CN105790855A - 基于时延差编码原理的声信号发射方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水下声通信领域，为提供一种基于时延差编码原理的声信号发射方法及装置，能将计算机上存储的各种声数据转换成声信号发射出去。本发明采用的技术方案是，基于时延差编码原理的声信号发射方法及装置，结构包括：发射码产生器分别与通信参数设置器、声数据库存储器相连，发射码产生器连接到传输协议形成器，传输协议形成器通过数据接口与协议解码器相连，协议解码器、发射控制器、数模转换器、滤波器、功率放大器、发射换能器依次相连；协议解码器还连接数据缓存器。本发明主要应用于水下声通信场合。

Description

基于时延差编码原理的声信号发射方法及装置

技术领域

本发明属于水下声通信领域，特别是基于时延差编码原理的声信号发射方法及装置。

背景技术

时延差编码通信是一种抗多途时延扩展及抗多途干扰的有效的水下声通信体制。本发明提出了一种基于时延差编码原理的声信号发射方法及装置，基于该方法并通过该装置，能将存于计算机上的声数据，以时延差编码的方式传送给数据发送模块，数据发送模块再通过数模转换器将数据转换成模拟信号发射出去。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于时延差编码原理的声信号发射方法及装置，能将计算机上存储的各种声数据转换成声信号发射出去。本发明采用的技术方案是，基于时延差编码原理的声信号发射装置,结构包括：发射码产生器分别与通信参数设置器、声数据库存储器相连，发射码产生器连接到传输协议形成器，传输协议形成器通过数据接口与协议解码器相连，协议解码器、发射控制器、数模转换器、滤波器、功率放大器、发射换能器依次相连；协议解码器还连接数据缓存器。

发射码产生器、通信参数设置器、声数据库存储器、传输协议形成器集成在计算机上，通信参数设置器用于对通信速率V、单个码元所占用的时间长度T、码元数量N、声数据类型M进行设置，然后，将设定的参数经通信数据接口传送给发射码产生器；发射码产生器根据通信参数设置器传来的参数V、T、N和M，从声数据库存储器中摘取出自相关性好且互相关性小的声脉冲或声脉冲串，构成发射码元集合C；发射码产生器再将参数V、T、N和M以及码元集合A传送至传输协议形成器；传输协议形成器根据接收到的参数V、T、N和M以及码元集合C，产生控制帧格式；控制帧由如下部分组成：帧头A，通信速度V、时间长度T、码元数量N、声数据类型M、第1至N个码元、码元间隔符和帧尾A；控制帧经数据接口输出到协议解码器；待发送数据也通过数据接口输出到协议解码器进行发送。

协议解码器、数据缓存器和发射控制器集成在微处理器上，协议解码器将通信速度V、时间长度T、码元数据N和声数据类型M这些参数存放于自身的寄存器中，并将待发送数据存放在数据存储器，并通过发射控制器根据前述参数控制发送待发送数据。

基于时延差编码原理的声信号发射方法,包括如下两个步骤:

第一步为码元产生及控制参数下传过程，其包括如下流程：

(1)利用通信参数设置器，根据不同的应用需要，对通信速率V、单个码元所占用的时间长度T、码元数量N、声数据类型M进行设置；然后，将设定的参数传送给发射码产生器；另一方面，通信参数设置器及通信数据接口用于与待通信的信息接口，并将通信信息

(2)利用发射码产生器，根据通信参数设置器1传来的参数V、T、N和M，从声数据库存储器中摘取出自相关性好且互相关性小的声脉冲或声脉冲串，构成发射码元集合C；再将参数V、T、N和M以及码元集合C传送至传输协议形成器；

(3)利用传输协议形成器，根据接收到的参数V、T、N和M以及码元集合C，产生控制帧格式；控制帧由如下部分组成：帧头A，通信速度V、时间长度T、码元数量N、声数据类型M、第1至N个码元、码元间隔符和帧尾A组成；将控制帧经数据发送接口发送至协议解码器；同时将待发送数据也通过数据发送接口发送至协议解码器；

(4)利用协议解码器对接收到的控制帧进行解码后，一方面，将码元1至N存放在数据存储器中；另一方面，将通信速度V、时间长度T、码元数据N和声数据类型M这些参数存放于协议解码器自身的寄存器中；

第二步为通信信息发送过程，其包括如下流程：

利用协议解码器基于时延差编码原理，并根据第一步中接收到的通信速度V、时间长度T、码元数据N和声数据类型M这些参数，从数据存储器中提取出对应的码元，发送至发射控制器；依次经发射控制器、数模转换器、滤波器、功率放大器、发射换能器发射出去。

进一步地，帧头A用于标注每一帧数据的开始；通信速度V代表设定的通信速率；时间长度T代表每个码元在时延差编码通信体制下所占用的时间长度；码元数量N代表所摘取出的自相关性好且互相关性小的声脉冲或声脉冲串的数量；声数据类型M代表从声数据库存储器中所选择声音数据的类型，码元1至N代表所摘取出为的第1至第N个码元；间隔符用于区分相邻码元之间的边界；帧尾A用于标注每一帧数据的结束。

本发明的特点及有益效果是：

提供一种基于时延差编码原理的声信号发射方法及装置，能将计算机上存储的各种声数据转换成声信号发射出去。

附图说明：

图1示出本发明中所述方法的实现过程。

图2示出本发明中所述的控制帧格式。

图1中：1为通信参数设置器；2为声数据库；3为发射码产生器；4为传输协议形成器；5为数据发送接口；6为计算机；7为数据发送模块；8为数据接收接口；9为微处理器；10为协议解码器；11为发射控制器；12为存储器；13为数模转换器；14为滤波器；15为功率放大器；16为发射换能器。

具体实施方式

为克服现有技术的不足，本发明提供一种基于时延差编码原理的声信号发射方法及装置。

本发明采取的技术方案是，一种基于时延差编码原理的声信号发射方法及装置，其实现装置如图1所示，其实现过程包括两个步骤：

第一步为码元产生及控制参数下传过程，其包括如下流程：

(1)通信参数设置器1，一方面，用于根据不同的应用需要，对通信速率V、单个码元所占用的时间长度T、码元数量N、声数据类型M进行设置；然后，将设定的参数传送给发射码产生器3；另一方面，通信参数设置器及通信数据接口1用于与待通信的信息接口，并将通信信息

(2)进一步地，声数据库2中存放有各种声数据，如线性调频脉冲数据、海洋哺乳动物声数据、鸟类叫声数据、单频脉冲数据、脉冲串数据等；

(3)进一步地，发射码产生器3根据通信参数设置器1传来的参数V、T、N和M，从声数据库2中摘取出自相关性好且互相关性小的声脉冲或声脉冲串，构成发射码元集合C；发射码产生器3再将参数V、T、N和M以及码元集合A传送至传输协议形成器4；

(4)进一步地，传输协议形成器4根据接收到的参数V、T、N和M以及码元集合C，产生如图2所示的控制帧格式；控制帧由如下部分组成：帧头A，通信速度V、时间长度T、码元数量N、声数据类型M、第1至N个码元、码元间隔符和帧尾A组成；

进一步地，帧头A用于标注每一帧数据的开始；通信速度V代表设定的通信速率；时间长度T代表每个码元在时延差编码通信体制下所占用的时间长度；码元数量N代且所摘取出的自相关性好且互相关性小的声脉冲或声脉冲串的数量；声数据类型M代表从声数据库2中所选择声音数据的类型，例如海洋哺乳动物声中的虎鲸叫声、海豚叫声、或人为产生的线性调频信号、单频脉冲信号等；码元1至N代表所摘取出为的第1至第N个码元；间隔符用于区分相邻码元之间的边界；帧尾A用于标注每一帧数据的结束；

(5)进一步地，传输协议形成器4将控制帧发送至数据发送接口5；

(6)进一步地，数据发送接口5是一种通用接口，用于计算机与其它设备之间进行数据和命令双向传输，例如，数据发送接口5可以是串行接口、USB接口、以太网接口或PCI接口等；

(7)进一步地，数据接收接口8为与数据发送接口相匹配的接口，用于接收来自于数据发送接口5的数据；

(8)进一步地，微处理器9包含协议解码器10和发射控制器11；协议解码器10对接收到的控制帧进行解码后，一方面，将码元1至N存放在存储器12中；另一方面，将通信速度V、时间长度T、码元数据N和声数据类型M这些参数存放于协议解码器自身的寄存器中；

经过上述流程，码元被存储在存储器12中，且通信速度V、时间长度T、码元数据N和声数据类型M这些参数被存放于协议解码器自身的寄存器中；

第二步为通信信息发送过程，其包括如下流程：

(1)通信数据16被发送到数据发送接口5，数据发送接口5将通信数据转发至数据接收接口8；

(2)数据接收接口8再将通信数据发送至协议解码器10，协议解码器10基于时延差编码原理，并根据第一步中接收到的通信速度V、时间长度T、码元数据N和声数据类型M这些参数，从存储器12中提取出对应的码元，发送至发射控制器11；

(3)发射控制器11在数模转换器13的时序下，将码元传送至数模转换器13；

(4)数模转换器13将码元数据转换成模拟信号后，输出至滤波器14；

(5)滤波器14对接收到的模拟信号进行滤波处理后，输出至功率放大器15；

(6)功率放大器15对信号进行功率放大后，输出至发射换能器16；

(7)发射换能器16将电信号转换成声信号后，发射出去。

在本发明的一个实施例中，发射码产生器、通信参数设置器、声数据库存储器、传输协议形成器集成在集成在一块芯片中，形成固化电路，以触发电平的形式实现数据传输和传输控制。同理，协议解码器、数据存储器和发射控制器也可集成在一块FPGA芯片上。

发射码产生器、通信参数设置器、声数据库存储器、传输协议形成器、协议解码器、数据存储器和发射控制器，也可各自以固化电路方式工作。

Claims (5)

1.一种基于时延差编码原理的声信号发射装置，其特征是，结构包括：发射码产生器分别与通信参数设置器、声数据库存储器相连，发射码产生器连接到传输协议形成器，传输协议形成器通过数据接口与协议解码器相连，协议解码器、发射控制器、数模转换器、滤波器、功率放大器、发射换能器依次相连；协议解码器还连接数据缓存器。

2.如权利要求1所述的基于时延差编码原理的声信号发射装置，其特征是，发射码产生器、通信参数设置器、声数据库存储器、传输协议形成器集成在计算机上，通信参数设置器用于对通信速率V、单个码元所占用的时间长度T、码元数量N、声数据类型M进行设置，然后，将设定的参数经通信数据接口传送给发射码产生器；发射码产生器根据通信参数设置器传来的参数V、T、N和M，从声数据库存储器中摘取出自相关性好且互相关性小的声脉冲或声脉冲串，构成发射码元集合C；发射码产生器再将参数V、T、N和M以及码元集合A传送至传输协议形成器；传输协议形成器根据接收到的参数V、T、N和M以及码元集合C，产生控制帧格式；控制帧由如下部分组成：帧头A，通信速度V、时间长度T、码元数量N、声数据类型M、第1至N个码元、码元间隔符和帧尾A；控制帧经数据接口输出到协议解码器；待发送数据也通过数据接口输出到协议解码器进行发送。

3.如权利要求1所述的基于时延差编码原理的声信号发射装置，其特征是，协议解码器、数据缓存器和发射控制器集成在微处理器上，协议解码器将通信速度V、时间长度T、码元数据N和声数据类型M这些参数存放于自身的寄存器中，并将待发送数据存放在数据存储器，并通过发射控制器根据前述参数控制发送待发送数据。

4.一种基于时延差编码原理的声信号发射方法,其特征是，包括如下两个步骤：

第一步为码元产生及控制参数下传过程，其包括如下流程：

(1)利用通信参数设置器，根据不同的应用需要，对通信速率V、单个码元所占用的时间长度T、码元数量N、声数据类型M进行设置；然后，将设定的参数传送给发射码产生器；另一方面，通信参数设置器及通信数据接口用于与待通信的信息接口，并将通信信息

(2)利用发射码产生器，根据通信参数设置器1传来的参数V、T、N和M，从声数据库存储器中摘取出自相关性好且互相关性小的声脉冲或声脉冲串，构成发射码元集合C；再将参数V、T、N和M以及码元集合C传送至传输协议形成器；

(3)利用传输协议形成器，根据接收到的参数V、T、N和M以及码元集合C，产生控制帧格式；控制帧由如下部分组成：帧头A，通信速度V、时间长度T、码元数量N、声数据类型M、第1至N个码元、码元间隔符和帧尾A组成；将控制帧经数据发送接口发送至协议解码器；同时将待发送数据也通过数据发送接口发送至协议解码器；

(4)利用协议解码器对接收到的控制帧进行解码后，一方面，将码元1至N存放在数据存储器中；另一方面，将通信速度V、时间长度T、码元数据N和声数据类型M这些参数存放于协议解码器自身的寄存器中；

第二步为通信信息发送过程，其包括如下流程：

利用协议解码器基于时延差编码原理，并根据第一步中接收到的通信速度V、时间长度T、码元数据N和声数据类型M这些参数，从数据存储器中提取出对应的码元，发送至发射控制器；依次经发射控制器、数模转换器、滤波器、功率放大器、发射换能器发射出去。

5.如权利要求4所述的基于时延差编码原理的声信号发射方法,其特征是，帧头A用于标注每一帧数据的开始；通信速度V代表设定的通信速率；时间长度T代表每个码元在时延差编码通信体制下所占用的时间长度；码元数量N代表所摘取出的自相关性好且互相关性小的声脉冲或声脉冲串的数量；声数据类型M代表从声数据库存储器中所选择声音数据的类型，码元1至N代表所摘取出为的第1至第N个码元；间隔符用于区分相邻码元之间的边界；帧尾A用于标注每一帧数据的结束。