[发明专利]一种仿海豚哨声连续相位多元频率调制水声通信方法

权利要求书

1.一种仿海豚哨声连续相位多元频率调制水声通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

发送端：

(1)选择码元宽度T，以及每个码元所调制的bit数n；

(2)基于步骤(1)确定的码元宽度T和每个码元所调制的bit数n，产生2ⁿ个频率其中，第i个频率f_i应满足f_i＝i×m/T，m取值为整数；

(3)选取哨声信号s_whistle(t)，提取其时频谱轮廓曲线f_whistle(t)；

(4)根据步骤(3)选取的哨声信号时长T_whistle和步骤(1)选择的码元宽度T，确定每段哨声信号所能调制的最大码元数L；

(5)将第i个码元二进制信息与步骤(2)获得的2ⁿ个频率进行映射，再利用正弦函数获得第i个码元的调制信号波形其中，t∈[0,T]，f_i∈f，为每个码元波形的初始相位和结束相位，的选取与频率无关，不同频率的信号取值相同；

(6)将L个步骤(5)获得的码元的调制信号波形，在时域上首尾相连，产生一段连续相位多元频率调制信号s_MFSK(t)；

(7)将步骤(6)获得的连续相位多元频率调制信号s_MFSK(t)以一定的比例系数与步骤(3)获得的海豚哨声信号时频谱轮廓曲线f_whistle(t)相加，得到合成哨声的时频谱轮廓曲线f_synthetic(t)；

(8)采用正弦信号模型，基于步骤(7)得到的合成哨声时频谱轮廓曲线f_synthetic(t)，产生合成哨声信号s_synthetic(t)；

(9)重复步骤(5)-(8)，产生一组合成哨声，也叫做仿哨声数据信号；

(10)在仿哨声数据信号前，添加一段步骤(3)选取的原始哨声信号s_whistle(t)用作同步信号，原始哨声信号与仿哨声数据信号之间存在保护间隔，得到一帧仿哨声通信信号；

(11)将步骤(10)获得的仿哨声通信信号通过功放与换能器送入水声信道；

接收端：

(12)利用水听器接收信号；

(13)基于步骤(3)的海豚哨声信号s_whistle(t)，对步骤(12)的接收信号进行同步；

(14)提取出第i个码元对应的接收信号波形s_ri(t)；

(15)根据步骤(2)产生的每个码元所有可能的频率和码元宽度T，产生每个码元所有可能的多元频率调制信号其中，任一频率f_l对应的信号s_l(t)为：

(16)设第i个码元对应的部分哨声信号时频谱轮廓为f_whistlei(t)，基于步骤(15)所有可能的多元频率调制信号，与步骤(7)、步骤(8)所述的步骤，产生第i个码元所有可能的信号波形s_li(t)；

(17)分别计算步骤(14)提取到的第i个码元对应的接收信号波形s_ri(t)，和步骤(16)产生的第i个码元所有可能的信号波形s_li(t)的相关函数R_li(τ)；

(18)通过对比不同频率f_l条件下步骤(17)获得的相关函数R_li(τ)相关峰的大小，判断出相关峰最大时所对应的载波频率

(19)根据步骤(5)信息与频率的映射规则，对步骤(18)获得的载波频率进行反映射，即可获得解调信息；

(20)改变i值，重复步骤(14)-(19)，直至获得全部解调信息。

2.根据权利要求1所述的一种仿海豚哨声连续相位多元频率调制水声通信方法，其特征在于：所述步骤(1)选取时需要综合考虑所需通信速率与通信的可靠性，以及选取的海豚哨声信号的时长T_whistle，码元宽度T应小于哨声信号时长T_whistle。