基于浅海多径时延的复合码水声测距研究

发布时间：2025-06-26 04:07

　　 针对浅海环境单发单收水声测距方法运算复杂度较高、易受水下特殊环境影响的问题,提出一种低复杂度且适用于水声多径信道的测距方法。首先将复合码作为同步测距信号应用于水声测距系统,支持快速、准确的信号同步和多径时延检测,然后提出改进加权函数的广义互相关(GCC)算法提取多径时延,最后引入匹配函数将多径时延与传播路径正确匹配,并结合双曲线、三角形等几何方法计算收发端之间的距离。仿真结果表明,在多径及低信噪比(-10 dB)环境下,复合码同步捕获准确率达100%且运算复杂度较低,与相位变换-广义互相关(PHAT-GCC)算法相比,改进加权函数的GCC算法多径时延检测性能提高了将近6 dB,在此基础上,实现了单接收节点对水下目标的测距。

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【部分图文】：

图1 浅海多径信道及声速分布

研究水声测距或定位问题时,水声信道特性及海水声速分布对研究结果有十分重要的影响。在浅海环境中,水声信道是一个复杂的多径信道。图1(a)所示为浅海负声速梯度环境下单发单收测距系统中的多径信道模型,发射端发出的水声信号,经过不同的传播路径,到达同一个接收端。由于声波在浅海中传播时存在....

图2 基于浅海多径时延的复合

在单发单收测距系统中,收发端之间的位置具有互易性,可将发射端及其在海面、海底形成的虚发射端发出的声线等效为接收端及其在海面、海底形成的虚接收端接收声源发出的声线。图2所示为基于浅海多径时延的复合码水声测距方法应用的场景模型。其中,A为发射端,B为接收端,B1、B2分别为接收端相对....

图3 基于复合码水声同步信号的多径时延检测的方案设计

由基于浅海多径时延的测距方法可知,在接收端深度和声速已知情况下,通过提取多径时延,不需要发射端的相关信息可以计算发射端的深度和距离。因此,准确地实现信号同步和提取多径时延至关重要。然而,快速时变、多径复杂及噪声干扰的浅海环境使信号同步和多径时延检测过程变得异常困难。因此,提出将复....

图4 复合码与子码的相关函数

复合码与子码之间具有良好的相关特性,其相关函数如图4所示。相关函数在对应相位上出现尖锐的相关峰,这表明当各个子码相位与复合码对齐时,会在子码周期内出现一个相关峰,且每个子码周期均会出现一个相关峰。由于复合码与子码之间具有良好的相关性,所以可将复合码与本地子码进行滑动相关运算实现复....

本文编号：4053133