【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水声通信，尤其涉及一种基于时域warping变换的浅海低频水声通信均衡方法及其系统。
技术介绍
1、水声通信技术在海洋资源的探索与开发中扮演着至关重要的角色，它确保了信息能够在水下环境中有效、可靠地传输。在浅海低频水声信道中，由于不同模态群速度随频率的非线性变化，会产生显著的多模态现象和模态频散现象，导致信号在水下传播过程中遭受不同程度的时间延迟，引起严重的码间干扰，显著降低通信系统的性能。鉴于水声信道的特性，水声通信中多采用自适应判决反馈均衡器来提升系统处理性能。
2、专利技术人在实现本专利技术实施例的过程中，发现
技术介绍
中存在以下缺陷：(1)由于信道的多模态以及频散特性，传统的均衡系统在均衡器长度上的增加不可避免地导致了系统复杂度的上升。(2)采用模态滤波可以缩短信道的等效长度，减弱接收信号的畸变，从而降低信号均衡的难度，但现有的模态滤波方法通常依赖于垂直方向上模态间的正交关系，并需要在同步接收机的垂直线阵列上对信号进行空间滤波。这种方法的成功实施需要一个相当精确的海洋模型来生成模态加权函数，以及一个能够跨越海洋柱的多阵元大阵列，技术实现难度大，经济成本高昂，对于资源有限的海洋探索项目来说，是一个不小的挑战。。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种基于时域warping变换的浅海低频水声通信均衡方法，用以解决上述问题。
2、本专利技术提供一种基于时域warping变换的浅海低频水声通信均衡系统，用于实现一种基于时域warping变换的浅海低
3、本专利技术通过以下技术方案实现：
4、一种基于时域warping变换的浅海低频水声通信均衡方法，所述方法包括以下步骤，
5、步骤1：浅海低频水声通信的发送端发送信号通过信道与接收端建立连接；
6、步骤2：接收端对接收信号进行时域warping变换；
7、步骤3：基于步骤2的变换，采用二值掩模滤波分离并提取不同模态信号；
8、步骤4：将步骤3提取的不同模态的信号，进行逆warping变换恢复分离的单模态信号；
9、步骤5：对步骤4的单模态接收信号进行均衡解调，实现浅海低频水声通信均衡。
10、进一步的，所述步骤1具体为，经过信道的接收信号为：
11、
12、其中，am(t)是第m阶模态的幅度，r是信号传输距离，c为声速，fom是第m阶模态的截止频率，具体表示为：
13、
14、其中，m表示模态阶数，h为海底深度。
15、进一步的，所述步骤2具体为，warping算子h(t)表示为：
16、
17、将warping算子带入warping变换的计算公式可得到变换的结果：
18、
19、其中，保证了变换前后信号的能量不变，yhm(t)为变换后的单模态信号。
20、进一步的，所述步骤3具体为，通过在时频域定义掩模m(t,f)来进行滤波：
21、
22、其中q为所期望提取的单阶模态在时频域内所对应的区域；
23、首先对经过warping变换后的时域信号进行时频变换，以获得其时频矩阵rw(t,f)，然后将时频矩阵rw(t,f)与掩模m(t,f)相乘，实现对信号的滤波处理；时频滤波结果表示为：
24、rm(t,f)＝rw(t,f)m(t,f) (6)
25、最后通过信号重构将rm(t,f)转换回时域，得到分离后的单模态信号yhm(t)。
26、进一步的，所述步骤4具体为，利用逆warping变换对分离后的单模态信号进行恢复，warping逆变换的算子为：
27、
28、逆warping变换为：
29、
30、式中ym(t)为经过逆warping变换后得到的只受到单模态影响的时域接收信号。
31、进一步的，所述步骤5具体为，采用基于递归最小二乘法的自适应判决反馈均衡器进行均衡；
32、在训练阶段，定义初始时刻(n＝0)的抽头权向量w(0)＝0，同时初始化相关矩阵逆阵随后算法进入迭代过程，每一次迭代时，前馈滤波器利用权重wff(n)和接收到的信号x(n)来计算预测输出
33、当进行单模态均衡时，前馈滤波器输出为：
34、
35、当进行多模态联合均衡时，前馈滤波器输出为：
36、
37、其中xm(n)受到第m阶模态影响的接收信号，为所对应的相位补偿因子，m为联合处理的模态个数；
38、之后输出结果进入硬判决模块，得到判决结果
39、进一步的，基于输入信号x(n)和遗忘因子λ，0＜λ＜1计算增益向量：
40、
41、其中，为上一次迭代时相关矩阵的逆阵，xh(n)表示输入信号x(n)的共轭转置；
42、根据增益向量k(n)和误差e(n)更新抽头权重向量w(n)：
43、w(n)＝w(n-1)+k(n)e(n) (14)
44、在训练完成后，dfe转入判决阶段，使用训练所得的抽头权向量对未知信号进行处理：
45、
46、分别为训练所得的前馈滤波器抽头系数和反馈滤波器抽头系数。
47、一种基于时域warping变换的浅海低频水声通信均衡系统，所述系统采用如上述一种基于时域warping变换的浅海低频水声通信均衡方法，所述系统包括，
48、步骤1：浅海低频水声通信的发送端发送信号与接收端建立连接；
49、步骤2：接收端对接收信号进行时域warping变换；
50、步骤3：基于步骤2的变换，采用二值掩模滤波分离并提取不同模态信号；
51、步骤4：将步骤3提取的不同模态的信号，进行逆warping变换恢复分离的单模态信号；
52、步骤5：对步骤4的单模态接收信号进行均衡解调，实现浅海低频水声通信均衡。
53、一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上述的方法。
54、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的方法。
55、本专利技术的有益效果是：
56、本专利技术基于时域warping变换技术对均衡前的信号进行预处理，能够在不依赖详尽海洋数据和多阵元大阵列的情况下，有效分离由多模态引起的不同信号成分，并结合自适应判决反馈均衡对信号进行解调。
57、本专利技术特别适用于仅配备单个水听器的系统，它通过对接收信号进行非线性重采样，使得原本由于频散效应而相互叠加的不同模态信号得以有效分离和滤波，降低了信道扩展长度并提高了输出信噪比。
58、本专利技术不仅减少了均衡器处理的复杂度，而且不需要本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于时域warping变换的浅海低频水声通信均衡方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的浅海低频水声通信均衡方法，其特征在于，所述步骤1具体为，经过信道的接收信号为：
3.根据权利要求1所述的浅海低频水声通信均衡方法，其特征在于，所述步骤2具体为，warping算子h(t)表示为：
4.根据权利要求1所述的浅海低频水声通信均衡方法，其特征在于，所述步骤3具体为，通过在时频域定义掩模M(t,f)来进行滤波：
5.根据权利要求2所述的浅海低频水声通信均衡方法，其特征在于，所述步骤4具体为，利用逆warping变换对分离后的单模态信号进行恢复，warping逆变换的算子为：
6.根据权利要求2所述的浅海低频水声通信均衡方法，其特征在于，所述步骤5具体为，采用基于递归最小二乘法的自适应判决反馈均衡器进行均衡；
7.根据权利要求6所述的浅海低频水声通信均衡方法，其特征在于，基于输入信号x(n)和遗忘因子λ，0＜λ＜1计算增益向量：
8.一种基于时域warping变换的浅海低
9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-7中任一所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于时域warping变换的浅海低频水声通信均衡方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的浅海低频水声通信均衡方法，其特征在于，所述步骤1具体为，经过信道的接收信号为：
3.根据权利要求1所述的浅海低频水声通信均衡方法，其特征在于，所述步骤2具体为，warping算子h(t)表示为：
4.根据权利要求1所述的浅海低频水声通信均衡方法，其特征在于，所述步骤3具体为，通过在时频域定义掩模m(t,f)来进行滤波：
5.根据权利要求2所述的浅海低频水声通信均衡方法，其特征在于，所述步骤4具体为，利用逆warping变换对分离后的单模态信号进行恢复，warping逆变换的算子为：
6.根据权利要求2所述的浅海低频水声通信均衡方法，其特征在于，所述步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖爽，张雅琪，刘添添，刘春鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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