[发明专利]一种扩频水声通信的快速精确同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及水声通信技术领域，具体涉及一种扩频水声通信的同步方法。

背景技术

扩频技术具有扩频增益，有着良好的抗噪声和抗多路径干扰能力，能够在复杂多径和低/负信噪比条件下通信，被广泛应用于水声通信领域。近年来，扩频水声通信采用M元扩频技术、脉冲移位调制PPM等技术，进一步提高了通信速率。通信的同步是正确解码的前提条件，它包括帧同步、时间同步和频率同步等关键环节。帧同步目的是为了找到信号帧的起始位置和初始的频偏，由于存在多普勒效应和收发端时钟偏差，随时间累积导致帧体内符号的起始位置和频率失配，需要进一步对符号时间同步和频率同步。

水声通信常利用一个线性调频脉冲信号LFM或伪随机PN序列信号（如m序列）作为帧头，采用滑动相关法捕获帧头。扩频水声通信为提高抗截获能力，帧头多选择PN序列信号，PN序列相关处理对频偏敏感，需要与本地不同频偏的PN序列版本进行多通道的滑动相关处理，通过寻找最大相关峰对应的时间位置和通道序号完成帧同步。滑动相关法实现较简单，但运算量大，存储量大，硬件实现复杂度很高。由于声波传播速率比无线电波传播速率要低5个数量级，水声信道的多普勒远大于无线电信道，多普勒效应引起频率同步失配的同时还使信号在时间上有较大压缩和扩展。另外，声吸收随着频率增加而增加，水声通信的频率常局限在几百kHz以内，远不及无线电通信频率。无线电通信中心频率远大于通信带宽，可等效为窄带通信，多普勒时间压缩和扩展效应相对很小可以忽略。而扩频水声通信的时间压缩和扩展累积超过1/2码片时间，PPM解调发生错误并且当PN序列较长时，与本地参考的PN序列严重失配，相关解扩的增益减少，抗噪声和抗多路径干扰能力降低。因此，扩频水声通信对时间同步和频率同步精确度要求高，同步处理比无线通信难度大，无线通信的同步技术并不能很好适用于水声通信。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术不足，针对扩频水声通信对同步精确度要求高和水声信道大多普勒效应的固有特点，提供一种扩频水声通信的快速精确同步方法。

本发明的目的是采用如下技术方案实现的：

一种扩频水声通信的快速精确同步方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤一：采用循环扩展的m序列作为帧头，其长度为2倍的m序列信号长度，m序列表示为[m_(L+1)/2+1 m_(L+1)/2+2 … m_L m₁ m₂ … m_L m₁ m₂ … m_(L+1)/2]，接收端截取1/2帧头长度数据处理，即一个完整的循环移位m序列，接收端先对接收信号x(n)与载波混频，如公式1，载波频率为f_c，f_s为采样频率，再对y(n)低通滤波处理，如公式(2)，获得复包络信号z(n)，h(n)为低通滤波器系数；

y(n)=x(n)exp(-j2πf_cn/f_s)      (1)

z(n)=h(n)⊗y(n)---(2)]]>