【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及基于闭环多普勒估计与变遗忘因子自适应均衡方法，属于水声通信技术。
技术介绍
1、水声信道由于受到海面海底反射、散射、海洋内波以及水中生物等因素的影响，对水声单载波通信系统造成了极其巨大的影响。除此之外，由于水声信道具有的多途扩展和多普勒扩展，也给水声单载波通信系统的通信性能带来了一系列问题。相比于无线电通信系统，水中的声速远远小于无线电波的速度，并由此引入较为严重的多普勒效应，这也会使得水声单载波系统的通信的稳定性和可靠性进一步恶化。
2、宽带多普勒效应会给水声单载波通信系统性能带来极大的影响，相比于常规的多普勒补偿技术，宽带多普勒效应会导致以下问题：由milica和proakis等人设计的经典的联合二阶数字锁相环技术的接收机结构已经无法有效地补偿宽带多普勒效应，即开环多普勒补偿技术只能对数据帧内的平均多普勒进行补偿，如果数据帧内多普勒变化较大，开环多普勒补偿技术的性能将急剧恶化甚至完全失效；水声信道中由于通信节点之间相互运动导致的宽带多普勒效应及水声信道的快速时变特性的问题。
3、因此，亟需提出基于闭环多普勒估计与变遗忘因子自适应均衡方法，以解决上述技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决数据帧内历经宽带普勒效应的估计与补偿的问题，提供基于闭环多普勒估计与变遗忘因子自适应均衡方法，在下文中给出了关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图
2、本专利技术的技术方案：
3、基于闭环多普勒估计与变遗忘因子自适应均衡方法，包括以下步骤：
4、步骤一：建立水声单载波通信系统的发射机和接收机结构模型；
5、步骤二：联合自适应闭环宽带多普勒估计与补偿算法的均衡接收机结构模型。
6、优选的：步骤一包括以下步骤：
7、步骤1.1：将发射的信息比特经过编码器进行编码，通过引入冗余比特信息来抵消由于信道的噪声和干扰信息；
8、步骤1.2：为了抵消信息在传输过程中产生成片的错误信息，将编码后的比特信息通过交织器；
9、步骤1.3：将交织以后的比特信息分组转化，从比特映射到符号；
10、步骤1.4：将符号通过升采样以后通过滤波器；
11、步骤1.5：将通过滤波器滤波以后的信号从基带调制到通带；完成了对发送信息比特的发送过程。
12、优选的：步骤一：水声单载波通信系统中的基带信号b(t)表示为：
13、
14、其中，xn为n时刻发送的相位编码符号(当采用bpsk调制时：xn为+1或-1；当采用qpsk调制时：xn为g(t)为脉冲成形滤波器，g(t-nts)为t-nts时刻脉冲成形滤波器，tsym为符号间隔；
15、再将基带信号b(t)调制到载频上，即可获得通带信号s(t)，则有
16、
17、其中，e表示进行指数运算，ωc表示调制到通带信道的角频率，t表示时间；在水声通信系统中具有宽带多普勒效应的信号不仅会有频率的偏移，还会具有信号波形的压缩或伸展的特点，表示为：
18、
19、其中，r(t)为接收信号，d为多普勒因子，定义d＝vr/vc，其中，vr为水声通信接收机和发射机的相对径向速度，vc为水中声速；当径向速度为正时，多普勒因子为正，表示发射信号被展宽；反之为压缩，即信号会发生时间尺度上的变化，w(t)为接收机噪声，假设其为均值为0，方差为的加性高斯白噪声；
20、将式(3)离散表示为：
21、r(nts)＝s[n(1+d)ts]+w(nts) (4)
22、其中，ts为采样间隔，n表示时间，w(nts)为接收机噪声；在接收机端为了从经历多普勒效应的接收信号r(nts)中恢复原始发送信号，需要对接收波形进行逆时间尺度变化，即
23、
24、其中，s(nts)为nts时刻的发射信号；
25、即接收机端需用以下的采样率才能够消除多普勒效应对发射信号的影响，即
26、fs'＝(1+d)fs (6)
27、上式中fs为原始离散信号采样率，fs'为消除多普勒效应应采用的采样频率。
28、优选的：针对水声单载波通信系统中的接收机部分，在接收端通过帧同步处理截取到接收信号以后，首先，先将截取到的信号进行多普勒估计与补偿，再将经过多普勒估计与补偿的信号进行解调，即将信号由通带解调到基带；然后，将解调的基带进行匹配滤波，即通过与发射机相同的脉冲成型滤波器，再之后，通过将采样处理，将信号由采样率降到符号率；最后，进行有关的抗信道干扰的一系列处理。
29、5.根据权利要求4所述的基于闭环多普勒估计与变遗忘因子自适应均衡方法，其特征在于：步骤二为第一均衡接收机结构模型或第二均衡接收机结构模型。
30、6.根据权利要求5所述的基于闭环多普勒估计与变遗忘因子自适应均衡方法，其特征在于：步骤二为第一均衡接收机结构模型时，在接收端通过帧同步处理截取到接收信号以后，首先，先将截取到的信号进行解调、匹配、降采样后变为基带信号，将均衡器与补偿器有效地结合在一起，通过均衡器的判决符号构造代价函数自适应地计算出多普勒补偿器的插值因子，进而实现逐符号的多普勒估计与补偿，既可以使宽带多普勒的估计与补偿变为现实。
31、优选的：接收机的输出为：
32、
33、其中，hk为前馈滤波器抽头系数，gk反馈滤波器抽头系数，xk为接收信号，h表示共轭转置运算；；
34、如果采用nlms算法来自适应更新均衡器抽头系数，则
35、
36、式中，wk+1为nlms自适应滤波器更新的抽头系数，μ为步长，ε为很小的正常数，为xk共轭转置，为判决反馈均衡器总抽头系数向量，分别为前馈抽头系数向量和反馈抽头系数向量，(·)*表示共轭运算，ek为判决误差，则
37、
38、其中为dk的估计值；
39、如果采用rls算法来自适应更新均衡器抽头系数，则
40、
41、式中，λ为遗忘因子，一般取0.9＜λ＜1，更新公式为：
42、
43、其中，定义为的更新值；
44、多普勒估计器输出为多普勒估计因子为：
45、ik+1＝ik+kpθk (12)
46、
47、式中：θk为最大似然相位估计，kp为跟踪步长，ik为多普勒插值因子；
48、由此，多普勒频率和速度估计通过以下公式得到
49、fd＝fc(ik-1) (14)
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【技术保护点】
1.基于闭环多普勒估计与变遗忘因子自适应均衡方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于闭环多普勒估计与变遗忘因子自适应均衡方法，其特征在于：步骤一包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于闭环多普勒估计与变遗忘因子自适应均衡方法，其特征在于：步骤一：水声单载波通信系统中的基带信号b(t)表示为：
4.根据权利要求3所述的基于闭环多普勒估计与变遗忘因子自适应均衡方法，其特征在于：针对水声单载波通信系统中的接收机部分，在接收端通过帧同步处理截取到接收信号以后，首先，先将截取到的信号进行多普勒估计与补偿，再将经过多普勒估计与补偿的信号进行解调，即将信号由通带解调到基带；然后，将解调的基带进行匹配滤波，即通过与发射机相同的脉冲成型滤波器，再之后，通过将采样处理，将信号由采样率降到符号率；最后，进行有关的抗信道干扰的处理。
5.根据权利要求4所述的基于闭环多普勒估计与变遗忘因子自适应均衡方法，其特征在于：步骤二为第一均衡接收机结构模型或第二均衡接收机结构模型。
6.根据权利要求5所述的基于闭环多普勒估计与变遗
7.根据权利要求6所述的基于闭环多普勒估计与变遗忘因子自适应均衡方法，其特征在于：接收机的输出为：
8.根据权利要求5所述的基于闭环多普勒估计与变遗忘因子自适应均衡方法，其特征在于：步骤二为第二均衡接收机结构模型时，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.基于闭环多普勒估计与变遗忘因子自适应均衡方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于闭环多普勒估计与变遗忘因子自适应均衡方法，其特征在于：步骤一包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于闭环多普勒估计与变遗忘因子自适应均衡方法，其特征在于：步骤一：水声单载波通信系统中的基带信号b(t)表示为：
4.根据权利要求3所述的基于闭环多普勒估计与变遗忘因子自适应均衡方法，其特征在于：针对水声单载波通信系统中的接收机部分，在接收端通过帧同步处理截取到接收信号以后，首先，先将截取到的信号进行多普勒估计与补偿，再将经过多普勒估计与补偿的信号进行解调，即将信号由通带解调到基带；然后，将解调的基带进行匹配滤波，即通过与发射机相同的脉冲成型滤波器，再之后，通过将采样处理，将信号由采样率降到符号率；最后，进行有关的抗信道干扰的处理。
5.根...
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