专利名称：一种多基地声纳空时信道复用方法
技术领域：
本发明涉及声纳信号处理领域，具体涉及一种多基地声纳空时信道复用方法。
背景技术：
多基地声纳是收发装置空间上分开的声纳系统，单个或多个声源发射声波，单个或多个接收端接收目标的散射回波，通过测量目标回波的反射方向、时延来测向和测距，再通过收发设备间的位置关系和声纳定位方程来解算目标位置。根据收发装置数目，多基地声纳可以分为一发多收、多发一收、多发多收几种类型。多基地声纳兼具主、被动声纳的工作特点，具有隐蔽性好、抗干扰能力强、组合配置灵活、易于优化设计、反潜效率高等优点。空时码是一种适用于多天线系统的编码方案，它实质上是一种空时二维处理手段。多天线系统可以将同一原始信号由不同发射天线、在不同时刻多次发送，因而创造了空间分集和时间分集。空时码综合了空间分集和时间分集的优点，同时提供分集增益和编码增益。根据是否需要信道的先验知识，空时码可以分为两类，前者包括分层空时码、网格空时码等，后者包括酉空时码和差分空时码等。目前多基地声纳定位研究主要集中在基于测向、测距结果已知的定位优化算法上，如线性最小二乘定位法、神经网络方法等，而对含有多部发射端的多基地声纳工作时可能会出现的信道互扰、信道共享等基础问题仅有少数文章进行了研究讨论。欧洲专利((Method for the multistatic detection and locating of a mobile craft throughthe use of digital broadcasting transmitters))一文中，提出多基地各发射端采用不同的载频的信号，以便在接收端进行区别，然而对于多基地声纳系统，频带资源受限，使得该方法仅能应用在发射端数目较少的情况下，同时该专利也涉及到如何分辨来自不同发射时刻的探测信号。多发型多基地声纳在应用中，接收端在某一时刻的接收信号构成十分复杂，包括在空间上来自不同发射端、在时间上来自不同发射时刻的直达波和目标回波，如果无法解出接收信号的空时信息，则无法实现对目标的测距、测向，定位优化算法更无从谈起。因此多基地在实际应用中，应优先实现信道的高效复用。
发明内容
本发明的目的是提供一种避免多基地声纳的信道互扰，实现多基地信道共享的多基地声纳空时信道复用方法。本发明的目的是这样实现的:本发明包括如下步骤:(I)在发射端用相互正交的伪随机信号调制满秩的空时码矩阵，获取伪随机调制的空时码信号；(2)为多基地系统的发射端分配独立且相互正交的空时码组，作为发射端的发射信号码本；(3)对每一次发射信号的发射地址和发射 时间进行编码，并将地址码和时间码的形式作为探测信号的信号结构，探测信号经由含多阵元的发射端发射；(4)在接收端将能量归一化，用发射端地址码对接收信号做拷贝相关检测，分辨接收信号中是否含有该发射端的探测信号；(5)检测到基地的探测信号后，提取时间码，并用该基地的空时信号码本做最大似然解码；(6)根据检测和解码结果，获得探测信号的发射地址和时间信息，即空时信息。空时码采用相互正交的伪随机序列作为空时码的星座集信号仍，外，…肩.，灼=(5ι，Ζη，...,^}，其中供为空时码的星座集，Y为炉中的元素。星座集元素数目I彡4,星座集中任意元素应满足Ymi关Ynj, m关n ;i, j = 1，2，…I, y幸Y*或Y关-Y。空时码采用伪随机序列调制。空时码通过数量更多的伪随机序列或者长度更长的伪随机序列进行调制降低空时码间的互相关性。选取发射端空时码组中与其他发射端空时码总相关系数最小的空时码作为所述的地址码。本发明的有益效果在于:本发明，通过对空时码采用伪随机序列调制，降低了空时码各码元间的互相关性，通过给各多基地发射端分配相互正交的空时码组，使得多基地声纳信道共享成为可能。通过对多基地声纳探测信号进行地址、时间编码，实现了多基地接收端分辨来自不同发射端、不同发射时刻的探测信号。通过对任意接收信号的空时信息的准确估计、实现了多基地声纳的空时信道的高效复用，提高了多基地声纳系统的时间、频带利用率。
图1为多基地声纳系统不意图；图2为MIMO系统不意图；图3为信号发射流程图；图4为接收信号处理流程图；图5为探测信号示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做具体描述。本发明提供的一种多基地声纳空时信道复用方法，包括发射端信号设计和接收端信号处理两部分:发射端:步骤1、用相互正交的伪随机信号调制满秩的空时码矩阵，得到基于伪随机调制的空时码信号。步骤2、为多基地系统各发射端分配独立的且相互正交的空时码组，作为各发射端的发射信号码本。步骤3、在发射端对每一次发射的发射地址和发射时间进行编码，并将地址码+时间码的形式作为探测信号的信号结构，探测信号经由含多阵元的发射端发射。
接收端:步骤4、能量归一化后，用各发射端地址码对接收信号做拷贝相关检测，分辨接收信号中是否含有该发射端的探测信号。步骤5、检测到某基地的探测信号后，提取其中的时间码，并用该基地的空时信号码本做最大似然(ML)解码。步骤6、根据检测和解码结果，得到探测信号的发射地址和时间信息，即空时信息。其中，步骤1中，为保证下面各发射端空时码组间具有更好的正交性，空时码各星座集的,奶,...廣爲丨应满足以下要求，I)星座集元素数目1≥4，2)各星座集保证互不相等且不含有彼此元素，S卩Y mi关Ynj, m关n ;i, j = 1，2，…1,3)星座集中任意元素应满足，Y幸Y*或Y关-Y。其中，步骤I中，为保证空时码码元间具有正交性，采用相互正交的伪随机序列作为空时码的星座集信号。其中，步骤I中，如果各发射端需要正交性更好、码元数更多的的空时码组，可以通过选取更大的星座集或增加伪随机序列长度来实现。其中，步骤I中，根据步骤I中所构造的空时码矩阵维数，与选用星座集的元素数目，可确定所需的伪随机序列数目kXl，将伪随机序列划分为k个子集作为空时码的星座
集信号。其中，步骤I中，伪随机序列可以由扩频信号的方式产生，并根据多基地声纳使用带宽生成所需的伪随机信号。其中，步骤2中，各空时码间的互相关性即其在接收端对应的接收信号间的互相关性。其中，步骤2中，主要是考查空时码间的互相关性，因此，在计算其接收信号时，不考虑各个子信道的不一致性，可以认为各子信道不对信号产生幅度衰落，同时忽略接收端本地噪声的影响和发射端、接收端功率影响。其中，步骤2中，假设发射端有M个阵元，接收端有N个阵元，从第i个发射阵元到第j个接收阵元的信道增益系数hij = 1，I彡i彡M，I彡j彡N，在时间T内是不变的。记
H — (hij) ixn°其中，步骤2中，假设第i个发射阵元在第t时刻发送的信号为xti, (t = 1，2，…，T; i = I, 2，...，M),并记 X = (xti)TXM，则接收信号可以表示为
权利要求
1.一种多基地声纳空时信道复用方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)在发射端用相互正交的伪随机信号调制满秩的空时码矩阵，获取伪随机调制的空时码信号； (2)为多基地系统的发射端分配独立且相互正交的空时码组，作为发射端的发射信号码本； (3)对每一次发射信号的发射地址和发射时间进行编码，并将地址码和时间码的形式作为探测信号的信号结构，探测信号经由含多阵元的发射端发射； (4)在接收端将能量归一化，用发射端地址码对接收信号做拷贝相关检测，分辨接收信号中是否含有该发射端的探测信号； (5)检测到基地的探测信号后，提取时间码，并用该基地的空时信号码本做最大似然解码； (6)根据检测和解码结果，获得探测信号的发射地址和时间信息，即空时信息。
2.根据权利要求1所述的一种多基地声纳空时信道复用方法，其特征在于:所述的空时码采用相互正交的伪随机序列作为空时码的星座集信号φχ，<PWPk，ft其中炉为空时码的星座集，Y为炉中的元素。星座集元素数目1≥4,星座集中任意元素应满足Ymi关Y nJ, m ^ n ；i, j = 1，2，…I, γ Φ Y*或
3.根据权利要求 1或2所述的一种多基地声纳空时信道复用方法，其特征在于:所述的空时码采用伪随机序列调制。
4.根据权利要求3所述的一种多基地声纳空时信道复用方法，其特征在于:所述的空时码通过数量更多的伪随机序列或者长度更长的伪随机序列进行调制降低空时码间的互相关性。·
5.根据权利要求4所述的一种多基地声纳空时信道复用方法，其特征在于:选取发射端空时码组中与其他发射端空时码总相关系数最小的空时码作为所述的地址码。
全文摘要
本发明涉及声纳信号处理领域，具体涉及一种多基地声纳空时信道复用方法。本发明包括如下步骤获取伪随机调制的空时码信号；为多基地系统的发射端分配独立且相互正交的空时码组；对每一次发射信号的发射地址和发射时间进行编码；对接收信号做拷贝相关检测，分辨接收信号中是否含有该发射端的探测信号；提取时间码，并用该基地的空时信号码本做最大似然解码；获得探测信号的发射地址和时间信息，即空时信息。本发明降低了空时码各码元间的互相关性，通过对任意接收信号的空时信息的准确估计、实现了多基地声纳的空时信道的高效复用，提高了多基地声纳系统的时间、频带利用率。
文档编号H04J11/00GK103152139SQ20131006787
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月4日 优先权日2013年3月4日
发明者生雪莉, 芦嘉, 董伟佳, 郭龙祥, 殷敬伟 申请人:哈尔滨工程大学