[发明专利]一种基于分块多普勒补偿的高动态长信号累积方法

说明书

一种基于分块多普勒补偿的高动态长信号累积方法，属于海洋测量技术领域。为了解决水声通信系统中低信噪比背景下的多普勒频偏估计精度低以及高动态背景下长信号累积过程中信号相关性差、信噪比增益低的问题。本发明将接收信号进行分块处理；采用脉冲对相位测频算法估计每一个信号块的频偏；结合频偏估计结果确定有效接收信号的起始位置；利用当前信号块的频偏估计值依次对后序信号块进行多普勒补偿；对于补偿后的接收信号，将每个码字与后序码字累加，实现信号累积。主要用于水声通信系统中的多普勒频偏估计。

技术领域

本发明涉及一种长信号的累积方法，属于海洋测量技术领域。

背景技术

水声信道具有严重的时变、空变特性，受制于海洋环境和水下移动平台的工况，声波在水中的传播会受到高噪声、复杂多途扩展以及多普勒频移等因素影响，给高动态条件下低信噪比的水声信号检测与跟踪技术带来极大挑战。

针对低信噪比情况下的信号累积，传统技术中采用相干、非相干以及差分相干积分方式可以有效提升信噪比增益，提高检测性能，但在高动态背景下，平台之间相对运动状态的不确定性导致接收信号码字间出现不同程度的频率偏移，严重影响信号之间的相关性，信号长时间累积信噪比增益提升不明显。

同时针对高动态情况下的多普勒频偏估计与补偿，低信噪比背景下传统频偏估计方法多普勒估计精度低，并且短时脉冲信号展现出多普勒分辨力不足、信号相关增益低等缺点，由于硬件设备计算能力的限制，直接对长脉宽的连续波信号频偏估计也难以实现，导致无法对信号多普勒频移精确补偿，影响水下目标的检测与跟踪性能。

发明内容

本发明的目的为了解决水声通信系统中低信噪比背景下的多普勒频偏估计精度低以及高动态背景下长信号累积过程中信号相关性差、信噪比增益低的问题，提出一种基于分块多普勒补偿的高动态长信号累积方法。

一种基于分块多普勒补偿的高动态长信号累积方法，包括以下步骤：

步骤S1、接收信号经过载波正交解调及滤波抽取预处理，得到含有多普勒信息的复指数扩频信号，按照K个码字间隔进行初步截取，分块处理；

步骤S2、采用脉冲对相位测频算法，结合相位模糊修正，实现每个信号块频偏估计；

步骤S3、从接收到的第一个信号块开始，每次滑动一个信号块，计算后序M个信号块的频偏估计结果标准差，如果标准差低于判决门限，则将该信号块确定为有效接收信号的起始位置；

步骤S4、根据步骤S3确定的有效接收信号起始位置以及步骤S2获得每个信号块的频偏估计结果，逐次滑动一个信号块，利用当前信号块的频偏估计结果补偿后序信号块，同时将补偿后的信号块重新估计残留频偏，对原始频偏估计结果进行修正，重复上述过程补偿至信号尾；

步骤S5、对于补偿后的接收信号，将每个码字与后序码字线性叠加，实现长信号的累积。

进一步地，步骤S1所述的复指数扩频信号N_s为包含的码字数，a为振幅，d为信息位符号，f_d为码字包含的多普勒信息，f_s为采样率，为初始相位，n_i为高斯白噪声，j表示虚数。

进一步地，步骤S2所述的脉冲对相位测频算法频偏估计结果为：

其中：为估计的接收信号相位差，R_ix(τ)为接收信号中两个信号块共轭相乘得到的复相关值，τ为两个信号块的时延值；τ为脉冲对中的两个脉冲的时延间隔。

进一步地，所述估计的接收信号相位差Re(·)表示复数的实部，Im(·)表示复数的虚部。

进一步地，步骤S2中所述的相位模糊修正方程为：