本發(fā)明涉及水聲通信，具體涉及一種基于疊加干擾信號的水聲通信接收方法。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的疊加通信接收機技術(shù)采用通信信號與聲吶信號時域正交疊加方式，在接收端接收到的疊加信號不考慮任何信號分離的方法，進而通信接收機對接收信號進行解調(diào)判決。傳統(tǒng)方法雖然采用正交的信號嘗試避免信號間的影響，然而疊加信號間的嚴(yán)重干擾仍然導(dǎo)致接收端無法解析。

2、維特比譯碼(viterbi?decoder)算法是基于卷積碼網(wǎng)格圖的最大似然譯碼算法。其過程可以分為正向和回溯兩個方向。其中回溯的方式通過路徑度量(pm)來搜尋網(wǎng)格圖最大似然路徑，計算網(wǎng)格圖中每種可能的路徑。分別保存為分支度量(bm)，從而相加更pm。為了保證只有一條最佳路徑，因此每次迭代中只有具有最小值的pm路徑被保留并傳遞下去。

3、在維特比譯碼算法中，由于海洋信道具有嚴(yán)重的多徑效應(yīng)以及非高斯噪聲特性，系統(tǒng)的性能會受到很大的影響，因此接收機對多徑均衡的信號處理以及非高斯噪聲信號處理也是一項必不可少的環(huán)節(jié)。信道估計的準(zhǔn)確度與聲吶信號還原以及對通信系統(tǒng)抗多徑衰落性能直接相關(guān)，為了提高通信系統(tǒng)抗多徑衰落的影響，接收端采用了信道估計與均衡技術(shù)，來提高發(fā)送信道的信噪比；同時各種脈沖噪聲抑制技術(shù)提出抑制海洋脈沖噪聲來提高通信系統(tǒng)的信噪比。

4、海洋環(huán)境噪聲整體表現(xiàn)為非高斯噪聲(non-gaussian?noise)，廣泛存在海洋中，尤其是淺海。因為海洋是復(fù)雜的散射信道，海洋環(huán)境噪聲來源廣泛，極其復(fù)雜，大多數(shù)噪聲環(huán)境(包括風(fēng)雨噪聲、航運噪聲、生物噪聲、地震噪聲和工業(yè)噪聲、生物活動例如磷蝦等產(chǎn)生的噪聲和各種地球物理來源，如北極冰、地震活動等)，導(dǎo)致噪聲總體呈現(xiàn)為嚴(yán)重的非高斯性，以脈沖噪聲(impulsive?boise)為主，其特點是持續(xù)時間很短，突發(fā)性強、幅度很高。與傳統(tǒng)的高斯噪聲相比，脈沖噪聲的能量幾乎是其幾十倍。此外，非高斯噪聲的概率密度函數(shù)極其復(fù)雜，具有嚴(yán)重拖尾效應(yīng)(heavy?tail)。

5、信道估計與均衡，信道估計技術(shù)是根據(jù)已知的收發(fā)數(shù)據(jù)對某個信道，例如無線信道、水聲信道進行參數(shù)估計。信道估計的精度將直接影響整個系統(tǒng)的性能。信道均衡是一種提高衰落信道中的通信系統(tǒng)的傳輸性能的抗衰落方式，它通過已知的信道估計結(jié)果，減弱水聲通信時的多徑時延帶來的影響，對系統(tǒng)特性進行補償?shù)姆绞健?/p>

6、現(xiàn)有的水聲信道估計通常采用現(xiàn)有常規(guī)的最小二乘(least?square,ls)信道估計,ls算法是通過接收新到得到的信道的特性，存在估計精度差、易受噪聲影響等特點。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提出一種基于疊加干擾信號的水聲通信接收方法，能夠解決疊加干擾信號之間的干擾問題，并可減小海洋多徑時延以及非高斯噪聲對接收機產(chǎn)生的影響，進而有效提升水聲通信的性能及信號接收精度。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種基于疊加干擾信號的水聲通信接收方法，包括如下步驟：

4、s101，比特數(shù)據(jù)經(jīng)過卷積碼信道編碼后再經(jīng)過bpsk數(shù)字調(diào)制以及載波調(diào)制得到通信信號，并生成同時同頻的聲吶信號；

5、s102，將通信信號與聲吶信號進行疊加，并添加同步頭用于接收信號同步，此時信號經(jīng)過實際的水聲信道進行海洋環(huán)境噪聲添加；

6、s103，將接收到的信號序列進行聲吶干擾信號消除；

7、s104，根據(jù)信道估計的結(jié)果，采用時間反轉(zhuǎn)鏡對經(jīng)過聲吶干擾消除后的信號進行vtrm信道均衡，以增強主徑的能量；

8、s105，采用基于高斯核軟限幅的脈沖噪聲抑制算法結(jié)合維特比譯碼器提升接收系統(tǒng)的信噪比。

9、進一步的，在步驟s101中，首先采集目標(biāo)水域內(nèi)海洋信道以及環(huán)境噪聲，建立水聲通信下的環(huán)境噪聲模型以及信道模型；

10、然后將生成的比特數(shù)據(jù)進行(2，1，3)的卷積碼編碼，并采用bpsk數(shù)字調(diào)制方式，生成bpsk通信信號，再進行載波調(diào)制并疊加上同時同頻的聲納信號，以作為發(fā)射端數(shù)據(jù)。

11、進一步的，所述bpsk通信信號經(jīng)過脈沖成型后與聲納的lmf信號相互疊加，其數(shù)學(xué)公式表達如下：

12、s(n)＝sb(n)+sc(n)

13、其中，[s(0),s(1),…,s(n-1)]t為發(fā)送的時域疊加信號，sb＝[sb(0),sb(1),...,sb(n-1)]t為經(jīng)過卷積碼編碼后的bpsk通信信號，sc＝[sc(0),sc(1),…,sc(n-1)]t為發(fā)送的聲吶chirp信號。

14、進一步的，在步驟s102中，發(fā)射端信號經(jīng)過生成的bellhop水聲信道以及middleton?class?a脈沖噪聲序列從而獲得接收的信號。

15、進一步的，在步驟s103中，所述將接收到的信號序列進行聲吶干擾信號消除，包括：

16、首先提取接收端信號中的同步頭，然后對接收端信號進行fista算法估計獲得bellop水聲信道的估計值，并與聲吶信號進行卷積得到重建的聲吶干擾信號，最后從接收數(shù)據(jù)中減去重建的聲吶干擾信號。

17、進一步的，所述fista算法的流程步驟，包括：

18、1)初始化q(0)＝0,y(1)＝q(0),t(1)＝1；

19、2)

20、3)

21、4)y(n+1)＝q(n)+((t(k)-1)/t(k+1))(q(n)-q(n-1))；

22、其中，ρ+為非負(fù)象限的歐幾里得投影，為下降梯度，l為李普希斯連續(xù)梯度算子，數(shù)值上等于ata的最大特征值。

23、進一步的，在步驟s104中，所述采用時間反轉(zhuǎn)鏡對經(jīng)過聲吶干擾消除后的信號進行vtrm信道均衡，包括：

24、s41，信號接收：接收所述經(jīng)過聲吶干擾消除后的信號，并進行預(yù)處理；

25、s42，時間反正：對接收到的信號進行時間反轉(zhuǎn)處理，以抵消信道引起的失真；

26、s43，頻譜均衡：對反轉(zhuǎn)后的信號進行頻譜均衡處理，以增強信號主徑的能量；

27、s44，解調(diào)和數(shù)據(jù)恢復(fù)：對均衡后的信號進行解調(diào)和數(shù)據(jù)恢復(fù)，得到處理后的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)果。

28、進一步的，在步驟s105中，所述基于高斯核軟限幅的脈沖噪聲抑制算法，包括：

29、s51，預(yù)處理：對所述數(shù)據(jù)傳輸結(jié)果進行濾波預(yù)處理；

30、s52，高斯核平滑：使用高斯核對預(yù)處理后的信號進行平滑處理，具體為將高斯核與預(yù)處理后的信號進行卷積；

31、s53，小波變換與軟限幅：對平滑后的信號進行小波變換，得到不同尺度的小波系數(shù)，并通過設(shè)置預(yù)設(shè)閾值以剔除所述小波系數(shù)中的噪聲分量；

32、s54，小波逆變換：將處理后的小波系數(shù)進行小波逆變換，得到去噪后的信號。

33、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下主要的優(yōu)點：

34、本發(fā)明根據(jù)干擾信號的先驗信息，提出了基于快速軟閾值迭代算法(fista)的稀疏信道時域信號重構(gòu)方案，該方案對聲吶干擾信號具有更高的重構(gòu)準(zhǔn)確度；針對殘余聲吶干擾信號、多徑效應(yīng)以及環(huán)境噪聲的影響，提出了一種基于fista稀疏估計的vtrm均衡方法以及一種基于高斯核的非參數(shù)維特比譯碼算法，能夠很好的解決多徑效應(yīng)以及環(huán)境噪聲帶來的影響，進而有效提升水聲通信的性能及信號接收精度。