CN117560254B - 一种水声信道自适应均衡方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水声信道自适应均衡方法、装置、设备及存储介质，其中该方法包括步骤：采集各水声通道的基带信号，并对所述基带信号进行同步处理，得到同步后的采样信号；基于水声通信信号中的训练序列，利用自适应滤波进行自适应水声信道估计，得到发射端与各通道间的水声信道冲击响应；基于所述采样信号和所述水声信道冲击响应，进行分数间隔信号缩短预均衡，以自适应均衡水声信道。本申请能够通过信道缩短预均衡消除水声信道中的主要多径干扰，缩短多径扩展长度，进而使得预均衡后的自适应均衡系数长度可不受信道时变影响，提高自适应均衡器的实用性和鲁棒性。
Description
技术领域
本发明涉及水下无线通信技术领域，尤其涉及一种水声信道自适应均衡方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
水声通信是目前已知实现水下远距离无线信息传输的唯一技术手段，在海洋环境的开发和利用中发挥着关键作用。相比于陆地上的无线通信来说，水声通信面临的挑战和难度更大。究其根本原因在于水声信道在时间和空间上的复杂多变性。为了克服水声信道对通信信号引入的时变长时延多径干扰，水声信道均衡技术孕育而生，同时得到了广泛应用和快速发展。
水声信道均衡的目的是从接收到的水声通信信号中将发送的通信符号准确恢复出来。现有的水声信道均衡器通常可以分为两大类，即基于信道估计的水声信道均衡器和直接自适应水声信道均衡器。相比于基于信道估计的均衡器，直接自适应均衡器具有计算复杂度低、时变信道跟踪能力强等优势，尽管如此，直接自适应均衡器还主要面临着滤波系数长度参数选取不确定的问题。原因在于自适应均衡器的前馈与反馈滤波系数长度理论上应不小于水声信道的时延扩展长度，因此在实际水声通信系统中，自适应均衡器系数长度须随着水声信道扩展时延的变化而不断调整，稳健性较差。实际应用中，尽管可以通过增大滤波系数长度以兼容不同的水声信道扩展时延，但这又明显提高了计算复杂度，同时引入了不必要的滤波噪声干扰进而造成性能损失。
因此，如何使得自适应均衡器系数长度不受信道时变影响，进而提高自适应均衡器的实用性和鲁棒性，是目前亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种水声信道自适应均衡方法、装置、设备及存储介质，能够通过信道缩短预均衡消除水声信道中的主要多径干扰，缩短多径扩展长度，进而使得预均衡后的自适应均衡系数长度可不受信道时变影响，提高自适应均衡器的实用性和鲁棒性。
第一方面，本申请提供了一种水声信道自适应均衡方法，其中该方法包括步骤：
采集各水声通道的基带信号，并对所述基带信号进行同步处理，得到同步后的采样信号；
基于水声通信信号中的训练序列，利用自适应滤波进行自适应水声信道估计，得到发射端与各通道间的水声信道冲击响应；
基于所述采样信号和所述水声信道冲击响应，进行分数间隔信号缩短预均衡，以缩短水声信道干扰长度。
结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，对所述采样信号和所述水声信道冲击响应进行快速傅里叶变换，得到频域信号和信道频域响应；
基于所述信道频域响应，对第个接收通道中的频域响应拆分为第一向量和第二向量；
基于所述第个接收通道中的频域响应和所述频域信号乘积，计算得到第三向量，并对所述第三向量进行拆分，得到第四向量和第五向量；
基于所述第一向量、第二向量、第四向量和第五向量，对各接收通道进行分数间隔频域迫零预均衡，得到预均衡后的信号；
通过所述预均衡后的信号，计算第个通道的残差信号；
将所述预均衡后的信号和所述残差信号进行合并，得到水声信道缩短预均衡后的接收信号；
其中，的范围为0到N-1。
结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，基于所述水声信道缩短预均衡后的接收信号，进行分数间隔多通道自适应均衡，以消除水声通信信号中的时变多径干扰。
结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，根据公式：，计算所述水声信道缩短预均衡后的接收信号中的通信符号均衡结果，其中/>与/>分别表示前馈滤波系数向量与反馈滤波系数向量，/>为第/>个符号前已经均衡完成的符号向量，为在第/>个符号时刻至第/>个符号时刻内/>个接收通道预均衡后的采样信号向量。
结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，根据公式：，计算第三向量，其中/>为第/>个接收通道中的频域响应，/>表示两向量间的逐元素点乘运算，为第/>个通道中的频域信号；
根据公式：，计算预均衡后的信号，其中/>表示点数为/>的快速傅里叶逆变换，/>表示两向量间的逐元素点除运算，/>表示对向量做逐元素求模运算，/>为第四向量，/>为第五向量，/>为第一向量，/>为第二向量；
根据公式：，计算残差信号，其中/>表示克罗内克积运算；
根据公式：，计算得到水声信道缩短预均衡后的接收信号。
结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，对各个接收通道收到的水声通信信号混频至基带，并按照预设的降采样频率采集各水声通道的基带信号；
对各水声通道降采样后的基带信号，先后进行时域同步和频域同步，以得到时域与频域同步后的采样信号。
结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，利用改进比例归一化最小均方自适应滤波算法进行自适应水声信道估计，以获得发射端与各通道间的信道冲激响应。
第二方面，本申请提供了一种水声信道自适应均衡装置，该装置包括：
处理模块，其用于采集各水声通道的基带信号，并对所述基带信号进行同步处理，得到同步后的采样信号；
预估模块，其用于基于水声通信信号中的训练序列，利用自适应滤波进行自适应水声信道估计，得到发射端与各通道间的水声信道冲击响应；
均衡模块，其用于基于所述采样信号和所述水声信道冲击响应，进行分数间隔信号缩短预均衡，以缩短水声信道。
第三方面，本申请还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：处理器；存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，实现第一方面任一项所述的方法。
第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序指令，当所述计算机程序指令被计算机执行时，使计算机执行第一方面任一项所述的方法。
本申请提供的一种水声信道自适应均衡方法、装置、设备及存储介质，其中该方法包括步骤：采集各水声通道的基带信号，并对所述基带信号进行同步处理，得到同步后的采样信号；基于水声通信信号中的训练序列，利用自适应滤波进行自适应水声信道估计，得到发射端与各通道间的水声信道冲击响应；基于所述采样信号和所述水声信道冲击响应，进行分数间隔信号缩短预均衡，以自适应均衡水声信道。本申请能够通过信道缩短预均衡消除水声信道中的主要多径干扰，缩短多径扩展长度，进而使得预均衡后的自适应均衡系数长度可不受信道时变影响，提高自适应均衡器的实用性和鲁棒性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并于说明书一起用于解释本发明的原理。
图1为本申请实施例中提供的一种水声信道自适应均衡方法流程图；
图2为本申请实施例中提供的一种水声信道自适应均衡装置示意图；
图3为本申请实施例中提供的一种电子设备示意图；
图4为本申请实施例中提供的一种计算机可读程序介质示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例执行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。附图所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。
需要说明的是，水声信道时延扩展（Delay Spread）是指水声信号在海洋中传播时，由于不同传播路径的长度不同所引起的时间延迟效应。这些路径包括空气-水界面反射、海底反射、海洋散射以及直接传播等等。
由于时延扩展的存在，接收到的信号会存在多径效应（Multipath Propagation），即接收到多个版本的信号。这些版本的信号会发生干涉，使得接收信号的频谱出现衰落（Fading）。这会导致水声通信中数据传输速率的降低和信号的误码率增加。
为了克服水声信道时延扩展带来的问题，可以采用多径抑制技术，例如线性均衡器和判决反馈均衡器等。此外，还可以采用空时编码技术（Space-Time Coding），减小信号的衰落效应，提高信号的传输可靠性。
自适应均衡器系数长度是指在自适应均衡器中，用于计算滤波器系数的历史输入数据长度。这个长度通常称为均衡器窗口长度（Equalizer Tap Length）或者自适应滤波器长度（Adaptive Filter Length）。
均衡器窗口长度的大小是在设计自适应均衡器的时候决定的，通常需要平衡计算复杂度和均衡效果两个因素。较长的均衡器窗口可以提高均衡器的自适应能力和均衡效果，但也会增加计算复杂度。较短的均衡器窗口则可以减小计算复杂度，但均衡效果可能不理想。
水声信道均衡是用于水声通信系统中的信道均衡技术。水声通信是一种在水中进行通信的技术，可以有效地消除水声信道中的失真和干扰，提高信号接收的质量。
以下结合附图对本申请的实施例作进一步详细说明。
参照图1，图1所示为本发明提供的一种水声信道自适应均衡方法流程图，如图1所示，该方法包括步骤：
步骤S101: 采集各水声通道的基带信号，并对所述基带信号进行同步处理，得到同步后的采样信号。
具体而言，对各个接收通道收到的水声通信信号混频至基带，并按照预设的降采样频率采集各水声通道的基带信号；对各水声通道降采样后的基带信号，先后进行时域同步和频域同步，以得到时域与频域同步后的采样信号。
方便理解举例说明，对各个接收通道收到的水声通信信号混频至基带，并降采样至1/2符号间隔，采样频率为信号带宽的2倍，对各通道降采样后的基带信号先后进行时域同步和频域同步，完成多普勒估计与补偿，时频同步后的采样信号表示为，其中第/>个通道的信号为，/>表示信号数据帧中数据符号的个数，T为矩阵的转置。
需要说明的是，基带（Baseband）是一个通信系统中，指未经过调制的原始信号或者传输系统中未经过频率转换的原始信号。在数字通信中，基带信号也可以指未经过编码和调制的数字信号。基带信号通常是低频信号，其频率范围被限制在零频附近。
信号混频（Signal Downconversion）也称为信号降频，是指将高频信号转换为低频信号的一种技术。在通信领域，信号混频主要用于将高频信号转换为低频信号，以方便进行后续处理、传输或者存储。
信号混频至基带（Baseband Conversion）是指将高频信号混频至基带频率进行处理的过程。在无线通信系统中，信号混频至基带可以通过调频、解调、编解码等处理模块来实现。
步骤S102:基于水声通信信号中的训练序列，利用自适应滤波进行自适应水声信道估计，得到发射端与各通道间的水声信道冲击响应。
具体而言，基于水声通信信号中的训练序列，利用改进比例归一化最小均方自适应滤波算法进行自适应水声信道估计，以获得发射端与各通道间的信道冲激响应。需要说明的是，训练序列（Training Sequence）是数字通信中用于信道估计、频率同步、定时同步等操作的一种特殊的数字序列。训练序列通常被嵌入到数字信号中，以便接收端能够准确地获得信道信息并对信号进行解调和处理。可以理解的是，发射端和接收端约定好的已知序列，用于接收端的信道估计。
方便理解举例说明，基于通信信号中的训练序列，采用经典的改进比例归一化最小均方自适应滤波算法进行自适应水声信道估计，获得发射端与各通道间的信道冲激响应，即。其中，改进比例归一化最小均方（IPNLMS）算法是一种经典的自适应滤波算法。
步骤S103: 基于所述采样信号和所述水声信道冲击响应，进行分数间隔信号缩短预均衡，以自适应均衡水声信道。
具体而言，对所述采样信号和所述水声信道冲击响应进行快速傅里叶变换，得到频域信号和信道频域响应，
基于所述信道频域响应，对第个接收通道中的频域响应拆分为第一向量和第二向量；
基于所述第个接收通道中的频域响应和所述频域信号乘积，计算得到第三向量，并对所述第三向量进行拆分，得到第四向量和第五向量；
基于所述第一向量、第二向量、第四向量和第五向量，对各接收通道进行分数间隔频域迫零预均衡，得到预均衡后的信号；
通过所述预均衡后的信号，计算第个通道的残差信号；
将所述预均衡后的信号和所述残差信号进行合并，得到水声信道缩短预均衡后的接收信号；
其中，的范围为0到N-1。
方便理解举例说明，对所述采样信号和所述水声信道冲击响应进行快速傅里叶变换，得到频域信号和信道频域响应，具体为：
对接收的采样信号做点数为2/>的快速傅里叶变换，得到接收频域信号/>。
对各通道估计得到的信道冲激响应分别做点数为2/>的快速傅里叶变换，得到信道频域响应/>，对第/>个接收通道，取信道频域响应/>个元素组成向量/>（第一向量），后/>个元素组成向量/>（第二向量），需要说明的是，接收频域信号和对各通道估计得到的信道冲激响应可以理解为里面包括多个元素（/>表示信号数据帧中数据符号的个数），第一向量和第二向量可以理解为将道频域响应向量从中间拆分为两部分，前半部分为第一向量，后半部分为第二向量，值得一提的是，后面第四向量和第五向量原理和此处相同。
基于所述信道频域响应，对第个接收通道中的频域响应拆分为第一向量和第二向量，具体为：取信道频域响应/>个元素组成向量/>（第一向量），后/>个元素组成向量/>（第二向量）。可以理解为将道频域响应向量从中间拆分为两部分，前半部分为第一向量，后半部分为第二向量。
基于所述第个接收通道中的频域响应和所述频域信号乘积，计算得到第三向量，并对所述第三向量进行拆分，得到第四向量和第五向量，可以理解为，对于第i个接收通道，根据公式：/>，计算第三向量/>，其中/>为第/>个接收通道中的频域响应，表示两向量间的逐元素点乘运算，/>为第/>个通道中的频域信号，其中取/>的前个元素组成向量/>（第四向量），后/>个元素组成向量/>（第五向量），此处也是将计算的第三向量从中间进行拆分。
基于所述第一向量、第二向量、第四向量和第五向量，对各接收通道进行分数间隔频域迫零预均衡，得到预均衡后的信号，
可以理解为：根据公式：，计算预均衡后的信号/>(即，对各接收通道进行分数间隔频域迫零预均衡，对于第i个接收通道，预均衡后的信号为)，其中/>表示点数为/>的快速傅里叶逆变换，/>表示两向量间的逐元素点除运算，/>表示对向量做逐元素求模运算。
通过所述预均衡后的信号，计算第个通道的残差信号，
可以理解为：根据公式：，计算残差信号，其中/>表示克罗内克积运算，即对于第/>个接收通道，计算残差信号/>。
将所述预均衡后的信号和所述残差信号进行合并，得到水声信道缩短预均衡后的接收信号，具体为：将信号与/>合并，得到预均衡后的接收信号/>，即根据公式：，计算得到水声信道缩短预均衡后的接收信号/>，其中T为矩阵的转置。至此已经完成信信道长度的缩减，即自适应均衡器的滤波系数长度大于水声信道时延扩展。可以理解的是，基于所述采样信号和所述水声信道冲击响应，进行分数间隔信号缩短预均衡，初步消除水声通信信号中的主要符号间干扰，缩短水声信道引入的干扰长度。进一步消除水声信信号中的时变多径干扰，实现发送符号的准确恢复是通过水声信道缩短预均衡后的接收信号中的通信符号均衡结果/>。
一实施例中，基于所述水声信道缩短预均衡后的接收信号，进行分数间隔多通道自适应均衡，以消除水声通信信号中的时变多径干扰。
方便理解举例说明，基于信道缩短预均衡后的信号进行分数间隔多通道自适应均衡，获取多通道分集增益，进一步消除水声通信信号中的时变多径干扰，实现发送符号的准确恢复。具体为：根据公式：/>，计算所述水声信道缩短预均衡后的接收信号中的通信符号均衡结果，其中/>与/>分别表示前馈滤波系数向量与反馈滤波系数向量，/>为第/>个符号前已经均衡完成的符号向量，/>为在第/>个符号时刻至第个符号时刻内/>个接收通道预均衡后的采样信号向量。至此，水声信道均衡已完成，自适应均衡器输出/>至解映射器，将其转换为对应比特的对数似然比，为后续信道译码提供先验信息。
需要说明的是分数间隔可以理解为定义数据符号的个数是接收采样个数是2/>，因此为1/2间隔均衡，即分数间隔，当接收采样个数是/>，即与符号个数相同时，称为符号间隔。较多采用的是符号间隔均衡。可以理解的是，采样间隔长度是分数个符号间隔，例如定义数据符号个数是5，接收采样个数是10，那么分数间隔为0.5。
可以理解的是，均衡的目标是从接收信号中恢复发送符号，结果就是均衡器最终输出的符号估计，为后续译码做支撑。
可以理解的是，本申请通过分数间隔信道缩短预均衡初步消除水声通信信号中的主要符号间干扰，缩短水声信道引入干扰的扩展长度，然后利用分数间隔自适应均衡进一步消除水声通信信号中的时变多径干扰，实现发送符号的准确恢复。
参照图2，图2所示为本发明提供的一种水声信道自适应均衡装置示意图，如图2所示，该装置包括：
处理模块201：其用于采集各水声通道的基带信号，并对所述基带信号进行同步处理，得到同步后的采样信号；
预估模块202：其用于基于水声通信信号中的训练序列，利用自适应滤波进行自适应水声信道估计，得到发射端与各通道间的水声信道冲击响应；
均衡模块203：其用于基于所述采样信号和所述水声信道冲击响应，进行分数间隔信号缩短预均衡，以缩短水声信道；
进一步地，一种可能的实施方式中，处理模块，还用于对所述采样信号和所述水声信道冲击响应进行快速傅里叶变换，得到频域信号和信道频域响应；
基于所述信道频域响应，对第个接收通道中的频域响应拆分为第一向量和第二向量；
基于所述第个接收通道中的频域响应和所述频域信号乘积，计算得到第三向量，并对所述第三向量进行拆分，得到第四向量和第五向量；
基于所述第一向量、第二向量、第四向量和第五向量，对各接收通道进行分数间隔频域迫零预均衡，得到预均衡后的信号；
通过所述预均衡后的信号，计算第个通道的残差信号；
将所述预均衡后的信号和所述残差信号进行合并，得到水声信道缩短预均衡后的接收信号；
其中，的范围为0到N-1。
进一步地，一种可能的实施方式中，均衡模块，其用于基于所述水声信道缩短预均衡后的接收信号，进行分数间隔多通道自适应均衡，以消除水声通信信号中的时变多径干扰。
进一步地，一种可能的实施方式中，还包括计算模块，其用于根据公式：，计算所述水声信道缩短预均衡后的接收信号中的通信符号均衡结果，其中/>与/>分别表示前馈滤波系数向量与反馈滤波系数向量，/>为第/>个符号前已经均衡完成的符号向量，/>为在第/>个符号时刻至第/>个符号时刻内/>个接收通道预均衡后的采样信号向量。
进一步地，一种可能的实施方式中，计算模块，还用于根据公式：，计算第三向量，其中/>为第/>个接收通道中的频域响应，/>表示两向量间的逐元素点乘运算，/>为第/>个通道中的频域信号；
根据公式：，计算预均衡后的信号，其中/>表示点数为/>的快速傅里叶逆变换，/>表示两向量间的逐元素点除运算，/>表示对向量做逐元素求模运算，/>为第四向量，/>为第五向量，/>为第一向量，/>为第二向量；
根据公式：，计算残差信号，其中/>表示克罗内克积运算；
根据公式：，计算得到水声信道缩短预均衡后的接收信号。
进一步地，一种可能的实施方式中，处理模块中还包括，获取模块，其用于对各个接收通道收到的水声通信信号混频至基带，并按照预设的降采样频率采集各水声通道的基带信号；
对各水声通道降采样后的基带信号，先后进行时域同步和频域同步，以得到时域与频域同步后的采样信号。
进一步地，一种可能的实施方式中，获取模块，还用于利用改进比例归一化最小均方自适应滤波算法进行自适应水声信道估计，以获得发射端与各通道间的信道冲激响应。
下面参照图3来描述根据本发明的这种实施方式的电子设备300。图3显示的电子设备300仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图3所示，电子设备300以通用计算设备的形式表现。电子设备300的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理单元310、上述至少一个存储单元320、连接不同系统组件（包括存储单元320和处理单元310）的总线330。
其中，所述存储单元存储有程序代码，所述程序代码可以被所述处理单元310执行，使得所述处理单元310执行本说明书上述“实施例方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。
存储单元320可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元（RAM）321和/或高速缓存存储单元322，还可以进一步包括只读存储单元（ROM）323。
存储单元320还可以包括具有一组（至少一个）程序模块325的程序/实用工具324，这样的程序模块325包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
总线330可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
电子设备300也可以与一个或多个外部设备（例如键盘、指向设备、蓝牙设备等）通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备300交互的设备通信，和/或与使得该电子设备300能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备（例如路由器、调制解调器等等）通信。这种通信可以通过输入/输出（I/O）接口350进行。并且，电子设备300还可以通过网络适配器360与一个或者多个网络（例如局域网（LAN），广域网（WAN）和/或公共网络，例如因特网）通信。如图所示，网络适配器360通过总线330与电子设备300的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备300使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质（可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等）中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备（可以是个人计算机、服务器、终端装置、或者网络设备等）执行根据本公开实施方式的方法。
根据本公开的方案，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有能够实现本说明书上述方法的程序产品。在一些可能的实施方式中，本发明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。
参考图4所示，描述了根据本发明的实施方式的用于实现上述方法的程序产品400，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网（LAN）或广域网（WAN），连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。
此外，上述附图仅是根据本发明示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
Claims (9)
1.一种水声信道自适应均衡方法，其特征在于，包括：
采集各水声通道的基带信号，并对所述基带信号进行同步处理，得到同步后的采样信号；
基于水声通信信号中的训练序列，利用自适应滤波进行自适应水声信道估计，得到发射端与各通道间的水声信道冲击响应；
基于所述采样信号和所述水声信道冲击响应，进行分数间隔信号缩短预均衡，以自适应均衡水声信道；
其中，对所述采样信号和所述水声信道冲击响应进行快速傅里叶变换，得到频域信号和信道频域响应；
基于所述信道频域响应，对第个接收通道中的频域响应拆分为第一向量和第二向量；
基于所述第个接收通道中的频域响应和所述频域信号乘积，计算得到第三向量，并对所述第三向量进行拆分，得到第四向量和第五向量；
基于所述第一向量、第二向量、第四向量和第五向量，对各接收通道进行分数间隔频域迫零预均衡，得到预均衡后的信号；
通过所述预均衡后的信号，计算第个通道的残差信号；
将所述预均衡后的信号和所述残差信号进行合并，得到水声信道缩短预均衡后的接收信号；
其中，的范围为0到N-1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：
基于所述水声信道缩短预均衡后的接收信号，进行分数间隔多通道自适应均衡，以消除水声通信信号中的时变多径干扰。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：
根据公式：，计算所述水声信道缩短预均衡后的接收信号中的通信符号均衡结果，其中/>与/>分别表示前馈滤波系数向量与反馈滤波系数向量，/>为第/>个符号前已经均衡完成的符号向量，/>为在第/>个符号时刻至第/>个符号时刻内/>个接收通道预均衡后的采样信号向量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：
根据公式：，计算第三向量，其中/>为第/>个接收通道中的频域响应，表示两向量间的逐元素点乘运算，/>为第/>个通道中的频域信号；
根据公式：，计算预均衡后的信号，其中/>表示点数为/>的快速傅里叶逆变换，/>表示两向量间的逐元素点除运算，/>表示对向量做逐元素求模运算，/>为第四向量，/>为第五向量，为第一向量，/>为第二向量；
根据公式：，计算残差信号，其中/>表示克罗内克积运算；
根据公式：，计算得到水声信道缩短预均衡后的接收信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集各水声通道的基带信号，并对所述基带信号进行同步处理，得到同步后的采样信号，包括：
对各个接收通道收到的水声通信信号混频至基带，并按照预设的降采样频率采集各水声通道的基带信号；
对各水声通道降采样后的基带信号，先后进行时域同步和频域同步，以得到时域与频域同步后的采样信号。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于水声通信信号中的训练序列，利用自适应滤波进行自适应水声信道估计，得到发射端与各通道间的水声信道冲击响应，包括：
利用改进比例归一化最小均方自适应滤波算法进行自适应水声信道估计，以获得发射端与各通道间的信道冲激响应。
7.一种水声信道自适应均衡装置，其特征在于，包括：
处理模块，其用于采集各水声通道的基带信号，并对所述基带信号进行同步处理，得到同步后的采样信号；
预估模块，其用于基于水声通信信号中的训练序列，利用自适应滤波进行自适应水声信道估计，得到发射端与各通道间的水声信道冲击响应；
均衡模块，其用于基于所述采样信号和所述水声信道冲击响应，进行分数间隔信号缩短预均衡，以缩短水声信道；
处理模块，还用于对所述采样信号和所述水声信道冲击响应进行快速傅里叶变换，得到频域信号和信道频域响应；
基于所述信道频域响应，对第个接收通道中的频域响应拆分为第一向量和第二向量；
基于所述第个接收通道中的频域响应和所述频域信号乘积，计算得到第三向量，并对所述第三向量进行拆分，得到第四向量和第五向量；
基于所述第一向量、第二向量、第四向量和第五向量，对各接收通道进行分数间隔频域迫零预均衡，得到预均衡后的信号；
通过所述预均衡后的信号，计算第个通道的残差信号；
将所述预均衡后的信号和所述残差信号进行合并，得到水声信道缩短预均衡后的接收信号；
其中，的范围为0到N-1。
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备，包括：
处理器；
存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，实现如权利要求1至6任一项所述的方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序指令，当所述计算机程序指令被计算机执行时，使计算机执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
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