專利名稱：一種多基地聲納空時信道復用方法
技術領域：
本發(fā)明涉及聲納信號處理領域，具體涉及一種多基地聲納空時信道復用方法。
背景技術：
多基地聲納是收發(fā)裝置空間上分開的聲納系統(tǒng)，單個或多個聲源發(fā)射聲波，單個或多個接收端接收目標的散射回波，通過測量目標回波的反射方向、時延來測向和測距，再通過收發(fā)設備間的位置關系和聲納定位方程來解算目標位置。根據收發(fā)裝置數目，多基地聲納可以分為一發(fā)多收、多發(fā)一收、多發(fā)多收幾種類型。多基地聲納兼具主、被動聲納的工作特點，具有隱蔽性好、抗干擾能力強、組合配置靈活、易于優(yōu)化設計、反潛效率高等優(yōu)點?？諘r碼是一種適用于多天線系統(tǒng)的編碼方案，它實質上是一種空時二維處理手段。多天線系統(tǒng)可以將同一原始信號由不同發(fā)射天線、在不同時刻多次發(fā)送，因而創(chuàng)造了空間分集和時間分集。空時碼綜合了空間分集和時間分集的優(yōu)點，同時提供分集增益和編碼增益。根據是否需要信道的先驗知識，空時碼可以分為兩類，前者包括分層空時碼、網格空時碼等，后者包括酉空時碼和差分空時碼等。目前多基地聲納定位研究主要集中在基于測向、測距結果已知的定位優(yōu)化算法上，如線性最小二乘定位法、神經網絡方法等，而對含有多部發(fā)射端的多基地聲納工作時可能會出現的信道互擾、信道共享等基礎問題僅有少數文章進行了研究討論。歐洲專利((Method for the multistatic detection and locating of a mobile craft throughthe use of digital broadcasting transmitters))一文中，提出多基地各發(fā)射端采用不同的載頻的信號，以便在接收端進行區(qū)別，然而對于多基地聲納系統(tǒng)，頻帶資源受限，使得該方法僅能應用在發(fā)射端數目較少的情況下，同時該專利也涉及到如何分辨來自不同發(fā)射時刻的探測信號。多發(fā)型多基地聲納在應用中，接收端在某一時刻的接收信號構成十分復雜，包括在空間上來自不同發(fā)射端、在時間上來自不同發(fā)射時刻的直達波和目標回波，如果無法解出接收信號的空時信息，則無法實現對目標的測距、測向，定位優(yōu)化算法更無從談起。因此多基地在實際應用中，應優(yōu)先實現信道的高效復用。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種避免多基地聲納的信道互擾，實現多基地信道共享的多基地聲納空時信道復用方法。本發(fā)明的目的是這樣實現的:本發(fā)明包括如下步驟:(I)在發(fā)射端用相互正交的偽隨機信號調制滿秩的空時碼矩陣，獲取偽隨機調制的空時碼信號；(2)為多基地系統(tǒng)的發(fā)射端分配獨立且相互正交的空時碼組，作為發(fā)射端的發(fā)射信號碼本；(3)對每一次發(fā)射信號的發(fā)射地址和發(fā)射 時間進行編碼，并將地址碼和時間碼的形式作為探測信號的信號結構，探測信號經由含多陣元的發(fā)射端發(fā)射；(4)在接收端將能量歸一化，用發(fā)射端地址碼對接收信號做拷貝相關檢測，分辨接收信號中是否含有該發(fā)射端的探測信號；(5)檢測到基地的探測信號后，提取時間碼，并用該基地的空時信號碼本做最大似然解碼；(6)根據檢測和解碼結果，獲得探測信號的發(fā)射地址和時間信息，即空時信息?？諘r碼采用相互正交的偽隨機序列作為空時碼的星座集信號仍，外，…肩.，灼=(5ι，Ζη，...,^}，其中供為空時碼的星座集，Y為爐中的元素。星座集元素數目I彡4,星座集中任意元素應滿足Ymi關Ynj, m關n ;i, j = 1，2，…I, y幸Y*或Y關-Y。空時碼采用偽隨機序列調制。空時碼通過數量更多的偽隨機序列或者長度更長的偽隨機序列進行調制降低空時碼間的互相關性。選取發(fā)射端空時碼組中與其他發(fā)射端空時碼總相關系數最小的空時碼作為所述的地址碼。本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明，通過對空時碼采用偽隨機序列調制，降低了空時碼各碼元間的互相關性，通過給各多基地發(fā)射端分配相互正交的空時碼組，使得多基地聲納信道共享成為可能。通過對多基地聲納探測信號進行地址、時間編碼，實現了多基地接收端分辨來自不同發(fā)射端、不同發(fā)射時刻的探測信號。通過對任意接收信號的空時信息的準確估計、實現了多基地聲納的空時信道的高效復用，提高了多基地聲納系統(tǒng)的時間、頻帶利用率。
圖1為多基地聲納系統(tǒng)不意圖；圖2為MIMO系統(tǒng)不意圖；圖3為信號發(fā)射流程圖；圖4為接收信號處理流程圖；圖5為探測信號示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明做具體描述。本發(fā)明提供的一種多基地聲納空時信道復用方法，包括發(fā)射端信號設計和接收端信號處理兩部分:發(fā)射端:步驟1、用相互正交的偽隨機信號調制滿秩的空時碼矩陣，得到基于偽隨機調制的空時碼信號。步驟2、為多基地系統(tǒng)各發(fā)射端分配獨立的且相互正交的空時碼組，作為各發(fā)射端的發(fā)射信號碼本。步驟3、在發(fā)射端對每一次發(fā)射的發(fā)射地址和發(fā)射時間進行編碼，并將地址碼+時間碼的形式作為探測信號的信號結構，探測信號經由含多陣元的發(fā)射端發(fā)射。
接收端:步驟4、能量歸一化后，用各發(fā)射端地址碼對接收信號做拷貝相關檢測，分辨接收信號中是否含有該發(fā)射端的探測信號。步驟5、檢測到某基地的探測信號后，提取其中的時間碼，并用該基地的空時信號碼本做最大似然(ML)解碼。步驟6、根據檢測和解碼結果，得到探測信號的發(fā)射地址和時間信息，即空時信息。其中，步驟1中，為保證下面各發(fā)射端空時碼組間具有更好的正交性，空時碼各星座集的,奶,...廣爲丨應滿足以下要求，I)星座集元素數目1≥4，2)各星座集保證互不相等且不含有彼此元素，S卩Y mi關Ynj, m關n ;i, j = 1，2，…1,3)星座集中任意元素應滿足，Y幸Y*或Y關-Y。其中，步驟I中，為保證空時碼碼元間具有正交性，采用相互正交的偽隨機序列作為空時碼的星座集信號。其中，步驟I中，如果各發(fā)射端需要正交性更好、碼元數更多的的空時碼組，可以通過選取更大的星座集或增加偽隨機序列長度來實現。其中，步驟I中，根據步驟I中所構造的空時碼矩陣維數，與選用星座集的元素數目，可確定所需的偽隨機序列數目kXl，將偽隨機序列劃分為k個子集作為空時碼的星座
集信號。其中，步驟I中，偽隨機序列可以由擴頻信號的方式產生，并根據多基地聲納使用帶寬生成所需的偽隨機信號。其中，步驟2中，各空時碼間的互相關性即其在接收端對應的接收信號間的互相關性。其中，步驟2中，主要是考查空時碼間的互相關性，因此，在計算其接收信號時，不考慮各個子信道的不一致性，可以認為各子信道不對信號產生幅度衰落，同時忽略接收端本地噪聲的影響和發(fā)射端、接收端功率影響。其中，步驟2中，假設發(fā)射端有M個陣元，接收端有N個陣元，從第i個發(fā)射陣元到第j個接收陣元的信道增益系數hij = 1，I彡i彡M，I彡j彡N，在時間T內是不變的。記
H — (hij) ixn°其中，步驟2中，假設第i個發(fā)射陣元在第t時刻發(fā)送的信號為xti, (t = 1，2，…，T; i = I, 2，...，M),并記 X = (xti)TXM，則接收信號可以表示為
權利要求
1.一種多基地聲納空時信道復用方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)在發(fā)射端用相互正交的偽隨機信號調制滿秩的空時碼矩陣，獲取偽隨機調制的空時碼信號； (2)為多基地系統(tǒng)的發(fā)射端分配獨立且相互正交的空時碼組，作為發(fā)射端的發(fā)射信號碼本； (3)對每一次發(fā)射信號的發(fā)射地址和發(fā)射時間進行編碼，并將地址碼和時間碼的形式作為探測信號的信號結構，探測信號經由含多陣元的發(fā)射端發(fā)射； (4)在接收端將能量歸一化，用發(fā)射端地址碼對接收信號做拷貝相關檢測，分辨接收信號中是否含有該發(fā)射端的探測信號； (5)檢測到基地的探測信號后，提取時間碼，并用該基地的空時信號碼本做最大似然解碼； (6)根據檢測和解碼結果，獲得探測信號的發(fā)射地址和時間信息，即空時信息。
2.根據權利要求1所述的一種多基地聲納空時信道復用方法，其特征在于:所述的空時碼采用相互正交的偽隨機序列作為空時碼的星座集信號φχ，<PWPk，ft其中爐為空時碼的星座集，Y為爐中的元素。星座集元素數目1≥4,星座集中任意元素應滿足Ymi關Y nJ, m ^ n ；i, j = 1，2，…I, γ Φ Y*或
3.根據權利要求 1或2所述的一種多基地聲納空時信道復用方法，其特征在于:所述的空時碼采用偽隨機序列調制。
4.根據權利要求3所述的一種多基地聲納空時信道復用方法，其特征在于:所述的空時碼通過數量更多的偽隨機序列或者長度更長的偽隨機序列進行調制降低空時碼間的互相關性?！?br>
5.根據權利要求4所述的一種多基地聲納空時信道復用方法，其特征在于:選取發(fā)射端空時碼組中與其他發(fā)射端空時碼總相關系數最小的空時碼作為所述的地址碼。
全文摘要
本發(fā)明涉及聲納信號處理領域，具體涉及一種多基地聲納空時信道復用方法。本發(fā)明包括如下步驟獲取偽隨機調制的空時碼信號；為多基地系統(tǒng)的發(fā)射端分配獨立且相互正交的空時碼組；對每一次發(fā)射信號的發(fā)射地址和發(fā)射時間進行編碼；對接收信號做拷貝相關檢測，分辨接收信號中是否含有該發(fā)射端的探測信號；提取時間碼，并用該基地的空時信號碼本做最大似然解碼；獲得探測信號的發(fā)射地址和時間信息，即空時信息。本發(fā)明降低了空時碼各碼元間的互相關性，通過對任意接收信號的空時信息的準確估計、實現了多基地聲納的空時信道的高效復用，提高了多基地聲納系統(tǒng)的時間、頻帶利用率。
文檔編號H04J11/00GK103152139SQ20131006787
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月4日 優(yōu)先權日2013年3月4日
發(fā)明者生雪莉, 蘆嘉, 董偉佳, 郭龍祥, 殷敬偉 申請人:哈爾濱工程大學