一种基于单矢量传感器的水声自适应判决反馈均衡方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水声通信领域，尤其涉及一种基于单矢量传感器的水声自适应判决反 馈均衡方法。
【背景技术】
[0002] 矢量水听器是用来测量水下声场矢量（声压梯度、质点振速、加速度、位移或声 强）的声接收换能器。它由声压水听器与直接或间接测量振速的传感器等以不同方式同心 的组合而成。单个小尺度矢量水听器就可具有不随频率变化的"8"字形或心脏形指向性， 因此由它构成的矢量传感器与传统的声压水听器相比，相同尺寸的矢量传感器可获得更大 的空间增益。
[0003] 判决反馈均衡器（DFE)是一种非线性均衡器，它的基本思想是一旦检测出一个信 息符号，就可以估计出它对未来的符号产生的码间干扰，从而可以在符号检测之前将其除 去。众所周知，由于水下声信道具有严重的多途效应，导致码间干扰十分严重，自适应判决 反馈均衡器适用于这种严重失真的无线信道，且较容易实施；而且它不同于一般的线性均 衡器在减小ISI的同时也放大了噪声，DFE在消除ISI的同时是不引入噪声增益的，所以在 水声通信中我们在接收端经常采用判决反馈均衡算法对接收信号进行处理。
[0004] 矢量传感器较传统声压水听器有诸多优势，但将其与判决反馈均衡方法结合在一 起应用于水声通信领域在国内外却少有公开的文献报道。中国专利《一种基于矢量阵MIMO 的高速水声通信方法》提出在发射端采用多个阵元发送信息，并用空时编码进行调制，在接 收端采用矢量水听器阵进行接收。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种仅采用单发单收系统，能够减低误码率，提高通信系统 稳健性的，基于单矢量传感器的水声自适应判决反馈均衡方法。
[0006] 本发明一种基于单矢量传感器的水声自适应判决反馈均衡方法，包括以下步骤，
[0007] 步骤一：矢量传感器接收到的声信号经过带通滤波后，利用本地同步信号进行信 号同步，寻找帧同步点；
[0008] 步骤二：对声压信号与振速信号中水平方向振速信号进行方位角估计，利用估计 的方位角对水平振速信号进行电子旋转合成，并与声压信号进行加权合成得到声压和水平 振速合成信号；
[0009] 步骤三：将声压和水平振速合成信号与垂直振速信号分别解调到基带，将基带信 号输入到判决反馈均衡器中；
[0010] 步骤四：在判决反馈均衡器的前馈端嵌入锁相环，输入的基带信号先进入锁相环； 并且对声压和水平振速合成信号与垂直振速信号进行等增益合并；
[0011] 步骤五：判决反馈均衡器中，反馈滤波器将已经检测的符号判决输出作为自身输 入，用已经检测的符号来估计对当前正在检测的符号产生的码间干扰，然后将码间干扰与 前向滤波器的输出相减，而判决器的输入信号是前馈滤波器输出与反馈滤波器输出之和， 所做的判决通过反馈滤波器进行反馈，恢复了发射信号。
[0012] 本发明一种基于单矢量传感器的水声自适应判决反馈均衡方法，还可以包括：
[0013] 1、估计的方位角为，
[0015] 水平方向X向的平均声强为/,，水平方向y向的平均声强为
[0016] 进行电子旋转合成得到的信号为：
[0018] \和V y为振速信号中的两个正交的水平振速。
[0019] 有益效果：
[0020] 本发明提出了一种基于单矢量传感器的水声自适应判决反馈均衡方法。不同于原 始的单矢量的P+V声压振速联合处理方法（声压信号与三个振速信号加权合成），本发明利 用了声压信道和垂直方向振速信道的不相关性，将垂直方向振速信号看成是与声压-水平 振速合成信号不相关的另外一路信号，将两路不相关的信号在判决反馈均衡器中进行等增 益合并，提高了空间分集增益，有效地降低了误码率；还有，本发明采用矢量传感器作为接 收传感器，利用了声压和振速信号中噪声的非相关性，较为有效地抑制了各向同性噪声，为 判决反馈均衡器提供了足够的接收信噪比，提高了通信系统的稳定性。
【附图说明】
[0021] 图1发射信号结构图。
[0022] 图2声压信道和三个方向振速信道仿真图：图2(a)是声压信道，图2(b)是水平X 振速信号，图2 (c)是水平y振速信道，图2 (d)是垂直振速信道。
[0023] 图3各信道之间的相关系数：图3(a)是声压信道自相关结果图，图3(b)是声压信 道与X振速信道互相关结果图，图3 (c)是声压信道与y振速信道互相关结果图，图3 (d)是 声压信道与垂直振速信道互相关结果图。
[0024] 图4 SISO-DFE框图的结构图
[0025] 图5带有内嵌二阶数字锁相环的一发二收判决反馈均衡器（DFE-DPLL)的结构原 理图
[0026] 图6整个单矢量自适应水声判决反馈均衡的系统流程图。
[0027] 图7基于声压水听器的自适应判决反馈器、基于P+V的单矢量传感器自适应判决 反馈均衡器和基于空间分集及P+V 2的单矢量传感器的自适应判决反馈均衡器的误码率曲 线对比图。
【具体实施方式】
[0028] 下面将结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0029] 本发明使用矢量传感器作为接收传感器，有效地抑制了背景噪声的同时利用了声 压信道和垂直方向振速信道的不相关性，在不增加接收阵元的情况下，相当于增加了一路 接收通道，实现了由Siso(单发单收）到snro(单发多收）的转换，为下一步的判决反馈均 衡提高了空间分集增益，降低了通信系统的误码率，改善了通信系统的性能。
[0030] 本发明的目的是这样实现的：
[0031] 步骤1 :矢量传感器接收到的声信号经过带通滤波后，利用本地同步信号进行信 号同步，寻找帧同步点。
[0032] 步骤2 :对声压信号与振速信号中水平方向振速信号进行方位估计，利用估计的 方位角对水平振速信号施以电子旋转合成，并与声压信号进行加权合成得到声压和水平振 速的合成信号。（在后面的叙述中，"P+V 2方法"也就是"声压信号与两个正交的水平方向 振速信号加权合成"的简称）
[0033] 步骤3:将声压-水平振速合成信号、垂直振速信号分别解调到基带，将基带信号 输入到判决反馈均衡器中。
[0034] 步骤4 :在判决反馈均衡器的前馈端嵌入锁相环来提高接收系统克服频率偏移和 相位起伏的能力；并且对声压-水平振速合成信号与垂直方向振速信号进行等增益合并， 提高空间分集增益。
[0035] 步骤5:反馈滤波器将前面已经检测的符号的判决输出作为自身输入，用过去已 经检测出的符号来估计对当前正在检测的符号产生的码间干扰，然后将其与前向滤波器的 输出相减，从而减少了对当前输出符号的码间干扰。而判决器的输入信号是前馈滤波器输 出与反馈滤波器输出之和，所做的判决通过反馈滤波器进行反馈，有效地抑制了码间干扰， 进而高效无差错的恢复了发射信号。
[0036] 采用矢量传感器作为接收传感器，利用了声压和振速信号中噪声的非相关性，较 为有效地抑制了各向同性噪声，为判决反馈均衡器提供了足够的接收信噪比。利用平均声 强法进行方位估计，以获得水平方位角；这里的V 2，是指只用到振速信息中的两个正交的水 平振速\和V y，垂直方向振速Vz并没有用到。锁相环与判决反馈均