本發(fā)明涉及的是一種聲吶信號波形生成方法，具體地說是一種多基地聲吶信號波形生成方法。

背景技術(shù)：

在水下監(jiān)測網(wǎng)和水聲對抗中，聲吶是目標(biāo)探測、識別、分類、定位以及跟蹤中的關(guān)鍵技術(shù)。主動聲吶因其可靠性高，定位性能好在水聲探測領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。面對日益復(fù)雜的水聲探測環(huán)境，如何在精確檢測目標(biāo)，成為聲吶信號波形設(shè)計研究的重要問題，因而低截獲聲吶信號設(shè)計成為近年來研究的熱點問題。

聲吶低截獲信號設(shè)計的目標(biāo)是保持或提高接收機處理增益的同時，使主動信號在時間軸和頻率軸上具有混沌性，增加截獲機檢測難度，手段上除采用低頻頻段外，主要遵循大時間帶寬積，復(fù)合頻(碼)制，隨機或非線性體制，時頻捷變等幾個原則。常用的低截獲信號包括frank碼、barker碼、costas碼等相位或頻率編碼信號以及各種組合信號。其中costas陣列的概念首次出現(xiàn)在1965年發(fā)表的一篇關(guān)于聲吶檢測的技術(shù)報告中，為了提高聲吶的性能，使用costas陣列為具有最優(yōu)自相關(guān)特性的聲吶系統(tǒng)描述了一種新穎的跳頻圖案，隨后將其作為論文發(fā)表。costas編碼信號除具備大時間帶寬積，能量時頻域分布均勻的低截獲特性外，還兼顧了相關(guān)性能好，距離、速度分辨率高等優(yōu)點。

ls碼是一種新型的擴頻碼-零相關(guān)窗互補碼，這種碼在一定的相對偏移內(nèi)具有理想的自相關(guān)與互相關(guān)，構(gòu)成零相關(guān)窗。應(yīng)用零相關(guān)窗碼的同步cdma系統(tǒng)將完全消除或大大降低系統(tǒng)的mai與isi(多徑擴展均在零相關(guān)窗內(nèi)或超出的部分能量很小)。對于ls碼來說，當(dāng)信道的多徑擴展小于零相關(guān)窗寬度時，其最佳多用戶接收機、解相關(guān)多用戶接收機和匹配濾波單用戶接收機是等價的；而當(dāng)信道的多徑擴展大于零相關(guān)窗寬度時，使用匹配濾波器單用戶接收機則要大大損失容量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)多基地聲吶探測信號的低截獲性與多址分辨能力的具有低截獲特性的多基地聲吶多址分辨信號生成方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

步驟1、獲取系統(tǒng)和目標(biāo)參數(shù)，計算多普勒約束條件下，costas信號的互重合函數(shù)頻率軸最大距離l；

步驟2、設(shè)置不同發(fā)射基地間costas信號的嚴(yán)格正交性要求|rcxoss(τ,ξ)|≤rl與同一發(fā)射基地內(nèi)部costas信號的寬松正交性要求|rcross(τ,ξ)|≤rh，rcross(τ,ξ)表示兩個costas信號的互相關(guān)系數(shù)，τ和ξ分別表示時域和頻域的時延，rl為系統(tǒng)要求的不同發(fā)射基地間探測信號的滿足的互相關(guān)系數(shù)，rh為系統(tǒng)要求的同一發(fā)射基地內(nèi)部探測信號的滿足的互相關(guān)系數(shù)；

步驟3、選取costas信號的階數(shù)m，計算全部m階costas序列的最大互重合函數(shù)矩陣{cmax}num×num；

步驟4、計算多普勒約束下，發(fā)射基地內(nèi)部的costas序列最大互重合點數(shù)ch與發(fā)射基地之間的costas序列最大互重合點數(shù)cl；

步驟5、根據(jù)多基地系統(tǒng)發(fā)射基地數(shù)目n，從costas序列中選取n組正交的costas序列集合set1、set2、…、setn、…、setn，分別分配給各個發(fā)射基地；

步驟6、構(gòu)造合適數(shù)目的正交ls碼，并分配給各個發(fā)射基地；

步驟7、用一個ls碼的c碼和s碼分別調(diào)制同一個costas序列，獲得costas_c信號和costas_s信號，將costas_c信號與costas_s信號作為一個整體，即costas_ls碼，將所有調(diào)制得到的costas_ls碼稱為docs_ls碼，表達式為

本發(fā)明還可以包括：

1、步驟1具體包括：

定義最大頻偏占帶寬比δf/b＝2v/c·fh/b，v為目標(biāo)航速，c為聲速，b為信號帶寬，fl為信號頻段下限，fh為信號頻段上限，定義costas序列跳頻頻率間隔占帶寬的比值為1/(m-1)；

l滿足(l+1)/(m-1)＞δf/b＞l/(m-1)，則l為計算costas信號的互重合函數(shù)頻率軸最大距離；

對任意給定的m階costas序列a＝{a1,a2,…,am}，其信號波形表示為

其中fm＝fl+(am-1)δf，δf＝(fh-fl)/(m-1)，rect(t)＝1,0≤t≤tp，tp為一個跳頻頻點對應(yīng)的信號脈寬。

2、步驟3具體包括：

計算m階costas序列兩兩間的互重合函數(shù)，假設(shè)m階costas序列數(shù)目為num，則獲得num×num維的最大互重合函數(shù)矩陣{cmax}num×num；

costas的互重合函數(shù)由使一個costas的置換矩陣保持不動，另一個costas置換矩陣在橫軸方向和縱軸方向分別移動x(-m+1≤x≤m-1)和y(-m+1≤y≤m-1)個單位，將兩個置換矩陣重合的點數(shù)記為c(x,y)，cmax＝max(c(x,y))。

3、步驟4具體包括：

最大互重合點數(shù)cl和ch，滿足cl/m≤rl＜(cl+1)/m和ch/m≤rh＜(ch+1)/m。

4、步驟5具體包括：任意costas序列集合setn應(yīng)滿足集合內(nèi)部的cmax≤ch，與其他集合之間的cmax≤cl。

5、步驟6具體包括：根據(jù)多基地數(shù)目及對其他系統(tǒng)需求，構(gòu)造2p位的ls碼，并為不同的發(fā)射基地分配獨立正交的ls碼，常用的低位數(shù)ls碼通過查表得到，2p位的ls碼每一位對應(yīng)的信號脈寬為tp/p。

6、步驟7具體包括：分別采用ls碼的c碼和s碼調(diào)制同一個costas序列，獲得costas_c信號和costas_s信號，將costas_c信號與costas_s信號作為一個整體，即costas_ls碼；

將ls的±1值，轉(zhuǎn)為2p位由0與π相位組成的相位向量p，采用ls碼調(diào)制costas序列時，在任意跳頻頻點fm處，調(diào)制后的信號表示為

對costas_ls做相關(guān)檢測時，將costas_c信號的相關(guān)結(jié)果與costas_s信號的相關(guān)結(jié)果作為costas_ls的相關(guān)結(jié)果；

將各個發(fā)射基地的costas_ls信號構(gòu)成的集合稱為docs_ls信號；

將各個發(fā)射基地的costas_ls信號構(gòu)成的集合稱為docs_ls信號，docs_ls信號的表達形式為

為實現(xiàn)多基地聲吶探測信號的低截獲性與多址分辨能力，本發(fā)明提出一種具有低截獲特性的多基地聲吶多址分辨信號(簡記為docs_ls信號)生成方法，

本發(fā)明采用costas序列作為雙基地聲吶的探測信號體制，能保障探測信號具有優(yōu)良的低截獲性能，采用ls正交碼調(diào)制costas序列可以使不同發(fā)射基地間的探測信號具備優(yōu)良的正交性，通過為各發(fā)射基地分配獨立的正交costas序列，能豐富探測信號集合，同時改善同一發(fā)射基地內(nèi)部探測信號的正交性。

附圖說明

圖1為docs_ls信號集合。

圖2為docs_ls(c1,c1)的自相關(guān)結(jié)果。

圖3為docs_ls(c1,c1)與docs_ls(c5,c3)的互相關(guān)結(jié)果。

圖4為docs_ls(c1,c1)與docs_ls(c2,c2)的互相關(guān)結(jié)果。

圖5為具有低截獲特性的多基地聲吶多址分辨信號生成方法流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，詳細說明本發(fā)明的多基地聲吶docs_ls探測信號設(shè)計方法。包括以下步驟：

步驟1、根據(jù)系統(tǒng)和目標(biāo)參數(shù)，計算多普勒約束條件下，costas信號的互重合函數(shù)頻率軸最大距離l。

步驟2、根據(jù)系統(tǒng)需求，設(shè)置不同發(fā)射基地間costas信號的嚴(yán)格正交性要求|rcross(τ,ξ)|≤rl與同一發(fā)射基地內(nèi)部costas信號的寬松正交性要求|rcross(τ,ξ)|≤rh。

步驟3、選取costas信號的階數(shù)m，計算全部m階costas序列的最大互重合函數(shù)矩陣{cmax}num×num。

步驟4、計算多普勒約束下，發(fā)射基地內(nèi)部的costas序列最大互重合點數(shù)ch與發(fā)射基地之間的costas序列最大互重合點數(shù)cl。

步驟5、根據(jù)多基地系統(tǒng)發(fā)射基地數(shù)目n，從costas序列中選取n組正交的costas序列集合set1、set2、…、setn、…、setn，分別分配給各個發(fā)射基地。

步驟6、構(gòu)造合適數(shù)目的正交ls碼，并分配給各個發(fā)射基地。

步驟7、用一個ls碼的c碼和s碼分別調(diào)制同一個costas序列，獲得costas_c信號和costas_s信號，將costas_c信號與costas_s信號作為一個整體，即costas_ls碼。將所有調(diào)制得到的costas_ls碼稱為docs_ls碼，表達式為

其中，步驟1中，定義最大頻偏占帶寬比δf/b＝2v/c·fh/b，v為目標(biāo)航速，c為聲速，b為信號帶寬，fl為信號頻段下限，fh為信號頻段上限，定義costas序列跳頻頻率間隔占帶寬的比值為1/(m-1)。

其中，步驟1中，l滿足(l+1)/(m-1)＞δf/b＞l/(m-1)，則l為計算costas信號的互重合函數(shù)頻率軸最大距離。

其中，步驟1中，對任意給定的m階costas序列a＝{a1,a2,...,am}，其信號波形可以表示為

其中fm＝fl+(am-1)δf，δf＝(fh-fl)/(m-1)，rect(t)＝1,0≤t≤tp，tp為一個跳頻頻點對應(yīng)的信號脈寬。

其中，步驟2中，rcross(τ,ξ)表示兩個costas信號的胡相關(guān)系數(shù)，τ和ξ分別表示時域和頻域的時延，rl為系統(tǒng)要求的不同發(fā)射基地間探測信號的滿足的互相關(guān)系數(shù)，rh為系統(tǒng)要求的同一發(fā)射基地內(nèi)部探測信號的滿足的互相關(guān)系數(shù)，rl≤rh。

其中，步驟3中，計算m階costas序列兩兩間的互重合函數(shù)，假設(shè)m階costas序列數(shù)目為num，則可獲得num×num維的最大互重合函數(shù)矩陣{cmax}num×num。

其中，步驟3中，costas的互重合函數(shù)由使一個costas的置換矩陣保持不動，另一個costas置換矩陣在橫軸方向和縱軸方向分別移動x(-m+1≤x≤m-1)和y(-m+1≤y≤m-1)個單位，將兩個置換矩陣重合的點數(shù)記為c(x,y)，cmax＝max(c(x,y))。

其中，步驟4中，最大互重合點數(shù)cl和ch，滿足cl/m≤rl＜(cl+1)/m和ch/m≤rh＜(ch+1)/m。

其中，步驟5中，任意costas序列集合setn應(yīng)滿足集合內(nèi)部的cmax≤ch，與其他集合之間的cmax≤cl。

其中，步驟6中，根據(jù)多基地數(shù)目及對其他系統(tǒng)需求，構(gòu)造2p位的ls碼，并為不同的發(fā)射基地分配獨立正交的ls碼，常用的低位數(shù)ls碼可以通過查表得到，2p位的ls碼每一位對應(yīng)的信號脈寬為tp/p。

其中，步驟7中，分別采用ls碼的c碼和s碼調(diào)制同一個costas序列，獲得costas_c信號和costas_s信號，將costas_c信號與costas_s信號作為一個整體，即costas_ls碼。

其中，步驟7中，將ls的±1值，轉(zhuǎn)為2p位由0與π相位組成的相位向量p，采用ls碼調(diào)制costas序列時，在任意跳頻頻點fm處，調(diào)制后的信號可以表示為

其中，步驟7中,對costas_ls做相關(guān)檢測時，將costas_c信號的相關(guān)結(jié)果與costas_s信號的相關(guān)結(jié)果作為costas_ls的相關(guān)結(jié)果。

其中，步驟7中,將各個發(fā)射基地的costas_ls信號構(gòu)成的集合稱為docs_ls信號。

其中，步驟7中,將各個發(fā)射基地的costas_ls信號構(gòu)成的集合稱為docs_ls信號，docs_ls信號的表達形式為

假設(shè)有兩個發(fā)射基地，基地1與基地2。信號中心頻率6khz，帶寬2khz，每個跳頻信號的時間帶寬積k＝1。

costas序列的階數(shù)m＝12。為基地1與基地2分別分配4個costas序列，組成set1與set2。8個costas序列依次為

c1：[1,2,4,8,3,6,12,11,9,5,10,7]；c2：[2,3,9,6,10,12,1,8,11,7,5,4]；

c3：[8,6,7,3,9,1,12,5,2,11,10,4]；c4：[9,5,11,8,10,3,1,4,12,2,6,7]；

c5：[1,4,6,5,12,8,2,10,11,3,9,7]；c6：[1,4,10,8,12,5,7,6,3,11,2,9]；

c7：[6,12,4,7,1,11,2,3,10,5,9,8]；c8：[8,7,3,10,12,6,1,4,5,9,2,11]。

多普勒約束下，set1和set2內(nèi)部的costas序列最大互重合點數(shù)ch≤3，set1和set2間的costas序列最大互重合點數(shù)cl≤2。將set1和set2分別分配給發(fā)射基地1與發(fā)射基地2。

ls碼位數(shù)為2p＝8位，即c碼與s碼各有p＝4位。為基地1與基地2分別分配2個ls碼，組成set1與set2。4個ls碼依次為

c1：[+1,+1,-1,+1；+1,-1,-1,-1]；c2：[+1,+1,+1,-1；+1,-1,+1,+1]；

c3：[-1,+1,+1,+1；+1,-1,+1,-1]；c4：[-1,+1,-1,-1；-1,-1,-1,+1]。

這樣，發(fā)射基地1與發(fā)射基地2分別獲得8個docs_ls碼，如圖1所示。

圖2為發(fā)射基地1的docs_ls(c1,c1)的自相關(guān)結(jié)果，圖3為發(fā)射基地1的docs_ls(c1,c1)與發(fā)射基地2的docs_ls(c5,c3)的互相關(guān)結(jié)果。圖4為發(fā)射基地1的docs_ls(c1,c1)與docs_ls(c2,c2)的互相關(guān)結(jié)果。從圖3和圖4可以看出，docs_ls能使發(fā)射基地間的探測信號具有理想的正交性(即零互相關(guān)性)，同時能保障發(fā)射基地內(nèi)部的探測信號具有較好的相關(guān)性。