一种水声通信中可抑制并测量多普勒的帧同步装置制造方法及图纸

一种水声通信中可抑制并测量多普勒的帧同步装置，涉及一种水声通信设备。设有前置模块、模数转换模块、运算模块和帧同步建立/多普勒测量模块。前置模块的输入端与接收端水声换能器的信号输出端连接；模数转换模块由DDS芯片DDS1、DDS2、DDS3控制的3路AD采样ADC1、ADC2、ADC3组成，所述3路AD采样ADC1、ADC2、ADC3的输入端接前置模块的输出端；运算模块的输入端接3路AD采样ADC1、ADC2、ADC3模数转换后的数字信号输出端；所述帧同步建立/多普勒测量模块的输入端接运算模块的经拷贝相关处理后的3个运算结果输出端。水声通信中可简单、方便地实现多普勒效应抑制并可测量多普勒。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水声通信设备，尤其涉及一种水声通信中可抑制并测量多普勒的帧同步装置。
技术介绍
水声通信技术可广泛应用于海洋资源勘探、海洋开发、海洋环境监测、水下作业等领域，是当前海洋高技术的重要热点和前沿。由于海洋信道具有的强烈、复杂的随机时一空一频变效应、多径效应、多普勒效应及背景噪声，因此高性能水声通信系统的设计是挑战性极高的任务。由于海水中声速与空气中电磁波传播速度相差5个数量级，与无线通信系统相t匕，海洋介质、海面的不均匀以及收发平台的相互运动造成的多普勒效应对水声通信过程中帧同步建立、信号解调等环节的影响要严重得多，特别是对于直接影响信号解调过程时序建立的帧同步环节，因此对多普勒效应的抑制是水声通信系统设计中必须考虑的一个重要因素。研究人员提出了多种用于水声通信中可抑制并测量多普勒的同步方法。如以线性调频信号作为同步头，一定间隔后插入单频信号，利用线性调频信号获取帧同步信息，利用对单频信号的测频结果获得多普勒估计，但此方法使用单频信号对水声信道的频率选择性衰落特性敏感，在单频信号衰减严重时多普勒测量性能下降；第二种方法利用固定时间间隔的两个线性扫频信号作为帧同步头和多普勒测量信号，接收端通过对这两个固定间隔扫频信号的匹配滤波获取间隔时间的变化来测量多普勒效应，但由于根据固定间隔时间的压缩或者拉伸测量获得的是此段时间内的平均多普勒，在帧同步头及间隔时间均较长时无法体现多普勒效应的时变变化特性。同时，上述方法由于需两个扫频信号或扫频与单频信号组合组成帧同步头，降低了发射信号帧结构的时间利用效率。中国专利CN100448189C提出一种水声通信中的精确帧同步方法，利用升线性调频和降线性调频信号叠加组成帧同步信号，通过接收端分别对其中的升调频和降调频部分进行匹配滤波获得的两个峰值信息来进行精确的帧同步建立及多普勒测量，可在一个帧同步信号时间范围内实现帧同步及多普勒测量。但由于其帧同步头由升线性调频和降线性调频信号叠加组成，帧同步头具有较高的峰均比将大大降低水声发射机的发射效率，导致帧同步头信号信噪比降低，从而影响同步性能；同时，当水声信道多普勒效应值较小时，该方法中两个校准信号(升调频和降调频)拷贝相关峰间的时间差极小，也将影响多普勒测量的准确性。中国专利200910100598. O提出一种MFSK水声通信的多普勒测量与修正方法，采用对带两根多普勒测量谱线的编码复基频信号进行zoom-FFT处理获得较高分辨率的多普勒测量值，然后采用测量值进行复基频信号的多普勒修正。但由于基于两根单谱线的测量，其测量结果对水声信道的频率选择性衰落仍然有较大的敏感性，当其中一根、或者两根谱线的频率位置出现严重衰落时，测量准确度将受较大影响。中国专利201010101289. 8提出一种实时水声通信中基于直接数字频率合成(Digital DirectFrequency Synthesis, DDS)的多普勒补偿装置，首先采用DSP对输入信号进行测频、多普勒估计后，DSP通过接口送入多普勒补偿参数至DDS芯片，DDS芯片输出多普勒补偿后的采样频率控制模数转换芯片进行模数转换，实现基于硬件的多普勒补偿，避免了软件实现数据重采样付出的运算量开销。但此方法本身无法实现帧同步过程，且需依赖于帧同步建立后提供的时间起点信息进行DSP测频、多普勒估计及校正。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供水声通信中可简单、方便地实现多普勒效应抑制并可测量多普勒的一种水声通信中可抑制并测量多普勒的帧同步装置。本专利技术设有前置模块，所述前置模块的输入端与接收端水声换能器的信号输出端连接，用于 对接收信号进行前置处理；模数转换模块(ADC模块)，所述模数转换模块由DDS芯片DDS1、DDS2、DDS3控制的3路AD采样ADC1、ADC2、ADC3组成，所述3路AD采样ADC1、ADC2、ADC3的输入端接前置模块的输出端；运算模块，所述运算模块用于对帧同步头进行匹配滤波处理，运算模块的输入端接3路AD采样ADC1、ADC2、ADC3模数转换后的数字信号输出端；帧同步建立/多普勒测量模块，所述帧同步建立/多普勒测量模块用于对运算模块相关运算获得的3个输出结果进行相关峰检测，通过对3个相关峰峰值位置的检测判断帧同步时间点，并由此获得多普勒测量结果，所述帧同步建立/多普勒测量模块的输入端接运算模块的经拷贝相关处理后的3个运算结果输出端。所述前置模块可由前置放大电路和滤波器组成，所述前置放大电路的输入端接接收端水声换能器的信号输出端，滤波器的输出端接前置放大电路的输出端。本专利技术的基本实现思路是仅利用一个单线性扫频信号作为帧同步头，结合通过DDS芯片控制模数转换形成的正、负多谱勒频偏校准信号进行帧同步建立及多普勒测量，从而避免了水声信道条件下采用多个线性扫频、单频信号组成帧头信号、或多个扫频信号叠加形成高峰均值的帧头信号造成帧同步建立、多普勒测量中的性能局限。本专利技术所述的带声源方向跟踪功能的可抑制并测量多普勒的水声通信帧同步装置结构图如图1所示，该装置包括由前置放大电路和带通滤波器组成的前置处理模块；由DDS 芯片控制的 3 路模数转换芯片(Analog-to-Digital Converter, ADC) ADCl、ADC、ADC3 组成的模数转换模块；对帧同步头进行匹配滤波处理的运算模块；帧同步建立及多普勒测量模块。其中，帧同步信号采用一个线性调频信号s(t)组成，因而在发射信号帧格式中只占用一个线性调频信号宽度，且具有发射信号峰均比值小、利于提高发射机发射效率的优点。在该装置的各功能模块中，前置处理模块、模数转换模块由前置放大、滤波器、(ADC)模数转换芯片、DDS芯片等硬件电路组成；相关运算模块、帧同步建立及多普勒测量模块为数字信号处理部分，由DSP芯片软件编程实现。各模块间的连接关系为前置模块与接收端水声换能器的信号端连接用于对接收信号进行前置处理；模数转换模块由3片DDS芯片通过参数控制分别产生的频率为= fs, f2=(l+k)fs，f3=(l-k)fs的方波振荡信号用于控制模块中的3片模数转换芯片按照不同的采样频率进行模数转换，其中k为设定的多普勒范围因子；相关运算模块首先将3片模数转换芯片模数转换后的信号存入处理缓冲区，然后分别进行拷贝相关处理，获取相关运算输出；帧同步建立及多普勒测量模块对相关运算获得的3个输出结果进行相关峰检测，通过对3个相关峰峰值位置的检测判断帧同步时间点，并由此获得多普勒测量结果。本专利技术提出的水声通信中可抑制多普勒效应的帧同步装置采用的技术方案主要包括以下步骤I)输入信号前置放大、带通滤波处理； 2)对接收信号进行模数转换，设定3个DDS芯片分别输出频率分别为=fs, f2=(l+k) fs, f3=(l-k) fs的方波信号，DSP芯片利用DDS芯片输出的方波以f1； f2, f3的采样率分别控制3片模数转换芯片对接收信号进行模拟数字转换。3)对模数转换后的输入信号进行相关运算处理，以采样率匕计算获得的线性扫频信号s(t)作为拷贝对3个模数转换芯片以采样频率4，4&所得的输入信号Γι (t)，r2 (t)，r3 (t)进行拷贝相关处理，上述拷贝相关处理是本领域公知的一种数字信号处理方法，计算公式如下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水声通信中可抑制并测量多普勒的帧同步装置，其特征在于设有：前置模块，所述前置模块的输入端与接收端水声换能器的信号输出端连接，用于对接收信号进行前置处理；模数转换模块，所述模数转换模块由DDS芯片DDS1、DDS2、DDS3控制的3路AD采样ADC1、ADC2、ADC3组成，所述3路AD采样ADC1、ADC2、ADC3的输入端接前置模块的输出端；运算模块，所述运算模块用于对帧同步头进行匹配滤波处理，运算模块的输入端接3路AD采样ADC1、ADC2、ADC3模数转换后的数字信号输出端；帧同步建立/多普勒测量模块，所述帧同步建立/多普勒测量模块用于对运算模块相关运算获得的3个输出结果进行相关峰检测，通过对3个相关峰峰值位置的检测判断帧同步时间点，并由此获得多普勒测量结果，所述帧同步建立/多普勒测量模块的输入端接运算模块的经拷贝相关处理后的3个运算结果输出端。

【技术特征摘要】
1.一种水声通信中可抑制并测量多普勒的帧同步装置，其特征在于设有 前置模块，所述前置模块的输入端与接收端水声换能器的信号输出端连接，用于对接收信号进行前置处理； 模数转换模块，所述模数转换模块由DDS芯片DDSl、DDS2、DDS3控制的3路AD采样ADC1、ADC2、ADC3组成，所述3路AD采样ADC1、ADC2、ADC3的输入端接前置模块的输出端；运算模块，所述运算模块用于对帧同步头进行匹配滤波处理，运算模块的输入端接3路AD采样ADC1、ADC2、ADC3模数转换后的数字信号输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：童峰，周跃海，陈东升，李芳兰，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：