的工作模式分为单基地与多基地两种工作模式；单基地工作模式下，固定节点和移动节点在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下探测通信一体化系统，其特征在于：包括一体化信号发射模块、信号接收模块以及接收信号处理模块；所述一体化系统发射模块根据一体化波形要求以及所需传输的信息产生信号并发射；所述信号接收模块接收信号并完成对接收信号的发射泄露抑制；所述接收信号处理模块完成对接收信号的信息提取，包括通信信号信息提取、探测回波信号的检测与参数估计。2.根据权利要求1所述一种水下探测通信一体化系统，其特征在于：所述一体化信号发射模块包括一体化波形设计模块、波形产生器、功率放大器和发射基阵；所述一体化波形设计模块设计产生BPSK信号参数，并通过波形产生器后，产生一体化信号，一体化信号经过功率放大器得到放大信号，最后将放大信号通过发射基阵发射。3.根据权利要求1所述一种水下探测通信一体化系统，其特征在于：所述信号接收模块包括接收基阵、干扰对称相消模块、前置预处理放大滤波器和多级干扰抑制模块；所述接收基阵接收的信号中包括一体化波形回波信号、其他节点通信信号、干扰信号；所述接收的信号经过干扰对称相消模块，进行被动自干扰抑制；然后经过前置预处理放大滤波器，将信号与噪声分离；最后通过多级自干扰抑制模块；所述多级自干扰抑制模块由模拟域自干扰抑制模块和数字域自干扰抑制模块构成；所述模拟域自干扰抑制模块包括延迟器、衰减器、移相器；通过所述模拟域自干扰抑制模块，利用参考信号重建自干扰信号，再利用重建的自干扰信号与接收信号相减实现自干扰抵消；所述模拟域自干扰抑制模块输出的模拟信号经过A/D量化成数字信号，在数字域，通过数字域自干扰抑制模块进一步进行干扰抵消处理；所述数字域自干扰抑制模块采用自干扰信道估计方式，利用SI信道估计与重建方法，对自干扰信道进行建模，根据残余自干扰信号最小准则估计自干扰信道的幅度、相位、时延参数，然后利用参考信号重建自干扰信号，并将其从总接收信号中减去，实现自干扰抑制。4.根据权利要求3所述一种水下探测通信一体化系统，其特征在于：所述被动自干扰抑制指通过预先调整各阵元位置的结构布置，利用阵元对称分布进行矢量合成对消。5.根据权利要求3所述一种水下探测通信一体化系统，其特征在于：所述模拟域自干扰抑制模块采用多抽头延迟滤波的方法来消除自干扰信号。6.根据权利要求3所述一种水下探测通信一体化系统，其特征在于：所述数字域自干扰抑制模块实现自干扰抑制的过...

【专利技术属性】
技术研发人员：史文涛，张群飞，牛启翔，卢俊，张甲豪，金明祺，何成兵，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：