[發(fā)明專利]一種基于多載波信號的低運算量水聲喚醒方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110368158.4
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113098821B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 瞿逢重;林哲;胡超;魏艷;吳葉舟;林建民;陳鷹;陸雪松;方齊晟
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04B10/11;H04B13/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 賈玉霞

本發(fā)明公開一種基于多載波信號的低運算量水聲喚醒方法，該方法首先為通信節(jié)點構(gòu)造了對應(yīng)的多載波信號，在接收端對一個窗內(nèi)的信號進(jìn)行絕對值求和進(jìn)行信號到達(dá)檢測，然后使用實數(shù)快速傅里葉變換對信號進(jìn)行頻點的多次檢測，實現(xiàn)喚醒的檢測。本方法適用于兩個水聲節(jié)點最大通信距離內(nèi)的任意距離精確喚醒，運算量小，適用于低功耗的單片機(jī)。通信機(jī)可在水下長時間處于低功耗的休眠狀態(tài)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水聲通信機(jī)的通信領(lǐng)域，具體涉及基于多載波的低運算量水聲喚醒方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著世界各國海洋開發(fā)步伐的加快，世界各國開始對水下聲通信網(wǎng)進(jìn)行研究，大大促進(jìn)了水聲通信系統(tǒng)的發(fā)展，水聲通信已經(jīng)成為目前研究的一個熱點內(nèi)容。水聲通信調(diào)制解調(diào)器是大多數(shù)水聲通信系統(tǒng)的主要應(yīng)用形式，一般應(yīng)用于海洋監(jiān)測、水下各類平臺設(shè)備的遙控、遙測等，要求具有較高的通信穩(wěn)健性。

當(dāng)水聲通信機(jī)使用電池在水下進(jìn)行信息傳輸時，會因為工作時的功耗太大導(dǎo)致電池耗電量大，使得水聲通信機(jī)需要頻繁地更換電池才能保持長時間的通信。因此水聲通信機(jī)必須存在一種低功耗模式使得水聲通信在不進(jìn)行通信時保持一個很低的功耗，而啟動它只需要一個特定的波形即可喚醒。

因此需要選取一個特定的波形作為喚醒的波形，同時在進(jìn)行喚醒檢測時不會因為海洋中其他相同頻帶的其他信號，或者海洋噪聲而進(jìn)行錯誤的喚醒，導(dǎo)致通信機(jī)狀態(tài)的切換使得功耗增加。

發(fā)明內(nèi)容

為了使得單片機(jī)在喚醒檢測時處于一個低運算，低功耗狀態(tài)，在保證低復(fù)雜度的同時保證了高喚醒率以及低誤喚醒率，且水聲通信機(jī)在最大通信距離內(nèi)的任意距離能夠被有效喚醒，本發(fā)明提出一種基于多載波信號的低運算量水聲喚醒方法，具體技術(shù)方案如下：

一種基于多載波信號的低運算量水聲喚醒方法，該方法包括如下步驟：

S1：發(fā)射端生成一個多載波信號；

S101：確定多載波信號的頻帶B以及接收端檢測多載波信號需設(shè)置的參數(shù)，該參數(shù)包括接收端喚醒單片機(jī)的采樣率Fs、接收到檢測多載波信號時的數(shù)據(jù)緩存大小N、N個元素被分成的組數(shù)為K、時域閾值W₁、當(dāng)前組選定頻點幅值大于頻域閾值的個數(shù)的閾值NA、喚醒閾值NK；K為自然數(shù)；

S102：根據(jù)已確定的參數(shù)，計算可選擇的頻點，選擇合適的多個頻點f₁、f₂、...、f_M作為多載波所攜帶頻率；

S103：確定多載波信號的持續(xù)時間T；

S104：分別對每個頻點的相位進(jìn)行不同程度的偏移，使得在合成為多載波信號時整個信號的峰均比達(dá)到最小；將生成的多載波信號存于發(fā)射端，于喚醒接收端時發(fā)射該信號；

S2：在接收端檢測所述多載波信號；

S201：將所述多載波信號通過換能器后，再經(jīng)過放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；

S202：設(shè)置S101中的接收端檢測多載波信號需設(shè)置的參數(shù)；

S203：將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)實時存于一個窗長為N的緩存中；

S204：設(shè)置定時器以一定的時間間隔對信號進(jìn)行檢測，檢測時將緩存數(shù)據(jù)重新存于相同長度的新緩存S中；

S205：將S中的元素取絕對值，并進(jìn)行相加得到S₁；

S206：判定S₁與時域閾值W₁的大小，如果S₁大于W₁，則說明信號已經(jīng)到達(dá)，并進(jìn)入下一步的頻點檢測，否則返回到S204，等待定時器觸發(fā)；

S207：將N個元素分為K組，每組元素為N/K個；