專利名稱：一種測量并計算多普勒偏移的方法及其系統的制作方法
技術領域：
本發明提出了一種多普勒偏移估計和時間同步的方法，其目的是應用于相干解
調系統的水聲通信系統，為相干解調提供頻率偏移的估計，并且準備的給出時間同步信 息。本發明也給出了測量并計算多普勒偏移方法的系統
背景技術：
現在的水聲通信技術已經由純軍事用途擴展到民用和商用中，廣泛用于導航， 水下測量，海洋勘探和開發等眾多領域。隨著對海洋探索的不斷深入，傳統的低速率通 信方式已經越來越不能滿足人們對于傳輸大量數據的要求，現在需要的是高速率、高可 靠性的通信方式。 在過去的20年間，相干解調的水聲通信系統取得了長足的進展。相干解調本身 的特性決定了這種方法對于時間定位和頻偏估計精度的要求很高。而聲波在水中傳播的 時候，多普勒效應非常明顯，這給水聲通信帶來了很大的困難。
發明內容
本發明的目的是研究出一種測量并計算多普勒偏移的方法及其系統。 本發明針對水聲通信中出現的多普勒現象而帶來的水聲通信困難，給出了一種
快速測量并計算多普勒偏移的方法，以解決頻偏估計精度和時間定位的問題。本發明的
方法應用于水聲通信服務。 本發明所述的測量并計算多普勒偏移的方法的技術方案為 信號產生在信號處理單元1(1)中通過導頻信號產生模塊(7)和合成模塊(8)實 現，信號解算在信號處理單元2(6)中通過相關器1(9)，相關器2(10)和信號解算模塊(11) 實現，包括如下步驟 步驟l、根據實際測量需要，選擇雙曲線調頻信號的幅度A，頻率下限fL，頻率 上限fu，掃頻時間T。令
獲得雙曲線調頻信號的解析表達式如下
<formula>formula see original document page 4</formula> 步驟2、導頻信號產生模塊(7)產生作為導頻信號的一對雙曲線調頻信號，解析 表達式如下
ne = n腿+( t -T)Ts 上述測量并計算多普勒偏移的方法采用的系統為原有水聲通信系統的發射和接 收系統。該測量并計算多普勒偏移方法的系統包括接收端和發射端。
發射端包括信號處理單元1(1)，功放(2)，發射換能器(3)，接收端包括接收換能 器(4)，濾波器(5)，信號處理單元(6)。 信號處理單元1(1)與功放(2)之間通過數據線連 接；功放(2)和發射換能器(3)之間通過數據線連接；發射換能器(3)和接收換能器(4)之 間是無線水聲信道；接收換能器(4)和濾波器(5)之間通過數據線連接；濾波器(5)和信號 處理單元(6)之間通過數據線連接。 信號處理單元l(l)用于將需要發送的信息轉化為待發送的信號，可由一塊DSP 實現。它包括導頻信號產生模塊(7)，合成模塊(8)。
功放(2)用于放大待發送的信號。 發射換能器(3)用于將電信號轉化為聲信號發送出去。
接收換能器(4)用于接收聲信號，并轉化為電信號。
濾波器(5)用于選擇特定頻段的信號，以提高信噪比。 信號處理單元2(6)用于對接收到的信號進行解算，獲得發射端發出的信息可由 一塊FPGA和一塊DSP實現。FPGA實現相關器1(9)和相關器2(10)， DSP實現相關峰 分板模塊(11)， FPGA與DSP間由數據線連接。 但由于本發明需要進行較為復雜的運算，因而可以使用但并不是必須使用額外 信號處理設備。
圖1測量并計算多普勒偏移系統框圖。
圖2信號處理單元1框圖。
圖3信號處理單元2框圖。
權利要求
一種測量并計算多普勒偏移的方法，其特征在于至少包括以下步驟1)水聲通信系統的發射端在發送有效數據前，先發送一對雙曲線調頻信號作為導頻信號，形式如下 <mrow><mi>P</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>s</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>nT</mi><mi>s</mi> </msub> <mo>-</mo> <mfrac><mi>T</mi><mn>2</mn> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>s</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mrow> <mn>3</mn> <mi>T</mi></mrow><mn>2</mn> </mfrac> <mo>-</mo> <msub><mi>nT</mi><mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中，其中，Ts是水聲通信系統的采樣間隔，A是雙曲線調頻信號的幅度，T是雙曲線調頻信號由最低頻掃到最高頻所經過的時間，m是信號的調頻斜率，f0是信號s(n)過零點時的頻率；導頻信號與待發送有效數據之間的間隔是確定的；水聲通信系統的接收端需要有相關器1和相關器2對接收的信號進行相關處理，相關器1參考信號形式如下 <mrow><msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>s</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>nT</mi><mi>s</mi> </msub> <mo>-</mo> <mfrac><mi>T</mi><mn>2</mn> </mfrac> <mo>)</mo></mrow> </mrow>相關器2的參考信號形式如下 <mrow><msub> <mi>R</mi> <mn>2</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>s</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mi>T</mi><mn>2</mn> </mfrac> <mo>-</mo> <msub><mi>nT</mi><mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow>設相關器1和相關器2輸出信號的包絡出現峰值對應的點數為n1和n2，那么A、頻率偏移系數 <mrow><mi>p</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>m</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>n</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>n</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mn>2</mn><msub> <mi>f</mi> <mn>0</mn></msub><msub> <mi>F</mi> <mi>s</mi></msub><mo>+</mo><mi>m</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>n</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>n</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow></mfrac> </mrow>參數p的物理意義是，在發射端發出的頻率為f的信號，經過信道傳播后，接收端接到的信號頻率為p·f。B、掃頻信號出現頻率最大值的時刻是 <mrow><msub> <mi>n</mi> <mi>max</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>n</mi> <mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub> <mi>n</mi> <mn>2</mn></msub> </mrow> <mn>2</mn></mfrac> </mrow>則有效數據對應的信號出現時刻為ne＝nmax+(τ-T)Ts
2.根據權利要求1所述的測量并計算多普勒偏移方法的系統，其特征在于該系統包括接收端和發射端，發射端包括信號處理單元1(1)，功放(2)，發射換能器(3)，接收端包括接收換能器(4)，濾波器(5)，信號處理單元(6)。信號處理單元1(1)與功放(2)之間通過數據線連接；功放(2)和發射換能器(3)之間通過數據線連接；發射換能器(3)和接收換能器(4)之間是無線水聲信道；接收換能器(4)和濾波器(5)之間通過數據線連接；濾波器(5)和信號處理單元(6)之間通過數據線連接；信號處理單元1(1)用于將需要發送的信息轉化為待發送的信號，由一塊DSP實現；它包括導頻信號產生模塊(7)，合成模塊(8);功放(2)用于放大待發送的信號；發射換能器(3)用于將電信號轉化為聲信號發送出去；接收換能器(4)用于接收聲信號，并轉化為電信號； 濾波器(5)用于選擇特定頻段的信號，以提高信噪比；信號處理單元2(6)用于對接收到的信號進行解算，獲得發射端發出的信息由一塊 FPGA和一塊DSP實現；FPGA實現相關器1(9)和相關器2(10)， DSP實現相關峰分板模 土央(ll)， FPGA與DSP間由數據線連接。
全文摘要
本發明所述的一種測量并計算多普勒偏移的方法為信號產生在信號處理單元1中通過導頻信號產生模塊和合成模塊實現，信號解算在信號處理單元2中通過相關器1，相關器2和信號解算模塊實現。本發明所述的測量并計算多普勒偏移方法的系統包括接收端和發射端，發射端包括信號處理單元1，功放，發射換能器，接收端包括接收換能器，濾波器，信號處理單元。信號處理單元1與功放之間通過數據線連接；功放和發射換能器之間通過數據線連接；發射換能器和接收換能器之間是無線水聲信道；接收換能器和濾波器之間通過數據線連接；濾波器和信號處理單元之間通過數據線連接。
文檔編號H04B13/02GK101692629SQ20091009830
公開日2010年4月7日 申請日期2009年5月7日 優先權日2009年5月7日
發明者馮海泓, 張學森, 溫周斌, 郭霖, 黃敏燕 申請人:嘉興中科聲學科技有限公司