朱峰 蘇軍

（91388部隊(duì) 湛江 524022）

1 引言

隨著國(guó)家“海洋強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略不斷深化，水聲釋放器被廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。水聲釋放器通常采用遙控聲源發(fā)出多個(gè)不同頻率的CW脈沖信號(hào)，水聲釋放器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行頻率區(qū)分，當(dāng)接收到與預(yù)置頻率對(duì)應(yīng)時(shí)，水聲釋放器釋放［1～3］。

對(duì)于頻率區(qū)分目前主要fft法和過(guò)零法兩種方法，fft法較為準(zhǔn)確，但運(yùn)算量較大，處理較為復(fù)雜；過(guò)零法測(cè)頻率方法簡(jiǎn)單但誤差較大。利用Notch濾波器處理釋放器釋放的簡(jiǎn)單通信指令，具有方法簡(jiǎn)單，可行性強(qiáng)的特點(diǎn)［4～6］。

本文利用多通道Notch濾波器，對(duì)多個(gè)不同頻率的CW脈沖進(jìn)行包絡(luò)檢波，通過(guò)幅度門(mén)限和脈寬門(mén)限對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行判斷，以實(shí)現(xiàn)MFSK的通信方法。

2 算法設(shè)計(jì)

將接收信號(hào)輸入多通道Notch濾波器進(jìn)行分頻處理，過(guò)門(mén)限后，做譯碼處理，算法流程圖如圖1所示。

圖1 算法流程圖

2.1 單通道Notch濾波器

單通道Notch濾波器自適應(yīng)算法如圖2所示，圖中x(k)為輸入信號(hào)，y(k)為濾波器輸出，e(k)為濾波器殘差輸出，rc(k)與rs(k)為兩路正交輸入，A為幅值，w0為Notch濾波器的中心頻率，可表示為［7～10］

圖2 單通道Notch濾波器原理圖

遞推公式如下：

μ為自適應(yīng)濾波器的學(xué)習(xí)步長(zhǎng)，B為帶寬，可表示為

H（k）為濾波器輸出信號(hào)包絡(luò)可表示為

2.2 多通道Notch濾波器

多通道Notch濾波器建立在單通道Notch濾波器的基礎(chǔ)上，殘差輸出為各通道加和與輸入信號(hào)差值，其原理圖如圖3所示。

圖3 多通道Notch濾波器原理圖

wi為各通道濾波器的中心頻率，各路正交信號(hào)表示為

遞推公式如下：

各通道輸出包絡(luò)Hi(k)信號(hào)包絡(luò)可表示為

2.3 自適應(yīng)門(mén)限判斷

對(duì)于判斷單頻脈沖信號(hào)的判斷，主要利用信號(hào)幅度和信號(hào)脈寬。當(dāng)輸入信號(hào)同時(shí)大于幅度和脈寬門(mén)限時(shí)，則判定該脈沖有效。信號(hào)脈寬門(mén)限選取發(fā)射信號(hào)脈寬的一半。幅度門(mén)限采用自適應(yīng)幅度門(mén)限。自適應(yīng)門(mén)限原理圖如圖4所示。

選取一幀數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)加和求平均值，利用接收信號(hào)信噪比反推接收信號(hào)幅值，乘門(mén)限系數(shù)后將其作為幅值門(mén)限。影響自適應(yīng)門(mén)限主要有信號(hào)的占空比和信噪比兩個(gè)因素，根據(jù)接收信號(hào)占空比和信噪比合理選擇門(mén)限系數(shù)。K為門(mén)限系數(shù)，則自適應(yīng)幅度門(mén)限H_pan可表示為

圖4 自適應(yīng)幅度門(mén)限原理圖

3 仿真分析

3.1 多通道Notch濾波器實(shí)現(xiàn)分頻

在仿真中設(shè)計(jì)了四通道Notch濾波器，四路濾波器中心頻率分別為 4.1kHz、7.3kHz、11kHz和15.5kHz。輸入信號(hào)周期5ms，脈寬1ms，加入寬帶噪聲［11～12］，信噪比為 5dB，信號(hào)通過(guò)濾波器后，信號(hào)波型和輸出包絡(luò)如圖5、圖6。

如圖5示原始信號(hào)經(jīng)多通道Notch濾波器后，實(shí)現(xiàn)了頻率區(qū)分。如圖6所示，濾波器能夠記錄信號(hào)包絡(luò)，但受寬帶噪聲影響，包絡(luò)出現(xiàn)畸變，續(xù)利用幅度門(mén)限和脈寬門(mén)限對(duì)脈沖進(jìn)行判斷。

3.2 在不同信噪比比較誤碼率

Notch濾波器的四個(gè)通道中心頻率分別選取4.1kHz、7.3kHz、11kHz和15.5kHz，分別代表00、01、10和11四個(gè)碼元。接收信噪比由1dB增加到10dB，每次隨機(jī)3000個(gè)碼元。

圖5 濾波器波形輸出

圖6 濾波器包絡(luò)輸出

圖7 接收信噪比與誤碼率關(guān)系圖

誤碼率與接收信噪比關(guān)系圖如圖7所示，誤碼率隨信噪比增加逐漸變小，當(dāng)接收信噪比大于3dB時(shí)，誤碼率小于5%；當(dāng)接收信噪比大于5dB時(shí)，誤碼率接近為0。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種基于多通道Notch濾波器的通信方法，介紹了算法流程，并對(duì)多通道Notch濾波器的分頻功能和接收信噪比對(duì)誤碼率的影響加以仿真。仿真表明，在接收信噪比大于5dB時(shí)，誤碼率接近為0。該方法具有較好的抗噪聲能力，可應(yīng)用于處理水聲釋放器釋放的通信指令。