一种面向水声探测通信一体化的抗多途干扰接收方法和装置

本发明涉及一种面向水声探测通信一体化的抗多途干扰接收方法和装置，属于水声探测与通信。

背景技术：

1、水声通信技术和水声探测技术作为水声信息技术发展的关键，覆盖了水下信息交互的各种核心应用领域。随着对海洋探索的发展，所需数据规模日益庞大，对水下/水面平台提出了同时搭载更多的探测与通信设备的需求，面临获取信息对抗主动权的严苛要求，需要同时装配大量通信、探测等多种类型的声纳系统。装备数量的增加会极大地加剧载荷空间有限与能源供给有限等带来的挑战，同时，不同声纳设备的分立设计容易存在不可忽视的相互干扰，各设备同时运行导致设备总功率较高，会降低水下攻防场景下平台的隐蔽性，也造成了更严重的平台噪声干扰。此外，各个设备间的时频资源竞争会进一步降低水下稀缺资源的利用率，影响信息获取的实时性与稳健性。为解决上述矛盾，发展探测通信一体化技术能够实现水声探测和水声通信的有机融合，有效地增强平台信息感知与协同作业能力。

2、gsfm（generalized sinusoidal frequency modulated，广义正弦调频）信号可以通过调整参数与，产生大量占据同一频带的波形，且这些波形之间满足近似正交关系，因此具有良好的信道复用能力；并且gsfm信号的模糊函数近似“图钉”状，具有良好的时延以及多普勒分辨率。gsfm信号也因其优秀的可设计性以及探、通性能表现被认为是水下探通一体化技术发展的候选波形之一。通过对gsfm信号的脉内相位调制，可以得到具有更高通信速率的一体化gc信号。但传统的turbo结构迭代接收机在水声多途信道的处理场景中，由于并未考虑gsfm载波在多途干扰下所残留的相位影响，并未实现该结构下的最优解码。因此，需要设计一种面向水声探测通信一体化的抗多途干扰接收机，实现对一体化信号的准确解码。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的在于提供一种面向水声探测通信一体化的抗多途干扰接收方法和装置，通过连续干扰重构消除的方式，解决gsfm载波由于多径信道环境干扰导致的载波相位残留问题。

2、为了实现以上发明目的，本发明的技术方案如下：

3、第一方面，提供一种面向水声探测通信一体化的抗多途干扰接收方法，包括：

4、接收经水声多径信道传播后的水声探测通信一体化信号，并进行基带化处理，得到基带一体化接收信号；其中，水声探测通信一体化信号为通信信息经相位调制后嵌入广义正弦调频gsfm信号脉冲内形成的信号；

5、根据基带一体化接收信号中的训练序列部分，对水声多径信道进行信道估计，得到多个多径分量分别对应的信道冲激响应幅值和路径时延，并从多个多径分量中确定主径和主径以外的多个干扰径；

6、根据各干扰径对应的路径时延和gsfm载波信号的相位函数，确定各干扰径对应的gsfm载波相位残留量；

7、在当前接收机迭代过程中，按照预设的路径顺序依次对各干扰径执行连续干扰消除；其中，针对当前待消除的干扰径，根据该干扰径对应的gsfm载波相位残留量对当前接收信号进行相位补偿，并根据该干扰径对应的信道冲激响应幅值和上一接收机迭代过程得到的译码结果，重构该干扰径对应的多途干扰向量；根据相位补偿后的当前接收信号和多途干扰向量，从当前接收信号中消除该干扰径引入的多途干扰，得到更新后的当前接收信号，并将更新后的当前接收信号用于下一干扰径的连续干扰消除，直至消除各干扰径，得到当前接收机迭代过程对应的干扰消除后接收信号；

8、对干扰消除后接收信号进行均衡和译码处理，得到当前接收机迭代过程的译码结果和译码软信息；

9、在未达到预设迭代终止条件时，将当前接收机迭代过程的译码结果用于下一接收机迭代过程中的多途干扰向量重构，并将当前接收机迭代过程的译码软信息用于下一接收机迭代过程中的均衡处理；在达到预设迭代终止条件时，输出当前接收机迭代过程的译码结果。

10、进一步地，基带一体化接收信号包括训练序列部分和信息序列部分，训练序列部分由接收端预先已知的训练序列经 gsfm 载波信号调制形成，信息序列部分由通信数据经信道编码、交织处理和相移键控映射后嵌入 gsfm 载波信号脉冲内形成。

11、进一步地，对水声多径信道进行信道估计包括：

12、根据预先已知的训练序列构建用于表征不同路径时延的观测矩阵；

13、将基带一体化接收信号中的训练序列部分与观测矩阵进行稀疏匹配处理，确定水声多径信道中的多径分量位置；

14、根据多径分量位置得到各多径分量分别对应的路径时延，并估计各多径分量分别对应的信道冲激响应幅值，并将信道冲激响应幅值最大的多径分量确定为主径，将主径以外的多径分量确定为干扰径。

15、进一步地，确定各干扰径对应的gsfm载波相位残留量包括：

16、将各干扰径对应的路径时延输入gsfm相位估计器，由gsfm相位估计器根据gsfm载波信号的相位函数，计算各干扰径因路径时延引起的载波相位偏差：

17、

18、其中， 表示第i条干扰径对应的gsfm载波相位残留量，为调制指数，，为一体化信号带宽，为频率调制项，为控制gsfm波形瞬时频率函数形状的无量纲参数，t表示t时刻，为第i条干扰径所对应的路径时延；

19、将载波相位偏差作为对应干扰径的gsfm载波相位残留量。

20、进一步地，从当前接收信号中消除当前待消除的干扰径引入的多途干扰，包括：

21、根据当前待消除的第i条干扰径对应的信道冲激响应幅值，对上一接收机迭代过程得到的译码结果进行卷积处理，得到第i条干扰径对应的多途干扰向量；

22、根据第i条干扰径对应的gsfm载波相位残留量的共轭值，对当前接收信号进行相位补偿；表示共轭处理；

23、根据相位补偿后的当前接收信号与多途干扰向量构造第i条干扰径对应的干扰消除量，从当前接收信号中减去干扰消除量，得到更新后的当前接收信号，公式表示如下：

24、。

25、进一步地，对干扰消除后接收信号进行均衡和译码处理，包括：

26、将干扰消除后接收信号输入判决反馈均衡器，并在非首次接收机迭代过程中，将上一接收机迭代过程得到的译码软信息作为判决反馈均衡器的先验信息；

27、通过判决反馈均衡器计算干扰消除后接收信号中各待译码符号的对数似然比，并将对数似然比作为均衡外信息输出；

28、对均衡外信息进行解交织处理，并将解交织后的均衡外信息输入信道译码器进行信道译码，得到译码软信息；

29、对译码软信息进行判决，得到当前接收机迭代过程的译码结果。

30、第二方面，一种接收机装置，包括：

31、基带处理模块，用于接收经水声多径信道传播后的水声探测通信一体化信号，并进行基带化处理，得到基带一体化接收信号；其中，水声探测通信一体化信号为通信信息经相位调制后嵌入广义正弦调频 gsfm 信号脉冲内形成的信号；

32、信道估计模块，用于根据基带一体化接收信号中的训练序列部分，对水声多径信道进行信道估计，得到多个多径分量分别对应的信道冲激响应幅值和路径时延，并从多个多径分量中确定主径和主径以外的多个干扰径；

33、载波相位残留确定模块，用于根据各干扰径对应的路径时延和gsfm载波信号的相位函数，确定各干扰径对应的gsfm载波相位残留量；

34、干扰消除模块，用于在当前接收机迭代过程中，按照预设的路径顺序依次对各干扰径执行连续干扰消除；其中，针对当前待消除的干扰径，根据该干扰径对应的gsfm载波相位残留量对当前接收信号进行相位补偿，并根据该干扰径对应的信道冲激响应幅值和上一接收机迭代过程得到的译码结果，重构该干扰径对应的多途干扰向量；根据相位补偿后的当前接收信号和多途干扰向量，从当前接收信号中消除该干扰径引入的多途干扰，得到更新后的当前接收信号，并将更新后的当前接收信号用于下一干扰径的连续干扰消除，直至消除各干扰径，得到当前接收机迭代过程对应的干扰消除后接收信号；

35、均衡译码模块，用于对干扰消除后接收信号进行均衡和译码处理，得到当前接收机迭代过程的译码结果和译码软信息；

36、迭代控制模块，用于在未达到预设迭代终止条件时，将当前接收机迭代过程的译码结果用于下一接收机迭代过程中的多途干扰向量重构，并将当前接收机迭代过程的译码软信息用于下一接收机迭代过程中的均衡处理；在达到预设迭代终止条件时，输出当前接收机迭代过程的译码结果。

37、本发明还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，存储器中存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上所述的面向水声探测通信一体化的抗多途干扰接收方法。

38、本发明还提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的面向水声探测通信一体化的抗多途干扰接收方法。

39、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的面向水声探测通信一体化的抗多途干扰接收方法。

40、有益效果：

41、（1）本发明针对通信相位信息嵌入 gsfm 载波信号脉冲内形成的水声探测通信一体化信号，考虑了水声多径信道传播过程中不同多径分量带来的 gsfm 载波相位残留影响。相比仅将多径传播视为普通码间干扰的接收处理方式，本发明将多径分量的路径时延与 gsfm 载波信号的相位函数相结合，确定各多径分量对应的 gsfm 载波相位残留量，使接收端能够针对一体化信号自身的载波相位特性进行干扰建模，从而提高多途干扰表征的准确性。

42、（2）本发明在多途干扰消除过程中，并非仅根据信道冲激响应对多径干扰进行常规重构，而是先利用待消除多径分量对应的 gsfm 载波相位残留量对解调后一体化接收信号进行相位补偿，再结合待消除多径分量对应的信道冲激响应和上一迭代过程得到的译码结果生成干扰向量，并据此更新当前接收信号。由此能够减少 gsfm 载波相位残留对通信相位判决的影响，提高干扰消除结果与实际接收信号之间的匹配程度。