CN112187697A

CN112187697A - 水声通信探测信号生成方法、装置、设备及存储介质

Info

Publication number: CN112187697A
Application number: CN202011339473.6A
Authority: CN
Inventors: 李胜全; 张爱东; 吴金秋; 齐晓飞; 周佳琼; 张翼
Original assignee: Peng Cheng Laboratory
Current assignee: Peng Cheng Laboratory
Priority date: 2020-11-25
Filing date: 2020-11-25
Publication date: 2021-01-05
Anticipated expiration: 2040-11-25
Also published as: WO2022110410A1; CN112187697B

Abstract

本发明公开了一种水声通信探测信号生成方法、装置、设备及存储介质，相较于现有技术中将水下探测和水下通信作为独立的设备单独设计和使用、水下通信和水下探测分别使用不同的信号，本发明获取初始OFDM通信信号和前导序列，并生成与初始OFDM通信信号对应的单频信号，将前导序列和单频信号添加至初始OFDM通信信号中以生成通信探测一体化信号，通过通信探测一体化信号可在通信节点间进行水下通信的同时，对通信节点覆盖范围内的水下物体进行探测，以达到水声通信探测一体化的效果。

Description

水声通信探测信号生成方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及水声通信技术领域，尤其涉及一种水声通信探测信号生成方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

水下目标探测主要通过声学手段，可采用主、被动两种工作模式，利用目标反射回波或者目标辐射噪声，采用声基元阵列和时间相关运算获得空间和时间增益，达到提高水下目标探测作用距离的目的。水下通信技术是以声波为载体实现信息在海洋中的传输，随着科学技术的发展，无论水下勘探、作业等民用领域还是水下作战等军用领域，水下设备正向着信息化、系统化和集成化的方向发展。水下探测及水下通信是水下信息获取的必要手段，是水声信息技术中备受重视的研究领域。现有的水下信息系统中，水下探测和水下通信往往作为独立的设备单独设计和使用，给体积占用、功率消耗方面带来很大压力，而水下通信和水下探测也分别使用不同的信号，难以将两者进行结合，导致水声通信探测一体化难以实现。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是

现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种水声通信探测信号生成方法、装置、设备及存储介质，旨在解决现有技术中水下通信和水下探测分别使用不同的信号，难以将两者进行结合的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种水声通信探测信号生成方法，所述水声通信探测信号生成方法包括以下步骤：

获取初始正交频分复用OFDM通信信号和前导序列；

根据所述初始OFDM通信信号生成单频信号；

将所述前导序列和所述单频信号添加至所述初始OFDM通信信号中，以生成通信探测一体化信号，所述通信探测一体化信号用于在通信节点间进行水下通信的同时，对通信节点覆盖范围内的水下物体进行探测。

可选地，所述根据所述初始OFDM通信信号生成单频信号，包括：

从所述初始OFDM通信信号中提取OFDM符号；

检测所述OFDM符号对应的持续时间，并根据所述持续时间生成单频信号。

可选地，所述将所述前导序列和所述单频信号添加至所述初始OFDM通信信号中，以生成通信探测一体化信号，包括：

将所述前导序列和所述单频信号添加至所述初始OFDM通信信号中，以生成待优化信号；

对所述待优化信号进行优化处理，以获得通信探测一体化信号。

可选地，所述将所述前导序列和所述单频信号添加至所述初始OFDM通信信号中，以生成待优化信号，包括：

检测所述前导序列对应的保护间隔；

将所述单频信号插入至所述OFDM符号中，以获得目标OFDM符号；

根据所述保护间隔将所述前导序列与所述目标OFDM符号进行组合，以生成待优化信号。

可选地，所述对所述待优化信号进行优化处理，以获得通信探测一体化信号，包括：

获取所述前导序列对应的信号类型；

根据所述信号类型确定所述前导序列对应的第一模糊度函数；

根据所述第一模糊度函数对所述待优化信号进行精度优化处理，以获得待处理信号；

通过预设峰均比抑制算法对所述待处理信号进行功率优化处理，以获得通信探测一体化信号。

可选地，所述根据所述第一模糊度函数对所述待优化信号进行精度优化处理，以获得待处理信号之前，还包括：

检测所述OFDM符号对应的调制方式；

根据所述调制方式确定所述OFDM符号对应的第二模糊度函数；

相应地，所述根据所述第一模糊度函数对所述待优化信号进行精度优化处理，以获得待处理信号，包括：

根据所述第一模糊度函数和所述第二模糊度函数对所述待优化信号进行精度优化处理，以获得待处理信号。

可选地，所述将所述前导序列和所述单频信号添加至所述初始OFDM通信信号中，以生成通信探测一体化信号之后，还包括：

将所述通信探测一体化信号作为待发射信号，并向通信节点发射所述待发射信号，以进行水下通信；

在水下通信过程中接收待处理通信信号，并检测所述待处理通信信号中是否存在目标回波信号，所述目标回波信号为所述待发射信号接触到水下物体后返回的信号；

在所述待处理通信信号中存在所述目标回波信号时，从所述待处理通信信号中提取所述目标回波信号和目标通信信号；

基于所述前导序列和所述单频信号对所述目标回波信号进行多次多普勒估计和时延估计，以获得探测结果；

获取所述多普勒估计和时延估计过程中的参数信息，并基于所述参数信息对所述目标通信信号进行通信解调，以辅助获得目标通信结果。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种水声通信探测信号生成装置，所述水声通信探测信号生成装置包括：

信息获取模块，用于获取初始正交频分复用OFDM通信信号和前导序列；

单频信号模块，用于根据所述初始OFDM通信信号生成单频信号；

信号生成模块，用于将所述前导序列和所述单频信号添加至所述初始OFDM通信信号中，以生成通信探测一体化信号，所述通信探测一体化信号用于在通信节点间进行水下通信的同时，对通信节点覆盖范围内的水下物体进行探测。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种水声通信探测信号生成设备，所述水声通信探测信号生成设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的水声通信探测信号生成程序，所述水声通信探测信号生成程序被处理器执行时实现如上所述的水声通信探测信号生成方法的步骤。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有水声通信探测信号生成程序，所述水声通信探测信号生成程序被处理器执行时实现如上所述的水声通信探测信号生成方法的步骤。

本发明提出的水声通信探测信号生成方法，通过获取初始正交频分复用OFDM通信信号和前导序列；根据所述初始OFDM通信信号生成单频信号；将所述前导序列和所述单频信号添加至所述初始OFDM通信信号中，以生成通信探测一体化信号，所述通信探测一体化信号用于在通信节点间进行水下通信的同时，对通信节点覆盖范围内的水下物体进行探测。相较于现有技术中将水下探测和水下通信作为独立的设备单独设计和使用、水下通信和水下探测分别使用不同的信号，本发明获取初始OFDM通信信号和前导序列，并生成与初始OFDM通信信号对应的单频信号，将前导序列和单频信号添加至初始OFDM通信信号中以生成通信探测一体化信号，通过通信探测一体化信号可在通信节点间进行水下通信的同时，对通信节点覆盖范围内的水下物体进行探测，达到水声通信探测一体化的效果。

附图说明

图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的水声通信探测信号生成设备结构示意图；

图2为本发明水声通信探测信号生成方法第一实施例的流程示意图；

图3为本发明水声通信探测信号生成方法第二实施例的流程示意图；

图4为本发明水声通信探测信号生成方法一实施例的带有前导序列的OFDM符号结构示意图；

图5为本发明水声通信探测信号生成方法一实施例的不同前导序列的信号模糊度函数示意图；

图6为本发明水声通信探测信号生成方法一实施例的不同调制方式水声OFDM符号模糊度函数示意图；

图7为本发明水声通信探测信号生成方法一实施例的前导序列与OFDM符号间自适应功率优化技术示意图；

图8为本发明水声通信探测信号生成方法第三实施例的流程示意图；

图9为本发明水声通信探测信号生成装置第一实施例的功能模块示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的水声通信探测信号生成设备结构示意图。

如图1所示，该水声通信探测信号生成设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器（Central Processing Unit，CPU），通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏（Display）、输入单元比如按键，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口（如WI-FI接口）。存储器1005可以是高速随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）存储器，也可以是稳定的存储器（non-volatile memory），例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的设备结构并不构成对水声通信探测信号生成设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及水声通信探测信号生成程序。

在图1所示的水声通信探测信号生成设备中，网络接口1004主要用于连接外网，与其他网络设备进行数据通信；用户接口1003主要用于连接用户设备，与所述用户设备进行数据通信；本发明设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的水声通信探测信号生成程序，并执行本发明实施例提供的水声通信探测信号生成方法。

基于上述硬件结构，提出本发明水声通信探测信号生成方法实施例。

参照图2，图2为本发明水声通信探测信号生成方法第一实施例的流程示意图。

在第一实施例中，所述水声通信探测信号生成方法包括以下步骤：

步骤S10，获取初始正交频分复用OFDM通信信号和前导序列。

需要说明的是，本实施例的执行主体可为水声通信探测设备，还可为其他可实现相同或相似功能的设备，本实施例对此不作限制，在本实施例中，以水声通信探测设备为例进行说明。

在本实施例中，水声通信探测设备可为水声通信探测一体化设备，同时具备水声通信和水声探测的功能。由于水声通信和水声探测在工作原理、系统结构、信号处理以及工作频率上的相似，在本实施例中，将两者有机的结合集成，形成通信探测一体化，可减小平台的体积，降低功耗，增强隐蔽性，这些优点对水下环境尤为适用。水下通信探测一体化技术可实现多种资源共享，减小平台体积、降低功耗、提高隐蔽性等优点，是未来水声信息技术中重要的研究方向和发展趋势，对海洋的利用开发和海洋国防安全有着深远的意义。

通信探测一体化技术最早应用于雷达上，雷达领域的通信探测一体化技术相关研究较多，但很多也并非真正意义上的一体化技术，在声呐领域的探测通信一体化系统目前还处于起步阶段，水下信号的传输与水声信道关联性极大，并且水下的设备对能量利用率也有较高的要求，声呐领域的通信探测一体化技术是充分利用水下能量，节省设备空间的关键性技术，发射共用信号的设计对系统的能量利用率和探测性能、通信性能均有重要意义。

需要说明的是，前导序列为在通信系统中用于同步的序列，与探测中使用的序列相似。现有技术中没有没有基于OFDM的水声通信探测一体化技术相关研究，雷达中的相关研究没有应用前导序列，然而水声中运动目标带来的多普勒会对时延即距离的估计造成较大影响，因此，想要获得高精度的目标距离估计结果，需要用前导序列对时延进行粗估计后提取OFDM信号。雷达中的相关技术没有涉及前导序列，未提到信号到达时间估计的问题，而本申请中则获取前导序列，将前导序列添加到通信信号中，在通信探测过程中利用前导序列对时延进行粗估计。

应当理解的是，初始OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）通信信号为用来进行水下通信的信号，在本实施例中对该通信信号进行改进，在其中添加前导序列和单频信号，以生成通信探测一体化信号，通过前导序列和单频信号提高水声探测的精确性，通信探测一体化信号结构可实现通信节点间通信的同时，完成在通信节点覆盖范围内的水下物体的高精度、运动目标的探测。

步骤S20，根据所述初始OFDM通信信号生成单频信号。

应当理解的是，现有文献及研究中，没有基于OFMD的水声通信探测一体化研究，而在雷达领域中虽然有基于OFDM一体化信号的研究，但根据多普勒的计算公式（与信息传输载体（声波-水下、电磁波-雷达）在介质中的传播速度有关），雷达中信号的多普勒对系统影响小，因此较少针对多普勒估计和补偿的研究。水声中多普勒对系统影响大，且水声信道复杂，因此研究基于OFMD的水声通信探测一体化系统的探测目标往往是运动的，探测的结果需要对目标的距离和运动速度进行精确的估计，需充分考虑多普勒对整个系统的距离估计的影响。因此在发射信号的设计上需要考虑具有多普勒探测能力的信号，所述单频信号即为具有多普勒探测能力的信号。

雷达中的相关研究没有利用单频信号对多普勒进行粗估计，单频信号在水声通信中是最稳健的用于估计频偏（多普勒）的信号形式，现有研究中的利用OFDM进行估计的方法，如果目标是运动的，产生的多普勒对整个OFDM信号定时造成影响，会对信号的提取以及利用OFDM符号多普勒估计的方法都造成较大误差。因此，在本申请中生成与初始OFDM通信信号对应的单频信号，在通信探测过程中利用单频信号对多普勒进行粗估计。

进一步地，为了生成与初始OFDM通信信号更为适配的单频信号，所述根据所述初始OFDM通信信号生成单频信号，包括：

从所述初始OFDM通信信号中提取OFDM符号；检测所述OFDM符号对应的持续时间，并根据所述持续时间生成单频信号。

可以理解的是，可从初始OFDM通信信号中提取OFDM符号，并对OFDM符号进行检测，以确定OFDM符号对应的持续时间。在确定OFDM符号对应的持续时间后，可生成与OFDM符号持续时间相同的单频信号。

步骤S30，将所述前导序列和所述单频信号添加至所述初始OFDM通信信号中，以生成通信探测一体化信号。

需要说明的是，所述通信探测一体化信号用于在通信节点间进行水下通信的同时，对通信节点覆盖范围内的水下物体进行探测。所述前导序列可根据实际情况选择LFM，HFM，CW等信号及其任何组合等形式，本实施例对此不作限制。

应当理解的是，在获取前导序列并且生成单频信号后，可将前导序列和单频信号添加至初始OFDM通信信号中，以生成通信探测一体化信号，通过通信探测一体化信号进行水下通信，可在水下通信的同时对水下物体进行探测。

在本实施例中，相较于现有技术中将水下探测和水下通信作为独立的设备单独设计和使用、水下通信和水下探测分别使用不同的信号，本实施例获取初始OFDM通信信号和前导序列，并生成与初始OFDM通信信号对应的单频信号，将前导序列和单频信号添加至初始OFDM通信信号中以生成通信探测一体化信号，通过通信探测一体化信号可在通信节点间进行水下通信的同时，对通信节点覆盖范围内的水下物体进行探测，达到水声通信探测一体化的效果。

在一实施例中，如图3所示，基于第一实施例提出本发明水声通信探测信号生成方法第二实施例，所述步骤S30，包括：

步骤S301，将所述前导序列和所述单频信号添加至所述初始OFDM通信信号中，以生成待优化信号。

应当理解的是，可先将前导序列和单频信号添加至初始OFDM通信信号中，以生成待优化信号，再对待优化信号进行优化处理，以生成通信探测一体化信号。通过优化处理的方式，可充分利用前导序列和OFDM符号的时频特性，构建高精度的通信探测一体化信号，能够实现高精度的目标距离和运动速度的估计。

进一步地，所述将所述前导序列和所述单频信号添加至所述初始OFDM通信信号中，以生成待优化信号，包括：

检测所述前导序列对应的保护间隔；将所述单频信号插入至所述OFDM符号中，以获得目标OFDM符号；根据所述保护间隔将所述前导序列与所述目标OFDM符号进行组合，以生成待优化信号。

可以理解的是，可检测前导序列对应的保护间隔，首先将单频信号插入至OFDM符号中，以获得目标OFDM符号。其中，目标OFDM符号为插入有单频信号的OFDM符号。单频信号插入位置可依据实际多普勒不一致的情况，插入在OFDM符号的起始频率前、截至频率后及OFDM符号频段中间任意位置，本实施例对此不作限制。在获得目标OFDM符号后，可根据保护间隔将前导序列与目标OFDM符号进行组合，以生成待优化信号。

在具体实现中，如图4所述，图4中为带有前导序列的OFDM符号结构示意图，为一种添加前导序列以及单频信号的方式，还可为其他添加方式，本实施例对此不作限制，在本实施例中仅以图4所示的添加方式进行举例说明。

步骤S302，对所述待优化信号进行优化处理，以获得通信探测一体化信号。

应当理解的是，在获得待优化信号后，可对待优化信号进行优化处理，优化处理可分为精度优化处理和功率优化处理，在优化处理后可获得通信探测一体化信号。

进一步地，可根据模糊度函数与探测场景进行联合优化选择，以进行优化处理，所述对所述待优化信号进行优化处理，以获得通信探测一体化信号，包括：

获取所述前导序列对应的信号类型；根据所述信号类型确定所述前导序列对应的第一模糊度函数；根据所述第一模糊度函数对所述待优化信号进行精度优化处理，以获得待处理信号；通过预设峰均比抑制算法对所述待处理信号进行功率优化处理，以获得通信探测一体化信号。

应当理解的是，由于不同的前导序列的信号模糊度函数的并不相同，因此，可获取前导序列对应的信号类型，根据信号类型确定前导序列对应的第一模糊函数，进而根据第一模糊度函数对待优化信号进行精度优化处理。其中，模糊度函数为衡量信号探测能力的函数。

在具体实现中，如图5所示，图5为不同前导序列的信号模糊度函数示意图，图5中的（a）为LFM信号模糊度函数，（b）为CW信号模糊度函数，（c）为HFM信号模糊度函数，根据前导序列对应的信号类型，可从上述信号模糊度函数中选取与前导序列对应的第一模糊度函数。例如，在前导序列为LFM信号时，对应的第一模糊度函数为LFM信号模糊度函数。

应当理解的是，不同前导序列对应的模糊度函数是为了测距用的，在需要探测的水下物体为静止物体时，只需要确定前导序列对应的第一模糊度函数即可，根据第一模糊度函数对待优化信号进行精度优化处理，以获得待处理信号。

进一步地，由于探测的水下物体并不都是静止物体，还存在运动物体，而在探测运动物体时，探测结果可能会不准确，因此，为了提高探测结果的准确性，所述根据所述第一模糊度函数对所述待优化信号进行精度优化处理，以获得待处理信号之前，还包括：

检测所述OFDM符号对应的调制方式；根据所述调制方式确定所述OFDM符号对应的第二模糊度函数；

需要说明的是，OFDM符号中可包含不同编码、调制方式，可依据模糊度函数的不同，与探测场景进行联合匹配选择。其中，本实施例中的OFDM符号对应的OFDM调制方式包括但不限于BPSK、BFSK、8PSK以及QPSK等调制方式。

应当理解的是，可检测OFDM符号对应的调制方式，并根据调整方式确定OFDM符号对应的第二模糊度函数。

在具体实现中，如图6所示，图6为不同调制方式水声OFDM符号模糊度函数示意图，图6中的a为BFSK调制模糊度函数，b为BPSK调制模糊度函数，c为8FSK调制模糊度函数，d为QPSK调制模糊度函数，根据OFDM符号的调制方式，可从上述调制模糊度函数中选取与OFDM符号对应的第二模糊度函数。例如，在OFDM符号为BFSK调制方式时，对应的第二模糊度函数为BFSK调制模糊度函数。

应当理解的是，本实施例中在水下物体为移动物体，即存在多普勒时，可将第一模糊度函数和第二模糊度函数相结合来对待优化信号进行精度优化处理，以获得待处理信号。

在具体实现中，先进行一次通信后，得到初步反馈，然后根据反馈结果判定是否需要使用到第二模糊度函数，以调整下次发射信号。

可以理解的是，不同的调制方式和不同前导序列具有不同的模糊度函数，即估计时延和多普勒的精度不同，因此在本实施例中充分利用不同信号结构模糊度函数及降低峰均比后整合信号的模糊度函数，对信号进行选择，实现通信探测一体化。

应当理解的是，待处理信号为整合好的OFDM符号（带有前导序列且已插入单频信号的OFDM符号），可对待处理信号进行功率优化处理，其中，OFDM符号内部采用峰均比抑制技术，OFDM与前导序列之间采用自适应功率优化调整技术。其中峰均比抑制技术可以实现OFDM峰均比降低的同时，调整包括前导序列在内的整个信号功率优化的目的。因此，可通过峰均比（PAPR）抑制算法对所述待处理信号进行功率优化处理，以获得通信探测一体化信号。其中，PAPR为信号的峰值平均功率比，该参数高是OFDM系统的缺点，影响整个系统的发射功率分配及功率利用率，其值越低越好。

在具体实现中，如图7所示，图7为前导序列与OFDM符号间自适应功率优化技术示意图，在得到待处理信号后，可通过峰均比抑制算法对待处理信号进行自适应调整，以进行功率优化处理，得到通信探测一体化信号。

在本实施例中，将所述前导序列和所述单频信号添加至所述初始OFDM通信信号中，以生成待优化信号；对所述待优化信号进行优化处理，以获得通信探测一体化信号，通过上述方式可使生成的通信探测一体化信号更加适应于水下通信和水下探测，提高水下通信探测的精确度。

在一实施例中，如图8所示，基于第一实施例或第二实施例提出本发明水声通信探测信号生成方法第三实施例，在本实施例中，基于第一实施例进行说明，所述步骤S30之后，还包括：

步骤S401，将所述通信探测一体化信号作为待发射信号，并向通信节点发射所述待发射信号，以进行水下通信。

应当理解的是，在生成通信探测一体化信号后，可将通信探测一体化信号作为待发射信号，水声通信探测设备可根据通信信息确定需要进行信息通信的通信节点，并向通信节点发射待发射信号，以进行水下通信。其中，通信节点可为一个，也可为多个，本实施例对此不作限制。

步骤S402，在水下通信过程中接收待处理通信信号，并检测所述待处理通信信号中是否存在目标回波信号，所述目标回波信号为所述待发射信号接触到水下物体后返回的信号。

应当理解的是，在水下通信过程中，在通信范围内，如果待发射信号接触到水下物体后，会反射回信号，在本实施例中，将该信号称之为目标回波。其中，水下物体可为岩石、动物、植物以及潜艇等可以反射信号的物体，还可为其他物体，本实施例对此不作限制。

可以理解的是，在水声通信探测设备与通信节点进行水下通信的过程中，可接收到返回的待处理通信信号，可对待处理通信信号进行检测，以判断待处理通信信号中是否存在目标回波。

在待处理通信信号中不存在目标回波时，说明待处理通信信号是单纯的通信信号，因此，可直接对所述待处理通信信号进行正常的通信端解调，以得到通信结果。

步骤S403，在所述待处理通信信号中存在所述目标回波信号时，从所述待处理通信信号中提取所述目标回波信号和目标通信信号。

应当理解的是，在待处理信号中存在目标回波时，则信号分为两路，一路进行探测流程调解，一路进行通信流程调解。可从待处理信号中提取目标回波和目标通信信号，基于所述目标回波进行探测流程调解，并基于所述目标通信信号进行通信流程调解。

步骤S404，基于所述前导序列和所述单频信号对所述目标回波信号进行多次多普勒估计和时延估计，以获得探测结果。

应当理解的是，可先进行探测调解，在探测调解的过程中，可基于前导序列和单频信号对目标回波进行多次多普勒估计和时延估计，以获得探测结果。其中，多普勒估计和时延估计的具体次数可为任意数值，可根据实际情况进行调整，本实施例对此不作限制，在本实施例中，以两次多普勒估计和两次时延估计为例进行说明。

可以理解的是，水声中多普勒对系统影响大，且水声信道复杂，因此探测目标往往是运动的，探测的结果需要对目标的距离和运动速度进行精确的估计，需充分考虑多普勒对整个系统的距离估计的影响。因此，为了减小探测误差，实现高精度的探测，在本实施例中对目标回波进行多次多普勒估计和时延估计来获得探测结果。其中，由于时延指的是信号发出和接收之间的时间，而信号的传输速度是可知的，因此，在确定时延后便可得到距离，本实施例中的时延估计也可称之为距离估计，其目的是为了确定水下物体与水下通信探测设备之间的距离。

步骤S405，获取所述多普勒估计和时延估计过程中的参数信息，并基于所述参数信息对所述目标通信信号进行通信解调，以辅助获得目标通信结果。应当理解的是，可获取多普勒估计和时延估计过程中的参数信息，其中，参数信息可为多普勒信息，具体可为目标距离和目标运动速度对应的多普勒信息，并将多普勒信息反馈到通信流程，以对目标通信信号进行通信解调，消除此处多普勒对系统的影响，以辅助获得目标通信结果，所述目标通信结果为更准确的通信结果，从而既可得到准确的探测结果也可得到准确的通信结果，提高了通信探测系统的准确性。

需要说明的是，目标通信结果为两个终端之间的通信结果，通过参数信息辅助通信解调的方式，可获得更为准确的通信结果，从而提高通信效果。

在具体实现中，在终端a和终端b进行通信的过程中，如果发现了目标c，在通信的同时可对目标c进行探测估计，探测结果为对目标c进行的探测估计的结果，目标通信结果为终端a和终端b之间的通信结果。

进一步地，所述基于所述前导序列和所述单频信号对所述目标回波信号进行多次多普勒估计和时延估计，以获得探测结果，包括：

（1）基于所述前导序列对所述目标回波信号进行时延粗估计，以获得第一待处理信号。

应当理解的是，由于水声中运动物体带来的多普勒会对时延距离的估计造成较大影响，因此，想获得高精度的距离估计结果，需要用前导序列进行时延粗估计后提取OFDM信号。

因此，可基于前导序列对目标回波信号进行时延粗估计，得到时延粗估计结果，即距离粗估计结果，将进行时延粗估计后的目标回波信号称之为第一待处理信号。

（2）从所述第一待处理信号中提取出前导序列和参考OFDM符号，以获得第二待处理信号。

应当理解的是，可从第一待处理信号中提取出前导序列和参考OFDM符号，并将提取出前导序列和参考OFDM符号的信号称之为第二待处理信号。

（3）对所述第二待处理信号进行傅里叶变换，以获得第三待处理信号。

应当理解的是，可对第二待处理信号进行傅里叶变换，并将进行傅里叶变换后的信号称之为第三待处理信号。

（4）基于所述第三待处理信号进行多普勒粗估计和多普勒一次补偿，以确定一次补偿后的参考OFDM符号。

应当理解的是，单频信号在水声通信中是最稳健的用于估计频偏（多普勒）的信号行驶，如果目标是运动的，产生的多普勒对整个OFDM信号定时造成影响，会对信号的提取以及利用OFDM符号进行多普勒估计的方法都造成较大误差。

因此，在获得第三待处理信号后，可从第三待处理信号中提取参考单频信号，进而计算参考单频信号与单频信号之间的频率差，通过频率差进行多普勒粗估计和多普勒一次补偿，并且可以获得一次补偿后的参考OFDM符号。

进一步地，为了降低多普勒估计以及多普勒补偿的误差，提高水下探测精度，所述基于所述第三待处理信号进行多普勒粗估计和多普勒一次补偿，包括：

基于频域通过窄带滤波器从所述第三待处理信号中提取参考单频信号；根据所述单频信号和所述参考单频信号进行多普勒粗估计和多普勒一次补偿。

应当理解的是，可基于频域通过窄带滤波器从第三待处理信号中提取参考单频信号，对水下物体的运动速度进行多普勒粗估计，对运动速度带来的多普勒粗估计进行多普勒一次补偿。

进一步地，为了获得单频信号和参考单频信号之间的频率差，用于多普勒估计和多普勒补偿，所述根据所述单频信号和所述参考单频信号进行多普勒粗估计和多普勒一次补偿，包括：

获取所述单频信号对应的第一信号频率以及所述参考单频信号对应的第二信号频率；根据所述第一信号频率和所述第二信号频率计算频率差；根据所述频率差进行多普勒粗估计，以获得多普勒粗估计结果；根据所述多普勒粗估计结果进行多普勒一次补偿。

可以理解的是，由于单频信号是在生成待发射信号时添加的，而参考单频信号也已经提取得到了，因此，可分别获取单频信号对应的第一信号频率以及参考单频信号对应的第二信号频率，然后根据第一信号频率和第二信号频率计算单频信号与参考单频信号之间的频率差，进而根据频率差进行多普勒粗估计，以获得多普勒粗估计结果，然后根据多普勒粗估计结果进行多普勒一次补偿。

（5）基于所述一次补偿后的参考OFDM符号进行多普勒精估计和多普勒二次补偿，以获得第四待处理信号。

应当理解的是，可对一次补偿后的参考OFDM符号的载波频偏进行扫测，得到多普勒精估计结果并进行多普勒二次补偿，以获得第四待处理信号，其中，第四待处理信号中包含前导序列和参考OFDM符号。

进一步地，为了提高多普勒二次补偿的精确性，所述基于所述一次补偿后的参考OFDM符号进行多普勒精估计和多普勒二次补偿，包括：

对所述一次补偿后的参考OFDM符号的载波频偏进行扫测，以获得扫测结果；根据所述扫测结果确定载波间频率的偏移；根据所述载波间频率的偏移进行多普勒精估计，以获得多普勒精估计结果；根据所述多普勒精估计结果进行多普勒二次补偿。

应当理解的是，可对一次补偿后的参考OFDM符号的载波频偏进行扫测，获得扫测结果，并根据扫测结果确定载波间频率的偏移，实现多普勒精估计和多普勒二次补偿。

（6）对所述第四待处理信号进行反傅里叶变换，以获得第五待处理信号；对所述第五待处理信号进行时延精估计，以获得探测结果。

应当理解的是，在进行时延粗估计以及两次多普勒估计和补偿后，可进一步对第四待处理信号进行时延精估计，以获得探测结果，从而实现高精度探测。

可以理解的是，可对第四待处理信号进行反傅里叶变换，将反傅里叶变换之后的信号称之为第五待处理信号，进而对第五待处理信号进行时延精估计，以获得高精度的探测结果。

在具体实现中，水声通信探测设备上设置有发射端和接收端，接收端又可分为通信接收端和探测接收端，通过发射端发射待发射信号，通过通信接收端接收目标通信信号，并通过探测接收端接收目标回波信号，从而在一个设备上可实现同时进行水下通信和水下探测。接收端在接收到待处理通信信号后，检测待处理通信信号中是否存在目标回波信号，若未检测到目标回波信号，则进行正常的通信端解调。若检测到目标回波信号，则如图4所示，将信号分为两路，基于目标回波信号进行探测流程解调，并基于目标通信信号进行通信流程解调。探测流程估计完目标距离和目标运动速度后，将多普勒信息反馈到通信流程，以消除此处多普勒对系统的影响。

在本实施例中，通过上述方案可实现在节点间通信的同时完成在通信节点覆盖范围内的水下物体的探测，从而通过一个设备来同时进行水下探测和水下通信，减小了平台体积、节省了系统能量，并增强了隐蔽性。

此外，本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有水声通信探测信号生成程序，所述水声通信探测信号生成程序被处理器执行时实现如上文所述的水声通信探测信号生成方法的步骤。

由于本存储介质采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

此外，参照图9，本发明实施例还提出一种水声通信探测信号生成装置，所述水声通信探测信号生成装置包括：

信息获取模块10，用于获取初始正交频分复用OFDM通信信号和前导序列。

单频信号模块20，用于根据所述初始OFDM通信信号生成单频信号。

信号生成模块30，用于将所述前导序列和所述单频信号添加至所述初始OFDM通信信号中，以生成通信探测一体化信号，所述通信探测一体化信号用于在通信节点间进行水下通信的同时，对通信节点覆盖范围内的水下物体进行探测。

在一实施例中，所述单频信号模块20，还用于从所述初始OFDM通信信号中提取OFDM符号；检测所述OFDM符号对应的持续时间，并根据所述持续时间生成单频信号。

在一实施例中，所述信号生成模块30，还用于将所述前导序列和所述单频信号添加至所述初始OFDM通信信号中，以生成待优化信号；对所述待优化信号进行优化处理，以获得通信探测一体化信号。

在一实施例中，所述信号生成模块30，还用于检测所述前导序列对应的保护间隔；将所述单频信号插入至所述OFDM符号中，以获得目标OFDM符号；根据所述保护间隔将所述前导序列与所述目标OFDM符号进行组合，以生成待优化信号。

在一实施例中，所述信号生成模块30，还用于获取所述前导序列对应的信号类型；根据所述信号类型确定所述前导序列对应的第一模糊度函数；根据所述第一模糊度函数对所述待优化信号进行精度优化处理，以获得待处理信号；通过预设峰均比抑制算法对所述待处理信号进行功率优化处理，以获得通信探测一体化信号。

在一实施例中，所述信号生成模块30，还用于检测所述OFDM符号对应的调制方式；根据所述调制方式确定所述OFDM符号对应的第二模糊度函数；根据所述第一模糊度函数和所述第二模糊度函数对所述待优化信号进行精度优化处理，以获得待处理信号。

在一实施例中，所述水声通信探测信号生成装置还包括通信探测模块，用于将所述通信探测一体化信号作为待发射信号，并向通信节点发射所述待发射信号，以进行水下通信；在水下通信过程中接收待处理通信信号，并检测所述待处理通信信号中是否存在目标回波信号，所述目标回波信号为所述待发射信号接触到水下物体后返回的信号；在所述待处理通信信号中存在所述目标回波信号时，从所述待处理通信信号中提取所述目标回波信号和目标通信信号；基于所述前导序列和所述单频信号对所述目标回波信号进行多次多普勒估计和时延估计，以获得探测结果；获取所述多普勒估计和时延估计过程中的参数信息，并基于所述参数信息对所述目标通信信号进行通信解调，以辅助获得目标通信结果。

在本发明所述水声通信探测信号生成装置的其他实施例或具体实现方法可参照上述各方法实施例，此处不再赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该估算机软件产品存储在如上所述的一个估算机可读存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台智能设备(可以是手机，估算机，水声通信探测信号生成设备，空调器，或者网络水声通信探测信号生成设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种水声通信探测信号生成方法，其特征在于，所述水声通信探测信号生成方法包括以下步骤：

获取初始正交频分复用OFDM通信信号和前导序列；

根据所述初始OFDM通信信号生成单频信号；

2.如权利要求1所述的水声通信探测信号生成方法，其特征在于，所述根据所述初始OFDM通信信号生成单频信号，包括：

从所述初始OFDM通信信号中提取OFDM符号；

3.如权利要求1所述的水声通信探测信号生成方法，其特征在于，所述将所述前导序列和所述单频信号添加至所述初始OFDM通信信号中，以生成通信探测一体化信号，包括：

4.如权利要求3所述的水声通信探测信号生成方法，其特征在于，所述将所述前导序列和所述单频信号添加至所述初始OFDM通信信号中，以生成待优化信号，包括：

检测所述前导序列对应的保护间隔；

5.如权利要求3所述的水声通信探测信号生成方法，其特征在于，所述对所述待优化信号进行优化处理，以获得通信探测一体化信号，包括：

获取所述前导序列对应的信号类型；

6.如权利要求5所述的水声通信探测信号生成方法，其特征在于，所述根据所述第一模糊度函数对所述待优化信号进行精度优化处理，以获得待处理信号之前，还包括：

检测所述OFDM符号对应的调制方式；

根据所述调制方式确定所述OFDM符号对应的第二模糊度函数；

7.如权利要求1~6中任一项所述的水声通信探测信号生成方法，其特征在于，所述将所述前导序列和所述单频信号添加至所述初始OFDM通信信号中，以生成通信探测一体化信号之后，还包括：

8.一种水声通信探测信号生成装置，其特征在于，所述水声通信探测信号生成装置包括：

9.一种水声通信探测信号生成设备，其特征在于，所述水声通信探测信号生成设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的水声通信探测信号生成程序，所述水声通信探测信号生成程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的水声通信探测信号生成方法的步骤。

10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有水声通信探测信号生成程序，所述水声通信探测信号生成程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的水声通信探测信号生成方法的步骤。