一種基于單矢量傳感器的水聲自適應(yīng)判決反饋均衡方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水聲通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于單矢量傳感器的水聲自適應(yīng)判決反 饋均衡方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 矢量水聽器是用來測量水下聲場矢量（聲壓梯度、質(zhì)點振速、加速度、位移或聲 強）的聲接收換能器。它由聲壓水聽器與直接或間接測量振速的傳感器等以不同方式同心 的組合而成。單個小尺度矢量水聽器就可具有不隨頻率變化的"8"字形或心臟形指向性， 因此由它構(gòu)成的矢量傳感器與傳統(tǒng)的聲壓水聽器相比，相同尺寸的矢量傳感器可獲得更大 的空間增益。
[0003] 判決反饋均衡器（DFE)是一種非線性均衡器，它的基本思想是一旦檢測出一個信 息符號，就可以估計出它對未來的符號產(chǎn)生的碼間干擾，從而可以在符號檢測之前將其除 去。眾所周知，由于水下聲信道具有嚴重的多途效應(yīng)，導(dǎo)致碼間干擾十分嚴重，自適應(yīng)判決 反饋均衡器適用于這種嚴重失真的無線信道，且較容易實施；而且它不同于一般的線性均 衡器在減小ISI的同時也放大了噪聲，DFE在消除ISI的同時是不引入噪聲增益的，所以在 水聲通信中我們在接收端經(jīng)常采用判決反饋均衡算法對接收信號進行處理。
[0004] 矢量傳感器較傳統(tǒng)聲壓水聽器有諸多優(yōu)勢，但將其與判決反饋均衡方法結(jié)合在一 起應(yīng)用于水聲通信領(lǐng)域在國內(nèi)外卻少有公開的文獻報道。中國專利《一種基于矢量陣MIMO 的高速水聲通信方法》提出在發(fā)射端采用多個陣元發(fā)送信息，并用空時編碼進行調(diào)制，在接 收端采用矢量水聽器陣進行接收。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種僅采用單發(fā)單收系統(tǒng)，能夠減低誤碼率，提高通信系統(tǒng) 穩(wěn)健性的，基于單矢量傳感器的水聲自適應(yīng)判決反饋均衡方法。
[0006] 本發(fā)明一種基于單矢量傳感器的水聲自適應(yīng)判決反饋均衡方法，包括以下步驟，
[0007] 步驟一：矢量傳感器接收到的聲信號經(jīng)過帶通濾波后，利用本地同步信號進行信 號同步，尋找?guī)近c；
[0008] 步驟二：對聲壓信號與振速信號中水平方向振速信號進行方位角估計，利用估計 的方位角對水平振速信號進行電子旋轉(zhuǎn)合成，并與聲壓信號進行加權(quán)合成得到聲壓和水平 振速合成信號；
[0009] 步驟三：將聲壓和水平振速合成信號與垂直振速信號分別解調(diào)到基帶，將基帶信 號輸入到判決反饋均衡器中；
[0010] 步驟四：在判決反饋均衡器的前饋端嵌入鎖相環(huán)，輸入的基帶信號先進入鎖相環(huán)； 并且對聲壓和水平振速合成信號與垂直振速信號進行等增益合并；
[0011] 步驟五：判決反饋均衡器中，反饋濾波器將已經(jīng)檢測的符號判決輸出作為自身輸 入，用已經(jīng)檢測的符號來估計對當前正在檢測的符號產(chǎn)生的碼間干擾，然后將碼間干擾與 前向濾波器的輸出相減，而判決器的輸入信號是前饋濾波器輸出與反饋濾波器輸出之和， 所做的判決通過反饋濾波器進行反饋，恢復(fù)了發(fā)射信號。
[0012] 本發(fā)明一種基于單矢量傳感器的水聲自適應(yīng)判決反饋均衡方法，還可以包括：
[0013] 1、估計的方位角為，
[0015] 水平方向X向的平均聲強為/,，水平方向y向的平均聲強為
[0016] 進行電子旋轉(zhuǎn)合成得到的信號為：
[0018] \和V y為振速信號中的兩個正交的水平振速。
[0019] 有益效果：
[0020] 本發(fā)明提出了一種基于單矢量傳感器的水聲自適應(yīng)判決反饋均衡方法。不同于原 始的單矢量的P+V聲壓振速聯(lián)合處理方法（聲壓信號與三個振速信號加權(quán)合成），本發(fā)明利 用了聲壓信道和垂直方向振速信道的不相關(guān)性，將垂直方向振速信號看成是與聲壓-水平 振速合成信號不相關(guān)的另外一路信號，將兩路不相關(guān)的信號在判決反饋均衡器中進行等增 益合并，提高了空間分集增益，有效地降低了誤碼率；還有，本發(fā)明采用矢量傳感器作為接 收傳感器，利用了聲壓和振速信號中噪聲的非相關(guān)性，較為有效地抑制了各向同性噪聲，為 判決反饋均衡器提供了足夠的接收信噪比，提高了通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0021] 圖1發(fā)射信號結(jié)構(gòu)圖。
[0022] 圖2聲壓信道和三個方向振速信道仿真圖：圖2(a)是聲壓信道，圖2(b)是水平X 振速信號，圖2 (c)是水平y(tǒng)振速信道，圖2 (d)是垂直振速信道。
[0023] 圖3各信道之間的相關(guān)系數(shù)：圖3(a)是聲壓信道自相關(guān)結(jié)果圖，圖3(b)是聲壓信 道與X振速信道互相關(guān)結(jié)果圖，圖3 (c)是聲壓信道與y振速信道互相關(guān)結(jié)果圖，圖3 (d)是 聲壓信道與垂直振速信道互相關(guān)結(jié)果圖。
[0024] 圖4 SISO-DFE框圖的結(jié)構(gòu)圖
[0025] 圖5帶有內(nèi)嵌二階數(shù)字鎖相環(huán)的一發(fā)二收判決反饋均衡器（DFE-DPLL)的結(jié)構(gòu)原 理圖
[0026] 圖6整個單矢量自適應(yīng)水聲判決反饋均衡的系統(tǒng)流程圖。
[0027] 圖7基于聲壓水聽器的自適應(yīng)判決反饋器、基于P+V的單矢量傳感器自適應(yīng)判決 反饋均衡器和基于空間分集及P+V 2的單矢量傳感器的自適應(yīng)判決反饋均衡器的誤碼率曲 線對比圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0029] 本發(fā)明使用矢量傳感器作為接收傳感器，有效地抑制了背景噪聲的同時利用了聲 壓信道和垂直方向振速信道的不相關(guān)性，在不增加接收陣元的情況下，相當于增加了一路 接收通道，實現(xiàn)了由Siso(單發(fā)單收）到snro(單發(fā)多收）的轉(zhuǎn)換，為下一步的判決反饋均 衡提高了空間分集增益，降低了通信系統(tǒng)的誤碼率，改善了通信系統(tǒng)的性能。
[0030] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：
[0031] 步驟1 :矢量傳感器接收到的聲信號經(jīng)過帶通濾波后，利用本地同步信號進行信 號同步，尋找?guī)近c。
[0032] 步驟2 :對聲壓信號與振速信號中水平方向振速信號進行方位估計，利用估計的 方位角對水平振速信號施以電子旋轉(zhuǎn)合成，并與聲壓信號進行加權(quán)合成得到聲壓和水平振 速的合成信號。（在后面的敘述中，"P+V 2方法"也就是"聲壓信號與兩個正交的水平方向 振速信號加權(quán)合成"的簡稱）
[0033] 步驟3:將聲壓-水平振速合成信號、垂直振速信號分別解調(diào)到基帶，將基帶信號 輸入到判決反饋均衡器中。
[0034] 步驟4 :在判決反饋均衡器的前饋端嵌入鎖相環(huán)來提高接收系統(tǒng)克服頻率偏移和 相位起伏的能力；并且對聲壓-水平振速合成信號與垂直方向振速信號進行等增益合并， 提高空間分集增益。
[0035] 步驟5:反饋濾波器將前面已經(jīng)檢測的符號的判決輸出作為自身輸入，用過去已 經(jīng)檢測出的符號來估計對當前正在檢測的符號產(chǎn)生的碼間干擾，然后將其與前向濾波器的 輸出相減，從而減少了對當前輸出符號的碼間干擾。而判決器的輸入信號是前饋濾波器輸 出與反饋濾波器輸出之和，所做的判決通過反饋濾波器進行反饋，有效地抑制了碼間干擾， 進而高效無差錯的恢復(fù)了發(fā)射信號。
[0036] 采用矢量傳感器作為接收傳感器，利用了聲壓和振速信號中噪聲的非相關(guān)性，較 為有效地抑制了各向同性噪聲，為判決反饋均衡器提供了足夠的接收信噪比。利用平均聲 強法進行方位估計，以獲得水平方位角；這里的V 2，是指只用到振速信息中的兩個正交的水 平振速\和V y，垂直方向振速Vz并沒有用到。鎖相環(huán)與判決反饋均