[發明專利]一種基于分步相關的水聲擴頻信號檢測方法

有效

• 申請號: 202010591562.3
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111884674B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 王晉晉;齊濱;孫嘉誠;鄒男;邱龍皓;付進;張光普;王逸林;梁國龍;王燕;孫思博
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H04B1/707
• 分類號: H04B1/707;H04L27/22
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

1.一種基于分步相關的水聲擴頻信號檢測方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

S100、將換能器接收到的水聲擴頻信號進行放大、濾波、采樣和量化，將輸出的結果存儲到輸入信號數字隊列中；

S200、將接收信號數字隊列分別與兩路信號逐點相乘，所述兩路信號為頻率與擴頻信號載波頻率相同、相位差90°的正弦信號和余弦信號，然后按擴頻碼元寬度的長度進行積分求和，得到兩路碼元值隊列，實現第一步相關，即波形相關功能；

S300、將兩路碼元值隊列分別以碼元寬度為間隔進行抽樣，與本地存儲的碼元值進行逐點乘累加，兩路碼元的乘累加結果進行平方求和運算再開平方，得到對應這個碼元的當前時刻的相關包絡輸出值，存入輸出隊列中，實現第二步相關，即碼元相關功能；

S400、對每個碼元的輸出隊列進行門限檢測，當輸出數值大于或等于檢測門限時，認為檢測到對應當前擴頻碼的水聲擴頻信號；當輸出數值小于檢測門限時，認為無對應當前擴頻碼的水聲擴頻信號，從而實現檢測功能。

2.根據權利要求1所述的一種基于分步相關的水聲擴頻信號檢測方法，其特征在于，在S100中，具體的，將換能器接收到的水聲擴頻信號進行放大、濾波、采樣和量化，其采樣頻率f_s，采樣頻率f_s需大于或等于4倍的擴頻信號載波頻率f，即：

f_s≥4f

將k時刻的采樣信號y(k)存入輸入信號數字隊列中。

3.根據權利要求1所述的一種基于分步相關的水聲擴頻信號檢測方法，其特征在于，在S200中，具體的，將k時刻的采樣信號y(k)與兩路頻率與擴頻信號載波頻率相同，相位差90°的余弦信號cos(2πfk/f_s)和sin(2πfk/f_s)相乘，獲得乘積I(k)和Q(k)；

乘積I(k)：

I(k)＝y(k)×cos(2πfk/f_s)

余弦信號cos(2πfk/f_s)和sin(2πfk/f_s)通過保存一個周期正余弦表產生；

對乘積I(k)做長度為一個碼元寬度Ncs點的積分，即從k時刻開始,共求Ncs個點的和，即求從I(k)到I(k+Ncs-1)累加，和記為sumI(k)：

再計算第一個值：

之后，將上式進一步優化成：

sumI(k)＝sumI(k-1)+I(k+Ncs-1)-I(k-1)，

將sumI(k)存儲到第一路碼元值隊列中即得到第一路波形相關的結果；

第二路波形相關的處理方式與第一路相同，得到第二路碼元值隊列：

sumQ(k)＝sumQ(k-1)+Q(k+Ncs-1)-Q(k-1)。

4.根據權利要求1所述的一種基于分步相關的水聲擴頻信號檢測方法，其特征在于，在S300中，將兩路碼元值隊列與本地保存的多條待檢測的碼元個數為N的擴頻序列進行碼元相關，具體的，將S200中得到的兩路碼元值隊列sumI(k)和sumQ(k)，每隔一個碼元寬度Ncs點，抽取出對應的值，即從sumI(k)到sumI(k+(N-1)N_CS)，共N個值，與本地保存的第1個擴頻序列seq₁的N個碼元值一一對應，根據擴頻序列碼元值的正/負，依次加/減對應的sumI和sumQ，得到k時刻的第1個序列的第一路和第二路碼元相關輸出：

然后，對這兩路輸出求平方和后再開平方得到第k個時刻的對應第1個擴頻序列的碼元相關輸出r₁(k)，即：

對本地保存的其余擴頻序列seq₂，seq₃，…，分別進行同第一條序列的操作，得到N_um個擴頻序列的碼元相關輸出

5.根據權利要求1所述的一種基于分步相關的水聲擴頻信號檢測方法，其特征在于，在S400中，對每個擴頻序列的輸出隊列進行門限檢測，具體的，根據環境噪聲的量化值計算得到一個門限值d，將擴頻序列seq₁的碼元相關輸出r₁(k)與門限值d進行比較，當r₁(k)≥d時，認為接收信號中存在對應擴頻序列seq₁對應的水聲擴頻信號，否則接收信號中不包含對應擴頻序列的水聲擴頻信號，對其余擴頻序列seq₂，seq₃，…，分別進行上述檢測過程，即可判斷第k個時刻的接收信號中，是否包含水聲擴頻信號，并檢測出對應的擴頻序列，

隨著接收信號的不斷輸入，一直進行上述檢測過程，當k等于信號到達時刻，且發射的水聲擴頻信號與本地擴頻序列相同時，對應碼元相關的輸出獲得最大值：

其中：

此最大值對應時刻k進一步作為擴頻信號到達時刻的估計值，進一步用于傳播時間的測量。