[發(fā)明專利]一種基于分步相關(guān)的水聲擴(kuò)頻信號檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010591562.3
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111884674B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王晉晉;齊濱;孫嘉誠;鄒男;邱龍皓;付進(jìn);張光普;王逸林;梁國龍;王燕;孫思博
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 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(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發(fā)明的一種基于分步相關(guān)的水聲擴(kuò)頻信號檢測方法，屬于水聲定位技術(shù)領(lǐng)域。方法包括以下步驟：將換能器接收到的水聲擴(kuò)頻信號進(jìn)行處理，將輸出的結(jié)果存儲到輸入信號數(shù)字隊列中；分別與兩路頻率與擴(kuò)頻信號載波頻率相同，相位差90°的余弦信號逐點相乘，進(jìn)行積分求和，得到兩路碼元值隊列；將兩路碼元值隊列分別以碼元寬度為間隔進(jìn)行抽樣，與碼元值逐點乘累加，乘累加結(jié)果進(jìn)行平方求和再開平方，存入輸出隊列中；對每個碼元的輸出隊列進(jìn)行門限檢測，從而進(jìn)行判斷是否檢測到水聲擴(kuò)頻信號。本發(fā)明所需的存儲空間、運算量顯著減少，且在同樣檢測門限下，與拷貝相關(guān)器檢測性能相同，均為線性最優(yōu)檢測器，實現(xiàn)低信噪比條件下水聲擴(kuò)頻信號的檢測功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于分步相關(guān)的水聲擴(kuò)頻信號檢測方法，屬于水聲定位技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在水聲定位領(lǐng)域中，需要測量待定位目標(biāo)與多個參考點之間的水聲信號傳播時間或時間差來實現(xiàn)定位功能。進(jìn)行傳播時間測量時首先需要從噪聲背景中檢測到目標(biāo)發(fā)出的水聲信號。在傳統(tǒng)定位系統(tǒng)中，目標(biāo)發(fā)射的水聲信號以單頻和線性調(diào)頻脈沖信號為主，多個目標(biāo)之間使用頻分方案進(jìn)行區(qū)分，頻帶利用率不高。由于水聲擴(kuò)頻信號可采用多個相互正交的偽隨機(jī)碼生成，這些擴(kuò)頻信號的自相關(guān)值較高，而互相關(guān)性較弱，具有良好的抗多址干擾特性。多個目標(biāo)可以同時占用一段頻帶發(fā)射信號而互不干擾，具有頻帶利用率高的優(yōu)點，已經(jīng)在水聲定位領(lǐng)域已開始逐步應(yīng)用。

檢測水聲擴(kuò)頻信號的經(jīng)典方法是使用拷貝相關(guān)器。這種方法將整個水聲擴(kuò)頻信號波形存儲為拷貝相關(guān)器的參考樣本，通過與接收信號實時滑動相關(guān)來進(jìn)行檢測。這種檢測方法利用了整個擴(kuò)頻信號的時間增益，是最優(yōu)線性檢測器。但擴(kuò)頻信號較長，擴(kuò)頻碼數(shù)量較多時，其耗費的存儲空間和運算量很大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是實現(xiàn)一種基于分步相關(guān)的水聲擴(kuò)頻信號的檢測方法，該方法針對PSK相位調(diào)制的水聲擴(kuò)頻信號，將傳統(tǒng)拷貝相關(guān)器檢測方法轉(zhuǎn)化為波形相關(guān)和碼元相關(guān)兩部分，進(jìn)行分步相關(guān)，實現(xiàn)對水聲擴(kuò)頻信號的檢測。以解決拷貝相關(guān)器在檢測擴(kuò)頻信號較長、擴(kuò)頻碼數(shù)量較多時，所需的存儲空間和運算量較大的問題。

一種基于分步相關(guān)的水聲擴(kuò)頻信號的檢測方法，所述方法包括以下步驟：

S100、將換能器接收到的水聲擴(kuò)頻信號進(jìn)行放大、濾波、采樣、量化，將輸出的結(jié)果存儲到輸入信號數(shù)字隊列中；

S200、將接收信號數(shù)字隊列分別與兩路頻率與擴(kuò)頻信號載波頻率相同，相位差90°的余弦信號逐點相乘，然后按擴(kuò)頻碼元寬度的長度進(jìn)行積分求和，得到兩路碼元值隊列，實現(xiàn)第一步相關(guān)，即波形相關(guān)功能；

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

S400、對每個碼元的輸出隊列進(jìn)行門限檢測，當(dāng)輸出數(shù)值大于或等于檢測門限時，認(rèn)為檢測到對應(yīng)當(dāng)前擴(kuò)頻碼的水聲擴(kuò)頻信號；當(dāng)輸出數(shù)值小于檢測門限時，認(rèn)為無對應(yīng)當(dāng)前擴(kuò)頻碼的水聲擴(kuò)頻信號，從而實現(xiàn)檢測功能。

進(jìn)一步的，在S100中，具體的，將換能器接收到的水聲擴(kuò)頻信號進(jìn)行放大、濾波、采樣、量化，其采樣頻率f_s，需大于或等于4倍的擴(kuò)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(shù)字隊列中。

進(jìn)一步的，在S200中，將y(k)與兩路頻率與擴(kuò)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(tǒng)(k)×cos(2πfk/f_s)