[发明专利]一种调频水声通信系统的自动实时帧同步方法

权利要求书

1.一种调频水声通信系统的自动实时帧同步方法，其特征在于包括以下步骤：

1）对换能器端接收到的水声信号做实时数字处理，设其采样率为f_s，以步长L做滑动FFT处理；

2）对每次频谱图中f₁频点处值F(f₁)做趋势判断，若该值随着滑动处理经过数次连续增加后出现减小的趋势，则判为粗同步信号到达，此时记录最后一次增加时的值F_max（f₁）和滑动次数k，计算转入步骤3），否则返回步骤1）；

3）根据F_max（f₁）计算信号衰减系数a(t)、自动调整细同步门限b并估算同步信号中的细同步信号的起点c；

4）从起点c处截取信号r(n)与本地存储的细同步信号s(n)作互相关处理，得到相关函数C(n)；

5）比较C(n)的最大值与门限b，若小于门限b，则计算转入步骤6），若大于门限b，则计算转入步骤8）；

6）若相关运算次数超过3次，则转入步骤1），若小于3次，则转入步骤7）；

7）丢弃信号r(n)的前m点，并将新采集的m点信号补充到r(n)后面，计算相关函数C(n)，转入步骤5）；

8）查找相关峰位置d，以此作为同步信号到达的准确时间起点。

2.如权利要求1所述一种调频水声通信系统的自动实时帧同步方法，其特征在于在步骤3）中，所述同步信号由粗同步信号和细同步信号组成；所述根据F_max（f₁）计算信号衰减系数a(t)、自动调整细同步门限b并估算同步信号中的细同步信号的起点c的具体方法为：

所述粗同步信号为频率为f₁的单频信号f_c(t)，细同步信号为线性调频信号s(t)，同步信号可表达为：

f(t)=fc(t)=a1sin(2πf1t)t∈[0,T]0t∈[T,2T]s(t)=a1sin(2πf1t+πMt2)t∈[2T,3T]]]>

采用采样率f_s对同步信号进行抽样，粗同步信号表示为f_c(n)，细同步信号表示为s(n)，则同步信号可得到如下数字表示：

f(n)=fc(t)=a1sin(2πf1nfs)n∈[0,N]0n∈[N,2N]s(n)=a1sin(2πf1nfs+πMn2fs2)n∈[2N,3N]]]>

其中a₁是信号幅值，f_l为LFM信号的低端频率，M为频率变化率，T为单一信号持续时间，N为抽样后单一信号的总点数；T与N有如下关系：

T=Nfs]]>

对f_c(n)做FFT运算可得f₁频点处值F_c(f₁)，对s(n)作自相关运算可得相关峰值R_u；根据傅里叶变换的线性性质，可以计算得到信号衰减系数a(t)为：

a(t)=Fmax(f1)Fc(f1)]]>

根据相关运算的线性性质，则可以估算得到互相关运算门限b为：

b＝a(t)*R_u

同时，估计细同步信号的起点c为：

c＝k*L+f_s*2T。

3.如权利要求1所述一种调频水声通信系统的自动实时帧同步方法，其特征在于在步骤6）中，所述相关运算次数是根据参数m来调整，若m较小，则次数可相应增加。