本申请涉及水声通信领域，尤其涉及一种基于多重高能导频的mimo-ofdm水声通信多普勒估计方法及装置。
背景技术：
1、海洋是孕育生命的摇篮，更是巨大的资源宝库。海洋资源的开发和利用，对缓解资源紧缺现状、促进国民经济发展具有重要意义。近些年随着水下应用设备的不断增加，海洋信息传输需求大幅增长。水声通信是水下中远距离信息传输的主要方式，在海底资源探测、海洋环境开发及军事、国防等领域都发挥了重要作用。
2、将多输入多输出(multi-input multi-output，mimo)技术和正交频分复用(orthogonal frequency-division multiplexing，ofdm)技术结合而成的mimo-ofdm技术，通过充分利用时空频资源，能够获得极高的通信速率，但其对于多普勒效应敏感，在收发机间存在相对运动的情况下，子载波间的正交性会被破坏，从而产生载波间干扰(ici)，最终导致误码率上升，通信性能下降。因此多普勒估计技术对于mimo-ofdm水声通信系统非常重要。
3、在mimo-ofdm水声通信中，实际中常用的多普勒估计方法有两种。第一种，在帧头和帧尾分别插入双曲调频(hfm)信号作为前导和后导信号，利用接收信号中前后导信号相对时延的变化量估计多普勒因子。但该方法的估计结果是整个数据帧的平均多普勒因子，无法跟踪每一个ofdm数据块的多普勒因子，且无法区分不同发射数据流各异的多普勒因子。第二种，在帧头处插入m序列，在接收端利用经过不同多普勒因子拉伸压缩后的m序列与接收信号分别进行相关，选取最大相关值所对应的多普勒因子作为估计结果。但该方法在收发机间的相对速度较大，即多普勒因子较大的情况下，需进行大量的相关运算，运算量较大。
技术实现思路
1、本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
2、为此，本申请的目的在于提出一种基于多重高能导频的mimo-ofdm水声通信多普勒估计方法及装置，在一个ofdm发射数据块中插入多个等间隔的高能量导频，在接收端利用高能导频的频移反解出多普勒因子，实现不同数据流各异多普勒因子的大范围低复杂度估计。
3、为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种基于多重高能导频的mimo-ofdm水声通信多普勒估计方法，包括：
4、在一个ofdm发射数据块的子载波中等间隔地插入多个高能导频，并将多个发射数据流的高能导频间隔分布；
5、响应于接收端接收到经过频率选择性衰落的信号，将接收信号的带内频谱划分为与高能导频数量相等的多个区间；
6、对于每个发射数据流，寻找其所有高能导频所在区间内的能量最高频点，并根据所述能量最高频点与原始高能导频频率计算频域多普勒因子；
7、利用时频域拉伸压缩因子间的关系，根据所述频域多普勒因子计算发射数据流的时域多普勒因子。
8、可选的，所述将接收信号的带内频谱划分为与高能导频数量相等的多个区间，包括：
9、
10、其中，表示第个区间。
11、可选的，所述对于每个发射数据流，寻找其高能导频所在区间内的能量最高频点，并根据所述能量最高频点与原始高能导频频率计算频域多普勒因子，包括：
12、对于第个发射数据流，其所有高能导频所对应的区间为：
13、
14、其中，为mimo系统的发射阵元数；
15、设接收信号频域第 i个区间内能量最高的频点为，对于第个发射数据流，将其高能导频所在区间内的能量最高频点记为，其所对应的区间为，其所对应的发射端高能导频频点为，则该发射数据流的频域多普勒因子为：
16、
17、其中，为该发射数据流的频域多普勒因子。
18、可选的，所述利用时频域拉伸压缩因子间的关系，根据所述频域多普勒因子计算发射数据流的时域多普勒因子，包括：
19、
20、其中，为所述时域多普勒因子。
21、为达上述目的，本申请第二方面实施例提出了一种基于多重高能导频的mimo-ofdm水声通信多普勒估计装置，包括：
22、导频模式设计模块，用于在一个ofdm发射数据块的子载波中等间隔地插入多个高能导频，并将多个发射数据流的高能导频间隔分布；
23、区间划分模块，响应于接收端接收到经过频率选择性衰落的信号，用于将接收信号的带内频谱划分为与高能导频数量相等的多个区间；
24、频域多普勒因子计算模块，对于每个发射数据流，用于寻找其所有高能导频所在区间内的能量最高频点，并根据所述能量最高频点与原始高能导频频率计算频域多普勒因子；
25、时域多普勒因子计算模块，用于利用时频域拉伸压缩因子间的关系，根据所述频域多普勒因子计算发射数据流的时域多普勒因子。
26、为达上述目的，本申请第三方面实施例提出了一种电子设备，包括：处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器；
27、所述存储器存储计算机执行指令；
28、所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以实现如上述第一方面中任一项所述的方法。
29、为达上述目的，本申请第四方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如上述第一方面中任一项所述的方法。
30、为达上述目的，本申请第五方面实施例提出了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面中任一项所述的方法。
31、本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
32、通过在一个ofdm发射数据块中插入多个等间隔的高能量导频，设计出了一个能够对抗一定程度频率选择性衰落信道的用于mimo-ofdm大范围多普勒因子估计的高能导频模式；通过在接收端利用不同发射数据流高能导频的频移，分别反解出不同发射数据流的多普勒因子，从而实现不同发射数据流多普勒因子的大范围低复杂度估计。
33、综上，本发明提出了一种基于多重高能导频的mimo-ofdm水声通信多普勒估计方法及装置，能够解决实际中常用的多普勒估计方法无法跟踪每一个ofdm块的多普勒因子、无法区分不同发射数据流各异多普勒因子以及运算量随待估计多普勒因子大小增大而增大的问题
34、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
1.一种基于多重高能导频的mimo-ofdm水声通信多普勒估计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在一个ofdm发射数据块的子载波中等间隔地插入多个高能导频，并将多个发射数据流的高能导频间隔分布，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将接收信号的带内频谱划分为与高能导频数量相等的多个区间，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对于每个发射数据流，寻找其高能导频所在区间内的能量最高频点，并根据所述能量最高频点与原始高能导频频率计算频域多普勒因子，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用时频域拉伸压缩因子间的关系，根据所述频域多普勒因子计算发射数据流的时域多普勒因子，包括：
6.一种基于多重高能导频的mimo-ofdm水声通信多普勒估计装置，其特征在于，包括：
7.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器；
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如权利要求1-5中任一项所述的方法。
9.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述的方法。
