方式中，利用双曲调频来进行中远距离水声信号的传输。所用水 声换能器匹配功率放大器后的信号发射系统带宽为6~10曲Z，中必频率为8曲Z，设定双曲 调频的符号周期为0. 2砂，最低频率为6曲Z，最高频率为10曲Z。
[0038] 在信号发射端，如图2所示的频率偏移系数估计流程，首先根据前述的参数生成 一对正负调制频率的双曲调频信号，分别记为Si(t)和S2(t);然后将送两个信号相加得到 同步信号S(t) =Si(t)+S2(t)。
[0039] 接下来，根据该实施例中的通信系统参数估计最小可分辨的频率偏移值为甜z，最 大频率偏移比率am。，= 0. 25,进而计算最大可用发射符号个数为200,考虑一定的兀余设 计，本例选择N= 40,即构造一个N= 40,即含有80元的发射符号集：
[0040] (st,i(t) =Si(Dit)+S2 值it)}i= ±I, ±2,…，±40
[0041]在此优选的实施方式中，符号集中的各符号所对应的频率偏移系数设计为；，
[0043] 接下来，根据要发送的信号数据选取发射序列集合中的发射序列生成数据信号； 最后，按照图1所示的信号顿格式形成待发射的数据并发射出去。
[0044]在信号接收端，如图3所示的信号解码流程，首先对经过水声信道传输的水声信 号进行带通滤波，然后分别采用Si(t)和S2(t)对带通滤波后的接收信号进行匹配滤波。 作为示例，两路匹配滤波器的输出如图4所示。估计两路匹配滤波输出信号的最大峰值位 置，利用送两个位置之差得到时延差At= 10. 14ms，通过计算得到该顿数据的多普勒频偏 为#〇 = -18G，6hz，同时利用两个位置的中间值为信号的同步位置；根据同步信号的位置获 得信号数据，针对每一个信号数据符号分别采用Si(t)和S2(t)对带通滤波后的接收信号 进行匹配滤波，估计两路匹配滤波输出信号的最大峰值位置。作为一个示范性实例，假设 一信号数据符号的两路匹配滤波器的输出如图5所示，根据送两个输出信号的位置之差得 到时延差Ati= 20. 53ms，进而计算得到多普勒频偏估计值为^=-3胃6,8^&再从该得到的 多普勒频偏估计值中减掉信号本身的多普勒频偏即可得到该数据符号的实际频率偏移Fi =-176. 2Hz，从而得到对应的频率偏移系数信息为4 = 0.97始.再根据此频率偏移系数信 息进行反映射W便恢复原始的通信信号。
[0045] W上W优选实施例的方式说明了本发明的水声信号从发射到接收的整个通信过 程，但是应理解上述说明不是用于限制本发明的保护范围，在不脱离本发明的精神和教导 的前提下所做的任何改变和替换。
【主权项】
1. 一种水声信号发射方法，通过将通信信号调制在双曲调频的频率偏移系数上形成数 据顿的方式进行发射。2. 根据权利要求1的水下信号发射方法，包括W下步骤： 步骤（1);生成一个正调制率的双曲调频信号：其中为信号的中必频率，片和?η分别表示双曲调频信号的最小频率和最 大频率，在通信信号带宽内选取，参数Τ表示双曲调频的符号周期；上 述f。、片、fn和Τ几个参数的确定需要根据水声通信系统的带宽、数据传输速率综合设计； 将该双曲调频信号进行时间反转，得到其对应的负调制率的双曲调频信号S2(t); 步骤（2);将步骤（1)中得到的两个信号相加得到基本波形信号S(t) =Si(t)+S2(t); 步骤（3);构造发射序列集；首先根据可用带宽和符号周期参数估计最小可分辨的频率偏 移值AFmm和最大频率偏移比率Ctm。、，按照可用带宽B、最小可分辨频率偏移值和最大频率 偏移比率计算最大可用发射符号个数为符号 表示向下取整，计算 出最小频率偏移系数间隔为假设符号集中的符号个数为2N，则需满足2N《Nm。、，在 [1-αmax, 1+αmJ区间内选出2N个值作为与发射符号相应的频率偏移系数化，〇2,…，DJ， 只要保证选出的各值间两两之差的绝对值大于该最小频率偏移系数间隔即可； 将得到的频率偏移系数集合和步骤（1)中得到的一对双曲调频信号构造如下的发射 序列集合，St,1 (t) =Si值it)+S2值it)i= 1，2,…，2N;W及 步骤（4);将发射步骤（2)生成的基本信号波形作为同步信号，然后根据要发送的信号 数据选取步骤（3)中生成的发射序列集合中的发射序列，W送样组成的顿结构进行发射。3. 根据权利要求1的利用双曲调频进行水下信号发射的方法，其中： 按照平均分配的原则选择符号集中的符号对应的频率偏移系数，即?'=±?，±%...,±Ν^ = \，2，.''，2N。4. 一种用于接收根据权利要求1到3之一所发射的信号的方法，利用双曲调频信号多 普勒不变的特性对该频率偏移系数进行检测W获取通信信号。5. 根据权利要求4的接收方法，包括如下步骤： 步骤（1):首先对接收信号进行带通滤波； 步骤（2):利用同步信号估计当前信道的多普勒频偏； 分别采用Si(t)和S2 (t)对带通滤波后的接收信号进行匹配滤波，估计两路匹配滤波输 出信号的最大峰值位置，利用送两个位置之差得到时延差At,通过计算得到整顿信号的多 普勒频偏为同时利用两个位置的中间值为信号的同步位置； 步骤（3);对同步信号后面的数据信号进行解调，其中： 分别采用Si(t)和S2 (t)对带通滤波后的接收信号进行匹配滤波，估计两路匹配滤波输 出信号的最大峰值位置，利用送两个位置之差得到时延差Δti，通过计算得到多普勒频偏 估计为在此基础上减掉信号的多普勒频偏即可得到该数据符号的实际频率偏移^进而得到对应的频率偏移系数信息为 W及 ?'.?: ' 任'，' . 步骤（4);根据步骤（3)中得到的频率偏移信息恢复原始的通信信号。
【专利摘要】本发明涉及一种利用双曲调频方式来进行水下信号发射和接收的方法，通过将通信信号调制在双曲调频的频率偏移系数上，并且在接收端利用双曲调频信号多普勒不变的特性对该频率偏移系数进行检测，进而获取通信信号。相比传统的HFM-SS系统，本发明的水声信号发射和接收方法大大增加符号集中的符号的个数，大幅提高通信速率，但又不显著降低原HFM-SS系统的扩频增益和抗干扰性能。
【IPC分类】H04L25/02, H04L27/26, H04L25/03
【公开号】CN105323198
【申请号】CN201410266051
【发明人】贾宁, 郭中源, 黄建纯, 马力
【申请人】中国科学院声学研究所
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2014年6月13日