[發明專利]一種仿海豚哨聲連續相位多元頻率調制水聲通信方法

有效

• 申請號: 201811031860.6
• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN109347568B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 劉凇佐;喬鋼;馬天龍;王夢佳;劉萌;孫慧嵩
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H04B11/00
• 分類號: H04B11/00;H04B13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種仿海豚哨聲連續相位多元頻率調制水聲通信方法，其特征在于，包括以下步驟：

發送端：

(1)選擇碼元寬度T，以及每個碼元所調制的bit數n；

(2)基于步驟(1)確定的碼元寬度T和每個碼元所調制的bit數n，產生2ⁿ個頻率其中，第i個頻率f_i應滿足f_i＝i×m/T，m取值為整數；

(3)選取哨聲信號s_whistle(t)，提取其時頻譜輪廓曲線f_whistle(t)；

(4)根據步驟(3)選取的哨聲信號時長T_whistle和步驟(1)選擇的碼元寬度T，確定每段哨聲信號所能調制的最大碼元數L；

(5)將第i個碼元二進制信息與步驟(2)獲得的2ⁿ個頻率進行映射，再利用正弦函數獲得第i個碼元的調制信號波形其中，t∈[0,T]，f_i∈f，為每個碼元波形的初始相位和結束相位，的選取與頻率無關，不同頻率的信號取值相同；

(6)將L個步驟(5)獲得的碼元的調制信號波形，在時域上首尾相連，產生一段連續相位多元頻率調制信號s_MFSK(t)；

(7)將步驟(6)獲得的連續相位多元頻率調制信號s_MFSK(t)以一定的比例系數與步驟(3)獲得的海豚哨聲信號時頻譜輪廓曲線f_whistle(t)相加，得到合成哨聲的時頻譜輪廓曲線f_synthetic(t)；

(8)采用正弦信號模型，基于步驟(7)得到的合成哨聲時頻譜輪廓曲線f_synthetic(t)，產生合成哨聲信號s_synthetic(t)；

(9)重復步驟(5)-(8)，產生一組合成哨聲，也叫做仿哨聲數據信號；

(10)在仿哨聲數據信號前，添加一段步驟(3)選取的原始哨聲信號s_whistle(t)用作同步信號，原始哨聲信號與仿哨聲數據信號之間存在保護間隔，得到一幀仿哨聲通信信號；

(11)將步驟(10)獲得的仿哨聲通信信號通過功放與換能器送入水聲信道；

接收端：

(12)利用水聽器接收信號；

(13)基于步驟(3)的海豚哨聲信號s_whistle(t)，對步驟(12)的接收信號進行同步；

(14)提取出第i個碼元對應的接收信號波形s_ri(t)；

(15)根據步驟(2)產生的每個碼元所有可能的頻率和碼元寬度T，產生每個碼元所有可能的多元頻率調制信號其中，任一頻率f_l對應的信號s_l(t)為：

(16)設第i個碼元對應的部分哨聲信號時頻譜輪廓為f_whistlei(t)，基于步驟(15)所有可能的多元頻率調制信號，與步驟(7)、步驟(8)所述的步驟，產生第i個碼元所有可能的信號波形s_li(t)；

(17)分別計算步驟(14)提取到的第i個碼元對應的接收信號波形s_ri(t)，和步驟(16)產生的第i個碼元所有可能的信號波形s_li(t)的相關函數R_li(τ)；

(18)通過對比不同頻率f_l條件下步驟(17)獲得的相關函數R_li(τ)相關峰的大小，判斷出相關峰最大時所對應的載波頻率

(19)根據步驟(5)信息與頻率的映射規則，對步驟(18)獲得的載波頻率進行反映射，即可獲得解調信息；

(20)改變i值，重復步驟(14)-(19)，直至獲得全部解調信息。

2.根據權利要求1所述的一種仿海豚哨聲連續相位多元頻率調制水聲通信方法，其特征在于：所述步驟(1)選取時需要綜合考慮所需通信速率與通信的可靠性，以及選取的海豚哨聲信號的時長T_whistle，碼元寬度T應小于哨聲信號時長T_whistle。