[發(fā)明專利]一種基于船舶輻射噪聲的水聲隱蔽通信方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210403996.1
• 申請(qǐng)日: 2012-10-22
• 公開（公告）號(hào): CN102916750A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王彪;劉光杰;戴躍偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B13/02
• 分類號(hào): H04B13/02;G10L19/018
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水聲通信和信息安全技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于船舶輻射噪聲的水聲隱蔽通信方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)

以聲載波實(shí)現(xiàn)水下無線通信的水聲通信技術(shù)是當(dāng)前海洋工程及軍事海洋學(xué)領(lǐng)域的重要技術(shù)之一，能夠?qū)崿F(xiàn)潛艇、水下各類航行器、水下監(jiān)測、探測平臺(tái)等水下設(shè)備之間的通信以及水下設(shè)備與陸地及海面平臺(tái)的通信。在海洋軍事情報(bào)的監(jiān)聽與收集、特殊水域的監(jiān)測、特別是水下偵察與多節(jié)點(diǎn)協(xié)作探測、集群管理指揮與調(diào)度等方面水聲通信技術(shù)也具有廣闊的應(yīng)用前景。然而由于聲波在水中具有開放性，因此容易被敵對(duì)方截獲、干擾或欺騙。

水聲通信是未來水下無線通信的主要手段，在軍事與民用領(lǐng)域均具有非常大的應(yīng)用價(jià)值，在軍事應(yīng)用中保證水聲通信的隱蔽性非常重要。目前，水聲隱蔽通信主要依賴擴(kuò)頻通信機(jī)制降低發(fā)射信號(hào)的聲源級(jí)并使水聲通信信號(hào)呈現(xiàn)類似噪聲的特性，以實(shí)現(xiàn)通信的隱蔽性。然而隨著通信對(duì)抗技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，已有多種針對(duì)傳統(tǒng)水聲隱蔽通信的信號(hào)檢測與通信參數(shù)估計(jì)技術(shù)，對(duì)通信的安全性構(gòu)成了很大的威脅，因此探索新型的水聲隱蔽通信技術(shù)非常必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，在于提供一種基于船舶輻射噪聲的水聲隱蔽通信方法及系統(tǒng)，其不僅能夠安全可靠地傳輸信息，同時(shí)可使通信過程更具隱蔽性。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

一種基于船舶輻射噪聲的水聲隱蔽通信系統(tǒng)，包括傳感器模塊、處理模塊、通信模塊和供電模塊；

傳感器模塊包括順序連接的傳感器、信號(hào)調(diào)理與濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和Flash，其中，傳感器將采集的姿態(tài)信息送入信號(hào)調(diào)理與濾波電路，經(jīng)預(yù)處理后送入A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后送入Flash緩存；

處理模塊包括CPLD、SRAM和DSP處理器，其中，CPLD將緩存于Flash中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到SRAM中，為DSP處理器提供需要處理的數(shù)據(jù)，同時(shí)將DSP處理器處理的信息送入SRAM存儲(chǔ)；所述DSP處理器與通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；

通信模塊包括收發(fā)合置換能器、發(fā)射功率模塊、接收調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、值班電路和晶振模塊，其中，D/A轉(zhuǎn)換器連接處理模塊中的DSP處理器，將處理后的信息進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換后通過發(fā)射功率模塊送入收發(fā)合置換能器；所述收發(fā)合置換能器的輸出端還連接接收調(diào)理電路，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行放大、濾波和增益控制后送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后送入DSP處理器進(jìn)行處理；值班電路分別連接DSP處理器和接收調(diào)理電路，在其信號(hào)控制下喚醒第二電源模塊；晶振模塊連接DSP處理器；

供電模塊包括兩個(gè)電源模塊，第一電源模塊為收發(fā)合置換能器、接收調(diào)理電路、值班電路和傳感器模塊供電，第二電源模塊為DSP處理器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器和發(fā)射功率模塊供電。

一種基于船舶輻射噪聲的水聲隱蔽通信方法，包括發(fā)送端的處理方法和接收端的處理方法；

發(fā)送端的處理方法包括如下步驟：

（a1）采集船舶輻射噪聲信號(hào)或根據(jù)船舶輻射噪聲的數(shù)學(xué)模型計(jì)算產(chǎn)生船舶輻射噪聲信號(hào)，對(duì)所述船舶輻射噪聲信號(hào)的頻譜進(jìn)行估計(jì)，得到載體信號(hào)y(t)，其對(duì)應(yīng)的頻譜為Y(ω)；

（a2）產(chǎn)生基于待發(fā)送消息或信息的數(shù)字水印信號(hào)w(t)，其對(duì)應(yīng)的頻譜為W(ω)；

（a3）將步驟（a2）中的水印信號(hào)嵌入步驟（a1）中的載體信號(hào)，得到嵌入水印的頻域信號(hào)X(ω)，再對(duì)其進(jìn)行逆變換，得到水印嵌入通信信號(hào)x(t)；

（a4）按照“同步信號(hào)+水印嵌入通信信號(hào)”的格式形成最終要發(fā)送的信號(hào)z(t)；

（a5）將要發(fā)送的信號(hào)z(t)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，經(jīng)功率放大后由低頻換能器將水聲通信信號(hào)發(fā)射，實(shí)現(xiàn)通信信號(hào)的發(fā)送；

接收端的處理方法包括如下步驟：

（b1）采樣水下環(huán)境中的聲學(xué)信號(hào)；

（b2）利用前述步驟（a4）中的同步信號(hào)對(duì)采樣的信號(hào)進(jìn)行同步檢測，檢測是否存在通信信號(hào)，如果存在，轉(zhuǎn)步驟（b3），否則返回步驟（b1）；

（b3）對(duì)存在通信信號(hào)的采樣信號(hào)進(jìn)行水印析取，恢復(fù)出待發(fā)送消息或信息。

上述步驟（a2）中，基于待發(fā)送消息或信息的水印信號(hào)的產(chǎn)生方法步驟如下：

步驟a2-1：通信雙方預(yù)先設(shè)定密鑰，設(shè)為K；

步驟a2-2：與密鑰K采用加密算法對(duì)待發(fā)送的消息S進(jìn)行加密處理；

步驟a2-3：設(shè)加密后的消息序列為S′；

步驟a2-4：依據(jù)具體消息的形式，設(shè)計(jì)消息映射原則，設(shè)映射原則表示為f(·)；