一种多序列合并均衡的单阵元虚拟时间反转水声通信方法技术

本发明专利技术公开了一种多序列合并均衡的单阵元虚拟时间反转水声通信方法，将水声通信信号中用于信号检测与多普勒估计的多个

【技术实现步骤摘要】
一种多序列合并均衡的单阵元虚拟时间反转水声通信方法


[0001]本专利技术属于水声通信
，具体涉及一种多序列合并均衡的单阵元虚拟时间反转水声通信方法
。

技术介绍

[0002]水声通信是海洋中无线信息传输的主要技术手段，与有线通信相比，具有设备布放简单
、
灵活性强
、
安全系数高
、
成本低等优点，在海底环境观测
、
海洋工程建设
、
潜水器和航行器作业以及军事领域等方面都发挥了广泛的作用
。
然而水声信道特别是浅海信道，具有多径密集
、
时延扩展大的特点，造成了严重的码间干扰，极大地降低水声通信的传输质量，给水声通信算法的设计与实现带来了很大的困难与挑战
。
[0003]时间反转技术
(TR)
是水声领域常用的一种抗多径技术，利用声场的互易性原理，实现信道的自适应均衡，计算复杂度低，并且具有良好的信道聚焦特性，能够有效降低水声信道多途效应所导致的码间干扰，提升通信质量
。
根据聚焦方式的不同，时间反转技术
(TR)
分为主动时反
(ATR)、
被动时反
(PTR)
和虚拟时反
(VTR)
三种
。ATR
通过信号往返两次传输实现时反聚焦，要求收发合置且传输效率低，不利于水声通信
。PTR
利用接收探测信号自卷积实现时反聚焦，算法简单，但会引入探测信号自卷积干扰和接收噪声的二次干扰，因此需要较高的接收信噪比
。VTR
利用探测信号估计信道实现虚拟实现时反聚焦，能够消除探测信号的影响，提高接收信噪比
。VTR
技术的关键是信道估计，信道估计的准确性将直接影响聚焦效果
。
[0004]此外，研究和试验表明，
TR
技术的聚焦性能与
TR
处理所使用的多元基阵数目有关，当阵元数较少时，聚焦性能与阵元数成正比
。
受信道估计误差的影响，单阵元虚拟时反聚焦效果较差，目前虚拟时反水声通信系统通常采用阵列接收处理方式，通过增加阵元数目，获得空间增益，从而提高信道聚焦效果
。
但水声通信设备往往追求节点简单
、
低功耗，阵列设计将极大增加设备复杂度，限制其应用范围，特别是在构建水下信息网或搭载至航行器等小型平台时
。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种多序列合并均衡的单阵元虚拟时间反转水声通信方法，能够提高均衡效果，降低复杂多径条件下的通信误码率，并有效简化时反设备的复杂性
。
[0006]一种多序列合并均衡的单阵元虚拟时间反转水声通信方法，包括：
[0007]水声通信系统的接收机检测到通信信号后，将至少两个同步序列作为探测信号，分别利用各个探测信号对接收的通信信号进行虚拟时间反转处理和信道估计与均衡，再对得到的多路数据进行合并，进而再进行解调和译码，完成水声通信
。
[0008]较佳的，所述同步序列为自相关序列
。
[0009]较佳的，所述同步序列为线性调频序列或者双曲调频序列
。
[0010]较佳的，所述同步序列数量为两个以上
。
[0011]较佳的，所述同步序列的数量尽量多
。
[0012]本专利技术具有如下有益效果：
[0013]本专利技术提出一种多序列合并均衡的单阵元虚拟时间反转水声通信方法，将水声通信信号中用于信号检测与多普勒估计的多个
(
至少两到三个
)
已有调频序列，同时作为虚拟时间反转的探测信号，采用多序列合并均衡，利用多个探测信号的噪声和信道估计误差不相关特性，提升时间反转的聚焦效果；该方法能够提高均衡效果，降低复杂多径条件下的通信误码率，并有效简化时反设备的复杂性，使时间反转镜技术应用于水下通信尤其是应用于水下信息网通信变得更加可行
。
附图说明
[0014]图1为虚拟时间反转技术的原理框图；
[0015]图2为单阵元虚拟时间反转水声通信系统的处理流程图；
[0016]图3为水声多径信道反转均衡效果图；
[0017]图4为理想信道时间反转后的信道结果；
[0018]图
5(a)
和图
5(b)
分别为接收信噪比为
6dB
和
12dB
的估计信道反转结果；
[0019]图6为直接均衡
、
理想反转加均衡以及估计反转加均衡的误码率曲线；
[0020]图7为水声通信信号常用的一种帧格式；
[0021]图8为本专利技术的方法流程图；
[0022]图9为采用本专利技术方法的仿真结果
。
具体实施方式
[0023]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述
。
[0024]时间反转技术能够利用声场互易特性实现自适应均衡，是水声领域常用的一种抗多径方法，特别是虚拟时间反转
(VTR)
，通过信道估计避免引入接收噪声，能够提升接收信噪比，从而获得更好的性能
。
但受信道估计误差影响，单阵元虚拟时间反转往往无法实现较好的聚焦效果，因此现阶段时间反转镜多为阵列接收，通过多个阵元合并，增强主峰抑制旁瓣，从而提升时间反转的聚焦效果
。
但采用多个接收阵元，对于追求简单
、
低功耗
、
小型化
、
易搭载的水声通信节点来说，往往过于复杂而难以应用到实际
。
[0025]1、
虚拟时间反转
[0026]图1为虚拟时间反转技术的原理框图
。
首先在发射端
PS
发射信号
s(t)
之前发射探测信号
p(t)
，经信道
h(t)
后先提取
p(t)
，并通过
p(t)
得到估计信道
h
′
(t)
，再对
h
′
(t)
进行时反处理后与接收信号
r(t)
卷积，即完成虚拟时间反转处理过程
。
[0027]接收信号
r(t)
可表示为：
[0028][0029]若估计出的信道冲激响应为
h
′
(t)
，则
r(t)
与时反处理后的
h
′
(t)
进行卷积得到的最终信号
y(t)
可表示为：
[0030][0031]其中
Q(t)
为虚拟时间反转的信道函数，可表示为
[0032][0033]由此可知，当
h
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种多序列合并均衡的单阵元虚拟时间反转水声通信方法，其特征在于，包括：水声通信系统的接收机检测到通信信号后，将至少两个同步序列作为探测信号，分别利用各个探测信号对接收的通信信号进行虚拟时间反转处理和信道估计与均衡，再对得到的多路数据进行合并，进而再进行解调和译码，完成水声通信
。2.
如权利要求1所述的一种多序列合并均衡的单阵元虚拟时间反转水声通信方法，其特征在于，所述同步序列为自相关序列
。3.
如...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐立军，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：