水声扩频通信中的基于相关峰位置信息的时间同步方法
【专利摘要】本发明公开了一种水声扩频通信中的基于相关峰位置信息的时间同步方法，其包括以下步骤：步骤S1，接收端参数初始化；步骤S2，接收端采集信号；步骤S3，第二处理信号块变量与本地同步参考信号进行相关运算；步骤S4，计算第二处理信号块变量与本地同步参考信号相关运算结果的峰值位置；步骤S5，判断pos_1、pos_2差值是否小于一定偏差容许范围；步骤S6，取第一处理信号块变量中的一段信号s1(k)；步骤S7，s1(k)与本地解调参考信号的反转序列sfliplr(k)进行圆周卷积计算；步骤S8，判断峰值位置离信号起始或结束位置一定偏差容许范围。本发明不增加信号报头，易于组网，对平台计算能力要求不高，操作简便，不易产生虚触发或漏触发。
【专利说明】水声扩频通信中的基于相关峰位置信息的时间同步方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种时间同步方法，特别是涉及一种水声扩频通信中的基于相关峰位置信息的时间同步方法。
【背景技术】
[0002]扩频通信具有抗多径、抗干扰、易组网等特点，在浅海信道条件下得到了广泛应用，同时由于扩频通信具有扩频增益，在低信噪比远程水声遥控中也得到了应用。时间同步是包括扩频通信在内的通信系统接收端正确解码的前提。同其他水声通信系统一样，扩频通信的时间同步的现有方法是采用外同步法，即在码元信号前置一个辅助的同步头信号，例如线性调频信号，双曲调频信号等。接收端将信号逐点移位通过匹配滤波器，当匹配滤波器输出信号幅度超过设定的门限时，即认为时间同步完成。这种方法的缺点是:一，采用辅助同步头，降低了传输速度，同时在组网场合，寻找大量正交的同步头信号也有一定的困难；二，采用逐点移位，每个采样周期都要进行一次匹配滤波运算，这对平台的计算能力提出了较高的要求以满足实时性；三，采用幅度门限判决，需要提前发送一段训练的同步头信号来获取门限，当改变海区、收发位置和距离或其他条件时，需要重新获取门限，带来了操作的复杂性，同时由于干扰信号的存在、水声信道的时变性，容易产生时间同步的虚触发或漏触发。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种水声扩频通信中的基于相关峰位置信息的时间同步方法，其不增加信号报头，易于组网，对平台计算能力要求不高，操作简便，不易产生虚触发或漏触发。
[0004]本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的:一种水声扩频通信中的基于相关峰位置信息的时间同步方法，其特征在于，其包括以下步骤:
[0005]步骤SI，接收端参数初始化，令第一处理信号块变量rp_essjmv(k)和第二处理信号块变量1^。。_(10为全O序列，采样点数为2倍码元时间采样点数，第一位置变量pos_l初始值为0，第二位置变量pos_2初始值为O ;
[0006]步骤S2，接收端采集一个码元时间宽度的信号，更新第一处理信号块变量rpM_sprev(k)和第二处理信号块变量1^。。_(10 ；
[0007]步骤S3，第二处理信号块变量rpMC_(k)与本地同步参考信号sMf (k)进行相关运算，可通SrpMC_(k)与本地同步参考信号的反转序列sMf—fliplJk)的圆周卷积运算得到；
[0008]步骤S4，计算圆周卷积运算结果y(k)的峰值位置；将第二位置变量pos_2的值赋予第一位置变量pos_l ,将y (k)的峰值位置值赋予pos_2 ；
[0009]步骤S5，判断pos_l和pos_2的差值是否小于一定偏差容许范围，即判断是否满足以下条件:
[0010]条件一:I pos_l_pos_2 I〈Len/50 ；[0011 ]条件二: I I pos_l_pos_2 I _Len〈Len/50 ；
[0012]条件三:pos_l〈Len；
[0013]如果条件一或者条件二成立，并且条件三成立，则转到步骤S6，进行进一步判决；否则转到步骤S2 ；
[0014]步骤S6,取rpMeess_prev(k)中以pos_l为起点、长度为Len的一段信号,记为第一码兀信号sjk);取rprocess(k)中以pos_2为起点、长度为Len的一段信号,记为第二码兀信号s2(k)；
[0015]步骤S7，第一码元信号S1 (k)与本地解调参考信号的反转序列SfliplJk)进行圆周卷积计算，计算第三位置变量pos_maX_l ;第二码元信号S2 (k)与SfliplJk)进行圆周卷积计算，计算第四位置变量pos_max_2 ；
[0016]步骤S8,判断pos_max_l、pos_max_2离信号起始或结束位置一定偏差容许范围。
[0017]优选地，所述步骤S2块处理采用乒乓缓冲机制。
[0018]优选地，所述步骤S3中的相关运算采用任何形式的快速运算算法。
[0019]优选地，所述步骤S5包括以下三个判断条件:
[0020]条件一:I pos_l-pos_2 I〈Len/50 ；
[0021]条件二: I I pos_l_pos_2 I _Len〈Len/50 ；
[0022]条件三:pos_l〈Len；
[0023]优选地，所述步骤S8包括以下四个判断条件:
[0024]条件四:pos_max_l〈Len/50 ；
[0025]条件五:ILen-Len/50 | <pos_max_l ；
[0026]条件六:Ipos_max_2 |〈Len/50 ；
[0027]条件七:ILen-Len/50 | <pos_max_2。
[0028]优选地，所述步骤S5中的偏差容许范围和步骤S8中的偏差容许范围进行改变。
[0029]优选地，所述处理信号块由前一个采集信号片断和当前采集信号片联结而成，每个采集信号片断的长度等于码元时间长度。
[0030]本发明的积极进步效果在于:(1)通过采用基于峰值位置信息的判决方法，解决了现有同步方法采用幅度门限判决，需要提前发送一段训练的同步头信号来获取门限，当改变海区、收发位置和距离或其他条件时，需要重新获取门限，操作复杂性的问题，通过多个判决条件的限制，大大降低了同步虚触发的概率，由于对峰值位置的判决具有一定范围的允许偏差，降低了由于干扰信号的存在、水声信道的时变性，产生的同步漏触发。(2)通过采用自同步头，解决了现有同步方法采用辅助同步头，传输速度降低，同时在组网场合，寻找大量正交的同步头信号具有一定的困难的问题。(3)通过采用块处理，解决了现有同步方法采用逐点移位，每个采样周期都要进行一次匹配滤波运算，对平台的计算能力具有较高要求的问题；由于采用块处理，可以采用乒乓(Ping-pong)缓冲机制，采样数据可以采用DMA (Direct Memory Access,直接内存存取)传输,进一步降低了处理器负荷。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本发明水声扩频通信中的基于相关峰位置信息的时间同步方法的流程图。
[0032]图2为本发明各个处理信号块的信号形式和其相关结果的相关峰位置示意图。[0033]图3为本发明处理信号块中截取的信号的相关峰位置示意图。
[0034]图4为本发明一个具体实施例的时域波形。
[0035]图5(a)为本发明具体实施例第4个处理块的时域信号及其相关结果的示意图(采样点)。
[0036]图5(b)为本发明具体实施例第4个处理块的时域信号及其相关结果的示意图(延迟采样点)。
[0037]图6(a)为本发明具体实施例第5个处理块的时域信号及其相关结果的示意图(采样点)。
[0038]图6(b)为本发明具体实施例第5个处理块的时域信号及其相关结果的示意图(延迟采样点)。
[0039]图7 (a)为本发明从第4个处理信号块中截取的信号的时域波形(采样点)和相关结果的示意图(采样点)。
[0040]图7 (b)为本发明从第4个处理信号块中截取的信号的时域波形和相关结果的示意图(延迟采样点)。
[0041]图8 (a)为本发明从第5个处理信号块中截取的信号的时域波形和相关结果的示意图(采样点)。
[0042]图8 (b)为本发明从第5个处理信号块中截取的信号的时域波形和相关结果的示意图(延迟采样点)。
【具体实施方式】
[0043]下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
[0044]假设扩频通信中码元周期Tb等于扩频码周期，本地解调参考信号为正相调制的码元信号s (t)，0〈t≤Tb，S⑴的反转序列为Sfliplr (t)。接收端采样率为Fs，则S⑴和Sfliplr (t)的采样点数为FsXTb (记该采样点数为Len)。sMf(k)为本地同步参考信号的采样信号，通过本地解调参考信号s(t)的采样信号s(kFs)补零得到，即公式(I):
【权利要求】
1.一种水声扩频通信中的基于相关峰位置信息的时间同步方法，其特征在于，其包括以下步骤: 步骤SI，接收端参数初始化，令第一处理信号块变量p_(k)和第二处理信号块变量rpMC_ (k)为全O序列，采样点数为2倍码元时间采样点数，第一位置变量pos_l初始值为O，第二位置变量pos_2初始值为O ; 步骤S2，接收端采集一个码元时间宽度的信号，更新第一处理信号块变量rpMC_prev(k)和第二处理信号块变量1^。。_(10 ； 步骤S3，第二处理信号块变量rpM_s(k)与本地同步参考信号sMf (k)进行相关运算，可通过rp_ss(k)与本地同步参考信号的反转序列sMf—fl_(k)的圆周卷积运算得到； 步骤S4，计算圆周卷积运算结果y(k)的峰值位置；将第二位置变量pos_2的值赋予第一位置变量pos_l ,将Y (k)的峰值位置值赋予pos_2 ； 步骤S5，判断pos_l和pos_2的差值是否小于一定偏差容许范围，即判断是否满足以下条件:
条件一:I pos_l-pos_2 I〈Len/50 ；
条件二: I I pos_l-pos_2 1-Len |〈Len/50 ； 条件三:pos_l〈Len ； 如果条件一或者条件二成立，并且条件三成立，则转到步骤S6，进行进一步判决；否则转到步骤S2 ；` 步骤S6,取rpMeess_prev(k)中以pos_l为起点、长度为Len的一段信号，记为第一码元信号sjk) ;IX rproceSS(k)中以pos_2为起点、长度为Len的一段信号，记为第二码兀信号s2(k)； 步骤S7，第一码元信号Sl(k)与本地解调参考信号的反转序列SfliplJk)进行圆周卷积计算，计算第三位置变量pos_maX_l ;第二码元信号S2 (k)与SfliplJk)进行圆周卷积计算，计算第四位置变量pos_max_2 ； 步骤S8,判断pos_max_l、pos_max_2离信号起始或结束位置一定偏差容许范围。
2.如权利要求1所述的水声扩频通信中的基于相关峰位置信息的时间同步方法，其特征在于，所述步骤S2块处理采用乒乓缓冲机制。
3.如权利要求1所述的水声扩频通信中的基于相关峰位置信息的时间同步方法，其特征在于，所述步骤S3中的相关运算采用任何形式的快速运算算法。
4.如权利要求1所述的水声扩频通信中的基于相关峰位置信息的时间同步方法，其特征在于，所述步骤S5包括以下三个判断条件:
条件一:I pos_l-pos_2 I〈Len/50 ；
条件二: I pos_l_pos_2 I _Len〈Len/50 ； 条件三:pos_l〈Len。
5.如权利要求1所述的水声扩频通信中的基于相关峰位置信息的时间同步方法，其特征在于，所述步骤S8包括以下四个判断条件: 条件四:pos_max_l〈Len/50 ；
条件五:I Len-Len/50 | <pos_max_l ；
条件六:I pos_max_2 |〈Len/50 ；条件七:I Len-Len/50 | <pos_ _max_2 ο
6.如权利要求1所述的水声扩频通信中的基于相关峰位置信息的时间同步方法，其特征在于，所述步骤S5中的偏差容许范围和步骤S8中的偏差容许范围进行改变。
7.如权利要求1所述的水声扩频通信中的基于相关峰位置信息的时间同步方法，其特征在于，所述处理信号块由前一个采集信号块和当前采集信号块联结而成，每个采集信号块的长度等于码元时间长度。
【文档编号】H04B1/7073GK103701489SQ201310671506
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2013年12月10日
【发明者】张刚强, 宋军, 刘平香 申请人:中国船舶重工集团公司第七二六研究所