水声直扩信号截获检测与伪码周期估计方法研究

With the advantages in anti-interference, anti-multipath and low probability of interception (LPI), the direct sequence spread spectrum (DSSS) signals have been widely used in the field of underwater acoustic communication and detection. The present intercept technologies are not suitable or efficient for these signals. A urgent demand is needed for the interception of the DSSS signals in the recent years. To provide supports for the practical application, by combining the analysis and verification of the practical processed trial data, we intend to use the autocorrelation characteristics of the DSSS signals in this project for researching the high-precision interception detection and pseudorandom code period estimation methods for the DSSS signals. Firstly, by using the signal model, the channel propagation model and preliminary collection sea trial data, researches will be carried out on the effects of the information code and multi-path propagation on the autocorrelation properties of the DSSS signals. Secondly, based on the analysis of autocorrelation characteristics affected by the information code and multi-path propagation, identification methods will be researched for the DSSS signals. By using the approach of joint processing between detection and estimation, multi-level detector and estimator will be designed to improve the accuracy of detection and estimation. Based on this, a novel omnidirectional meticulous detection and estimation method will be studied to expand the detection technologies for the DSSS signals from a single element to array processing.

直接序列扩频信号由于其在抗干扰、抗多径及低截获等方面的优势，逐步在水声通信与探测领域得到广泛应用，但现有侦察技术难以适用于该信号，性能严重下降甚至无法使用。近年来，直扩信号侦察应用需求日益迫切。在此背景下，本项目拟利用水声直扩信号的自相关特性，结合海上试验数据的分析验证，研究信息码与多途传播影响下直扩信号的高准确性截获检测与伪码周期估计方法，为实际应用提供支持。首先利用信号模型、信道传播模型以及前期收集的海试数据，开展信息码和多途传播对自相关特性影响的分析研究；其次，研究信息码和多途传播影响下直扩信号自相关特性的判别方法，基于检测估计联合处理思想，设计多级检测与估计器，提高检测与估计准确性；在此基础上，研究全方位精细化直扩信号截获检测与估计方法，实现直扩信号截获检测技术从单阵元向阵列处理的拓展。

水声通信技术发展与广泛应用，使得水声通信信号截获处理重要性日益提升。水声直接序列扩频通信具有低截获特性，常规截获处理方法性能下降甚至失效，开展水声直扩通信信号截获检测研究对于水下信息获取具有重要意义。.水声直扩通信信号采用的伪随机序列毕竟不同于真正的随机噪声，其自相关域具有周期性尖峰特性，为直扩信号的截获检测与判别提供了研究方向。但该特性会由于信息码随机性遭到破坏，另外，水声信道复杂性会进一步加剧自相关特性的提取与判别难度。.本项目重点针对这两项难题，立足于实际应用需求，探寻能够适应实际多途等复杂信道，具有稳健性与系统性，且无需人工干预的全自动水声直扩信号截获处理方法。.首先构建了多途信道传播下的水声直扩接收信号及其自相关函数数学模型，从机理与实际数据分析两方面对信息码与多途传播带来的相关峰缺失或出现伪相关峰现象进行了分析。.在此基础上，针对多途传播带来的干扰峰问题，提出自适应背景估计方法，降低了背景与相关峰能量起伏的影响，能够提取到完整的相关峰簇。进一步并改进了最小公倍数周期特性判别方法，通过相关峰间隔构建公倍数判别矢量，将干扰峰的不利影响转换为有利的因素，弥补信息码导致相关峰周期性破坏的不利情况。最后设计了水声直扩信号截获检测与伪码周期估计联合处理方法，通过多帧关联融合处理有效提高了直扩信号准确辨识能力，并且该方法适合实际应用中的实时数据流处理。.在单通道水声直扩信号截获检测与伪码周期估计联合处理方法研究的基础上，进一步针对阵列处理方法以及载频、码率等精细化截获处理方法开展了相关研究。.本项目研究成果应用于某型比对样机研制中，并进行了海上试验验证，试验结果表明，本项目提供方法能够基于拖曳线列阵，在全自动模式下对多种参数下的水声直扩通信信号进行非合作截获检测与判别，并准确估计伪码周期、来波方向等参数，对实际海上环境适应性强，性能稳健，达成了预期目标。