[發明專利]一種基于時延多普勒域的時變稀疏水聲信道估計方法

有效

• 申請號: 201810586326.5
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108833312B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 伍飛云;楊坤德;田天
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04B17/391;H04B13/02
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種基于時延多普勒域的時變稀疏水聲信道估計方法，首先，針對時變水聲信道進行時延多普勒域建模，以期獲得稀疏的二維域表達方式，在時延多普勒域表達的基礎上。采用逐塊訓練模式，并結合施密特正交匹配追蹤算法迭代尋優得到時延多普勒域的稀疏水聲信道沖激響應函數，將所估計得到的時延多普勒域水聲信道信息，在接收端，構造基于信道信息的最小均方誤差均衡器對發送信號進行恢復。該項發明適用于時變水聲信道估計、水聲通信。本發明有益效果體現在：本發明基于施密特正交化選擇匹配原子，有效避免了冗余計算，使得本發明產生的時延多普勒水聲信道估計結果具有更高的精度。

技術領域

本發明屬于水聲通信和水聲信號處理等領域，涉及一種基于時延多普勒域的時變稀疏水聲信道估計方法，該估計方法將提高對時變水聲信道的估計性能。

背景技術

水聲信道估計和水聲通信等問題都可歸結為沖激響應函數的估計優化問題，基于訓練序列和接收到的信號用以對時變水聲信道稀疏表達估計。目前，對水聲信道的估計方法包括有限沖激響應框架和時延多普勒域的逐塊估計框架。有限沖激響應框架的算法細節具體參見《New sparse adaptive algorithms based on the natural gradient and theL0-norm》，該文2013年發表于《IEEE Journal of Oceanic Engineering》第38期，起始頁碼為323。時延多普勒域的逐塊估計框架詳見《Estimation of rapidly time-varyingsparse channels》該文2007年發表于《IEEE Journal of Oceanic Engineering》第32期，起始頁碼為927。

由于水聲信道的多徑擴展和時變特性，導致對水聲信道的沖激響應函數估計極為困難，因此，對于有限沖激響應框架下的算法效果欠佳。考慮到水聲信道的多徑擴展和時變特性可由水聲信道的時延多普勒域進行刻畫。本發明將建立在該模型基礎上，對時變水聲信道進行估計。然而待估計的參數繁多，矩陣計算量大，所幸的是，壓縮感知方法可以提供有效估計策略。然而，實際海上數據的水聲信道沖激響應函數不是嚴格的稀疏信號，因此，現行壓縮感知算法難以直接應用。本發明提出在匹配追蹤算法的基礎上，對選擇更新的原子進行施密特正交化處理，以避免原子在選擇過程中的冗余迭代。在獲得時延多普勒域的水聲信道估計后，建立二維域的最小均方誤差局衡器，從而恢復出發送信號信息。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種基于時延多普勒域的時變稀疏水聲信道估計方法，有效估計出時變多徑的水聲信道沖激響應函數。

技術方案

一種基于時延多普勒域的時變稀疏水聲信道估計方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、建立時延多普勒域模型：

1、設參數Δt,Δτ和Δf分別為觀測時間、時延、以及多普勒頻移的采樣間隔,離散化的觀測時間表示為t_n＝nΔt,n＝1,...,N,N為觀測時間最大采樣點數，離散化的時延表示為：

τ_m＝τ₀+(m-1)Δτ,m＝1,...,M (1)

其中參數τ₀是參考時延,M是最大的時延采樣維度,稱為水聲信道階數；

2、離散化時變信道響應為h[t_n,τ_m]，定義采樣的多普勒為：

f_l＝f₀+(l-1)Δf,l＝1,...,L (2)

其中f₀是最小的多普勒頻移值,L是最大的多普勒采樣維度，因此,二維的時延-多普勒維度大小表示為LM；