[發明專利]一種水聲通信喚醒信號低功耗實時分段檢測方法

有效

• 申請號: 202011481259.4
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112583495B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 劉凇佐;劉亞男;喬鋼;顏宏璐;青昕
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H04B13/02
• 分類號: H04B13/02;H04B17/309;H04W52/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種水聲通信喚醒信號低功耗實時分段檢測方法，步驟1：喚醒信號設計與發送；步驟2：并行n通道自適應Notch濾波器設計；步驟3：分段接收信號并輸出各通道包絡比重值；步驟4：更新檢測矩陣；步驟5：基于特定檢測矩陣的頻點能量判決；步驟6：喚醒上電。本發明發射端喚醒信號易于系統實現，使用與喚醒信號頻率對應的自適應Notch濾波器實時分段處理，減少單次計算復雜度，提高運行速度；接收端根據喚醒信號特征設計特定的檢測矩陣，將濾波器各通道輸出的包絡比重值作為矩陣元素，將對單個頻率信號的能量判決轉化成喚醒信號整體存在概率的問題，降低了對單個頻率信號的檢測標準，提高了抗干擾和抗水聲信道頻率選擇性衰落的能力，提高檢測概率。

技術領域

本發明涉及一種水聲通信喚醒信號低功耗實時分段檢測方法，屬于水下聲通信領域。

背景技術

水聲通信設備一般需要長期工作于水下環境，依靠自帶電池供電，能量有限。因此，通常在系統中設計值班電路，該電路功耗較低，通過水聲通信喚醒信號觸發上電，使通信機處于正常高功耗工作狀態。

現有的水聲通信喚醒信號檢測方法主要有以下幾種：中國專利CN108449147B公開了一種基于線性調頻信號的水聲通信喚醒方法，該方法在發射端選擇5個線性調頻信號作為喚醒信號，接收端信號與本地參考信號進行相關運算并記錄相關峰的到達時刻和檢測狀態，最后判決是否有喚醒信號到達，這種基于線性調頻信號的匹配濾波檢測法性能好，但計算復雜，對值班電路的處理能力要求高、功耗相對較大。中國專利CN105472719A公開了一種穩健的水下通信節點喚醒信號檢測方法，該方法發射端使用雙頻或多頻作為喚醒信號，接收端對接收信號執行單位圓上的CZT變換、搜索CZT變換細化譜的極值，通過估計各分量相對頻率間隔和相對幅度是否保持不變來判決是否有喚醒信號到達，這種頻率檢測方法同樣計算復雜，且在水聲信道頻率選擇性衰落的條件下可能導致漏報。中國專利CN102201872A公開了一種水聲通信低功耗喚醒設備，發射端選擇單頻信號作為喚醒信號，接收端對接收信號進行單頻點定點DFT處理，通過判斷其頻率是否與已知喚醒信號頻率對應來判決是否有喚醒信號到達，該方法雖然設計簡單，但可靠性差，在惡劣水聲信道條件下容易發生漏報和虛警。

發明內容

針對上述現有技術，本發明要解決的技術問題是提供一種水聲通信喚醒信號低功耗實時分段檢測方法，采用該喚醒方法，可以實現低復雜度運算，減小內存需求，同時也能適應水聲信道的頻率選擇性衰落和低信噪比的情況，提高可靠性，克服水聲通信系統中值班單元低功耗處理器內存少、運算能力有限的問題。

為解決上述技術問題，本發明的一種水聲通信喚醒信號低功耗實時分段檢測方法，包括以下步驟：

步驟1：信號發射端在通信頻帶內產生n個頻率不同、脈寬固定為T的單頻CW信號，n≥3，將這n個信號按設定的排列順序串聯組成喚醒信號并發送，其中第i個單頻信號的頻率為f_i。

步驟2：信號接收端設計一組并行n通道自適應Notch濾波器，其各通道中心頻率與待接收喚醒信號的頻點一一對應，設置濾波器自適應學習步長μ，在每一個濾波通道中，根據其中心頻率計算兩路正交參考信號并存入表格。

步驟3：信號接收端值班單元低功耗值守，實時接收并對信號分段檢測，處理的每段信號幀長為t，t＝T/m，正整數m為分幀系數，設置m值；接收端將每幀信號依次輸入并行n通道自適應Notch濾波器，其中第i個通道的中心頻率為f_i，每幀長度為t的信號經過第i個通道后輸出的包絡均值記為e_i，e_i在當前所有通道輸出的包絡均值之和中所占的比重記為s_i，即s_i＝e_i/∑e_i,i＝1,2,...,n；

步驟4：建立檢測矩陣M，行數為n、列數為n×m，步驟3中第一次計算的比重值s_i存入矩陣M的第i行、第1列；之后每一次的計算結果依次存入矩陣M的下一列中，直至完成n×m次計算，矩陣M被填滿，執行步驟5；