水聲擴頻通信中的基於相關峰位置信息的時間同步方法
2023-07-14 22:55:51 4
水聲擴頻通信中的基於相關峰位置信息的時間同步方法
【專利摘要】本發明公開了一種水聲擴頻通信中的基於相關峰位置信息的時間同步方法，其包括以下步驟：步驟S1，接收端參數初始化；步驟S2，接收端採集信號；步驟S3，第二處理信號塊變量與本地同步參考信號進行相關運算；步驟S4，計算第二處理信號塊變量與本地同步參考信號相關運算結果的峰值位置；步驟S5，判斷pos_1、pos_2差值是否小於一定偏差容許範圍；步驟S6，取第一處理信號塊變量中的一段信號s1(k)；步驟S7，s1(k)與本地解調參考信號的反轉序列sfliplr(k)進行圓周卷積計算；步驟S8，判斷峰值位置離信號起始或結束位置一定偏差容許範圍。本發明不增加信號報頭，易於組網，對平臺計算能力要求不高，操作簡便，不易產生虛觸發或漏觸發。
【專利說明】水聲擴頻通信中的基於相關峰位置信息的時間同步方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種時間同步方法，特別是涉及一種水聲擴頻通信中的基於相關峰位置信息的時間同步方法。
【背景技術】
[0002]擴頻通信具有抗多徑、抗幹擾、易組網等特點，在淺海信道條件下得到了廣泛應用，同時由於擴頻通信具有擴頻增益，在低信噪比遠程水聲遙控中也得到了應用。時間同步是包括擴頻通信在內的通信系統接收端正確解碼的前提。同其他水聲通信系統一樣，擴頻通信的時間同步的現有方法是採用外同步法，即在碼元信號前置一個輔助的同步頭信號，例如線性調頻信號，雙曲調頻信號等。接收端將信號逐點移位通過匹配濾波器，當匹配濾波器輸出信號幅度超過設定的門限時，即認為時間同步完成。這種方法的缺點是:一，採用輔助同步頭，降低了傳輸速度，同時在組網場合，尋找大量正交的同步頭信號也有一定的困難；二，採用逐點移位，每個採樣周期都要進行一次匹配濾波運算，這對平臺的計算能力提出了較高的要求以滿足實時性；三，採用幅度門限判決，需要提前發送一段訓練的同步頭信號來獲取門限，當改變海區、收發位置和距離或其他條件時，需要重新獲取門限，帶來了操作的複雜性，同時由於幹擾信號的存在、水聲信道的時變性，容易產生時間同步的虛觸發或漏觸發。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是提供一種水聲擴頻通信中的基於相關峰位置信息的時間同步方法，其不增加信號報頭，易於組網，對平臺計算能力要求不高，操作簡便，不易產生虛觸發或漏觸發。
[0004]本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的:一種水聲擴頻通信中的基於相關峰位置信息的時間同步方法，其特徵在於，其包括以下步驟:
[0005]步驟SI，接收端參數初始化，令第一處理信號塊變量rp_essjmv(k)和第二處理信號塊變量1^。。_(10為全O序列，採樣點數為2倍碼元時間採樣點數，第一位置變量pos_l初始值為0，第二位置變量pos_2初始值為O ;
[0006]步驟S2，接收端採集一個碼元時間寬度的信號，更新第一處理信號塊變量rpM_sprev(k)和第二處理信號塊變量1^。。_(10 ；
[0007]步驟S3，第二處理信號塊變量rpMC_(k)與本地同步參考信號sMf (k)進行相關運算，可通SrpMC_(k)與本地同步參考信號的反轉序列sMf—fliplJk)的圓周卷積運算得到；
[0008]步驟S4，計算圓周卷積運算結果y(k)的峰值位置；將第二位置變量pos_2的值賦予第一位置變量pos_l ,將y (k)的峰值位置值賦予pos_2 ；
[0009]步驟S5，判斷pos_l和pos_2的差值是否小於一定偏差容許範圍，即判斷是否滿足以下條件:
[0010]條件一:I pos_l_pos_2 I〈Len/50 ；[0011 ]條件二: I I pos_l_pos_2 I _Len〈Len/50 ；
[0012]條件三:pos_l〈Len；
[0013]如果條件一或者條件二成立，並且條件三成立，則轉到步驟S6，進行進一步判決；否則轉到步驟S2 ；
[0014]步驟S6,取rpMeess_prev(k)中以pos_l為起點、長度為Len的一段信號,記為第一碼兀信號sjk);取rprocess(k)中以pos_2為起點、長度為Len的一段信號,記為第二碼兀信號s2(k)；
[0015]步驟S7，第一碼元信號S1 (k)與本地解調參考信號的反轉序列SfliplJk)進行圓周卷積計算，計算第三位置變量pos_maX_l ;第二碼元信號S2 (k)與SfliplJk)進行圓周卷積計算，計算第四位置變量pos_max_2 ；
[0016]步驟S8,判斷pos_max_l、pos_max_2離信號起始或結束位置一定偏差容許範圍。
[0017]優選地，所述步驟S2塊處理採用桌球緩衝機制。
[0018]優選地，所述步驟S3中的相關運算採用任何形式的快速運算算法。
[0019]優選地，所述步驟S5包括以下三個判斷條件:
[0020]條件一:I pos_l-pos_2 I〈Len/50 ；
[0021]條件二: I I pos_l_pos_2 I _Len〈Len/50 ；
[0022]條件三:pos_l〈Len；
[0023]優選地，所述步驟S8包括以下四個判斷條件:
[0024]條件四:pos_max_l〈Len/50 ；
[0025]條件五:ILen-Len/50 | <pos_max_l ；
[0026]條件六:Ipos_max_2 |〈Len/50 ；
[0027]條件七:ILen-Len/50 | <pos_max_2。
[0028]優選地，所述步驟S5中的偏差容許範圍和步驟S8中的偏差容許範圍進行改變。
[0029]優選地，所述處理信號塊由前一個採集信號片斷和當前採集信號片聯結而成，每個採集信號片斷的長度等於碼元時間長度。
[0030]本發明的積極進步效果在於:(1)通過採用基於峰值位置信息的判決方法，解決了現有同步方法採用幅度門限判決，需要提前發送一段訓練的同步頭信號來獲取門限，當改變海區、收發位置和距離或其他條件時，需要重新獲取門限，操作複雜性的問題，通過多個判決條件的限制，大大降低了同步虛觸發的概率，由於對峰值位置的判決具有一定範圍的允許偏差，降低了由於幹擾信號的存在、水聲信道的時變性，產生的同步漏觸發。(2)通過採用自同步頭，解決了現有同步方法採用輔助同步頭，傳輸速度降低，同時在組網場合，尋找大量正交的同步頭信號具有一定的困難的問題。(3)通過採用塊處理，解決了現有同步方法採用逐點移位，每個採樣周期都要進行一次匹配濾波運算，對平臺的計算能力具有較高要求的問題；由於採用塊處理，可以採用桌球(Ping-pong)緩衝機制，採樣數據可以採用DMA (Direct Memory Access,直接內存存取)傳輸,進一步降低了處理器負荷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為本發明水聲擴頻通信中的基於相關峰位置信息的時間同步方法的流程圖。
[0032]圖2為本發明各個處理信號塊的信號形式和其相關結果的相關峰位置示意圖。[0033]圖3為本發明處理信號塊中截取的信號的相關峰位置示意圖。
[0034]圖4為本發明一個具體實施例的時域波形。
[0035]圖5(a)為本發明具體實施例第4個處理塊的時域信號及其相關結果的示意圖(採樣點)。
[0036]圖5(b)為本發明具體實施例第4個處理塊的時域信號及其相關結果的示意圖(延遲採樣點)。
[0037]圖6(a)為本發明具體實施例第5個處理塊的時域信號及其相關結果的示意圖(採樣點)。
[0038]圖6(b)為本發明具體實施例第5個處理塊的時域信號及其相關結果的示意圖(延遲採樣點)。
[0039]圖7 (a)為本發明從第4個處理信號塊中截取的信號的時域波形(採樣點)和相關結果的示意圖(採樣點)。
[0040]圖7 (b)為本發明從第4個處理信號塊中截取的信號的時域波形和相關結果的示意圖(延遲採樣點)。
[0041]圖8 (a)為本發明從第5個處理信號塊中截取的信號的時域波形和相關結果的示意圖(採樣點)。
[0042]圖8 (b)為本發明從第5個處理信號塊中截取的信號的時域波形和相關結果的示意圖(延遲採樣點)。
【具體實施方式】
[0043]下面結合附圖給出本發明較佳實施例，以詳細說明本發明的技術方案。
[0044]假設擴頻通信中碼元周期Tb等於擴頻碼周期，本地解調參考信號為正相調製的碼元信號s (t)，0〈t≤Tb，S⑴的反轉序列為Sfliplr (t)。接收端採樣率為Fs，則S⑴和Sfliplr (t)的採樣點數為FsXTb (記該採樣點數為Len)。sMf(k)為本地同步參考信號的採樣信號，通過本地解調參考信號s(t)的採樣信號s(kFs)補零得到，即公式(I):
【權利要求】
1.一種水聲擴頻通信中的基於相關峰位置信息的時間同步方法，其特徵在於，其包括以下步驟: 步驟SI，接收端參數初始化，令第一處理信號塊變量p_(k)和第二處理信號塊變量rpMC_ (k)為全O序列，採樣點數為2倍碼元時間採樣點數，第一位置變量pos_l初始值為O，第二位置變量pos_2初始值為O ; 步驟S2，接收端採集一個碼元時間寬度的信號，更新第一處理信號塊變量rpMC_prev(k)和第二處理信號塊變量1^。。_(10 ； 步驟S3，第二處理信號塊變量rpM_s(k)與本地同步參考信號sMf (k)進行相關運算，可通過rp_ss(k)與本地同步參考信號的反轉序列sMf—fl_(k)的圓周卷積運算得到； 步驟S4，計算圓周卷積運算結果y(k)的峰值位置；將第二位置變量pos_2的值賦予第一位置變量pos_l ,將Y (k)的峰值位置值賦予pos_2 ； 步驟S5，判斷pos_l和pos_2的差值是否小於一定偏差容許範圍，即判斷是否滿足以下條件:
條件一:I pos_l-pos_2 I〈Len/50 ；
條件二: I I pos_l-pos_2 1-Len |〈Len/50 ； 條件三:pos_l〈Len ； 如果條件一或者條件二成立，並且條件三成立，則轉到步驟S6，進行進一步判決；否則轉到步驟S2 ；` 步驟S6,取rpMeess_prev(k)中以pos_l為起點、長度為Len的一段信號，記為第一碼元信號sjk) ;IX rproceSS(k)中以pos_2為起點、長度為Len的一段信號，記為第二碼兀信號s2(k)； 步驟S7，第一碼元信號Sl(k)與本地解調參考信號的反轉序列SfliplJk)進行圓周卷積計算，計算第三位置變量pos_maX_l ;第二碼元信號S2 (k)與SfliplJk)進行圓周卷積計算，計算第四位置變量pos_max_2 ； 步驟S8,判斷pos_max_l、pos_max_2離信號起始或結束位置一定偏差容許範圍。
2.如權利要求1所述的水聲擴頻通信中的基於相關峰位置信息的時間同步方法，其特徵在於，所述步驟S2塊處理採用桌球緩衝機制。
3.如權利要求1所述的水聲擴頻通信中的基於相關峰位置信息的時間同步方法，其特徵在於，所述步驟S3中的相關運算採用任何形式的快速運算算法。
4.如權利要求1所述的水聲擴頻通信中的基於相關峰位置信息的時間同步方法，其特徵在於，所述步驟S5包括以下三個判斷條件:
條件一:I pos_l-pos_2 I〈Len/50 ；
條件二: I pos_l_pos_2 I _Len〈Len/50 ； 條件三:pos_l〈Len。
5.如權利要求1所述的水聲擴頻通信中的基於相關峰位置信息的時間同步方法，其特徵在於，所述步驟S8包括以下四個判斷條件: 條件四:pos_max_l〈Len/50 ；
條件五:I Len-Len/50 | <pos_max_l ；
條件六:I pos_max_2 |〈Len/50 ；條件七:I Len-Len/50 | <pos_ _max_2 ο
6.如權利要求1所述的水聲擴頻通信中的基於相關峰位置信息的時間同步方法，其特徵在於，所述步驟S5中的偏差容許範圍和步驟S8中的偏差容許範圍進行改變。
7.如權利要求1所述的水聲擴頻通信中的基於相關峰位置信息的時間同步方法，其特徵在於，所述處理信號塊由前一個採集信號塊和當前採集信號塊聯結而成，每個採集信號塊的長度等於碼元時間長度。
【文檔編號】H04B1/7073GK103701489SQ201310671506
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月10日 優先權日:2013年12月10日
【發明者】張剛強, 宋軍, 劉平香 申請人:中國船舶重工集團公司第七二六研究所