[發明專利]一種仿生低截獲通信方法

在審

• 申請號: 201710979305.5
• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN107769862A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 孫海信;苗永春;許靜萱;朱正根;周明章;成墾
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H04B13/02
• 分類號: H04B13/02;H04B17/391;H04K3/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙)35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種水聲對抗，尤其是涉及一種仿生低截獲通信方法。

背景技術

隨著水聲對抗技術的需求，潛艇隱身技術得到進一步的發展。隱身雷達中的低截獲(Low Probability of Intercept，LPI)技術被引入到聲吶界。1983年，倫敦大學的J.R.Forest首次提出了LPI雷達方程。目前，LPI技術在雷達領域中已用于實際裝備，而聲吶中的LPI技術還在起步階段。在聲吶界，廣義的低截獲性能不僅是指不容易被截獲，還表示即使信號被截獲也不容易被識別。

從上世紀90年代起，LPI技術開始被逐步引入主動聲吶研究領域。然而水聲環境比空中環境要更加惡劣。水下環境中存在很多無規則散射體，例如：海洋生物、泥沙、氣團、水泡等，這些散射體使水下信道存在嚴重的多經效應；海面和海底等對入射信號的散射造成主動聲吶的接收端信號重疊形成混響；這些原因使常規信號在水下環境中衰減嚴重，造成LPI聲吶發展較為緩慢。

然而，現在較為常用的主動聲吶發射信號主要有CF信號、偽隨機碼、LFM信號等，在不同的水聲條件下，不同的信號有各自的優點，但是這些信號形式較為簡單，抗截獲和解調能力不強，這造成聲吶通信系統收發并不理想。

發明內容

本發明的目的在于提供一種仿生低截獲通信方法。

本發明包括以下步驟：

1)主動聲吶波形設計；

在步驟1)中，所述主動聲吶波形設計的方法可為：依據主動聲吶實現低截獲通信的原理，推導低截獲概率因子的數學表達式，根據低截獲因子和模糊函數提出低截獲主動聲吶波形設計原則。

2)Alpha穩態對水下環境噪聲建模；

在步驟2)中，所述Alpha穩態對水下環境噪聲建模的具體方法可為：在進行波形設計時，Alpha穩態對海洋環境噪聲進行建模，確立計算機仿真的信道模型；分析海洋環境的多普勒效應、多徑效應、傳播損耗以及海洋環境噪聲，產生Alpha穩定分布及概率密度。

3)混沌序列的低截獲通信；

在步驟3)中，所述混沌序列的低截獲通信的具體方法可為：用混沌信號作為低截獲聲吶通信的載波信號，實現混沌鍵控和混沌調相的低截獲通信；低截獲聲吶波形設計，分析低截獲聲吶的低截獲因子和模糊函數，并提出低截獲聲吶波形設計的6個原則：低頻信號、大時寬帶寬積、復合頻(碼)制、隨機或非線性體制、時頻捷變以及低功率高能量效率；根據三種典型的低截獲聲吶信號，提出一種形式較為簡單，在特定的環境中低截獲性能較好的信號作為低截獲聲吶的發射信號；混沌鍵控和混沌調相的低截獲通信系統，采用DCSK調制，將要發送的信息比特隱藏在兩段信號的相位差內，克服CSK在非相干解調時存在門限漂移的問題，采用改進型Logistic映射和等間隔的方式來生成初值序列，產生個復值隨機相位，可以將產生的混沌序列依次移位進入一個n級移位寄存器，選取n級移位寄存器中的r_i個抽頭構成隨機相位映射器，混沌序列中的相位長度為基函數采樣點數N。

4)海豚信號合成的低截獲通信。

在步驟4)中，所述海豚信號合成的低截獲通信的具體方法可為：實現高斯函數的導函數來對海豚信號進行建模，將實際通信信息偽裝成海豚信號，以達到信息隱藏的目的；海豚信號合成的低截獲通信，計算出whistles脈沖串的包絡，就可以將海豚脈沖進行擬合，采用高斯信號及其各階導函數模擬海豚信號，通過高斯函數及各階導數來進行海豚信號的重構，可以將信息隱藏在高斯函數的各階導數中，這樣可以大大提高了信息的保密能力。

本發明依據低截獲聲吶的低截獲因子和模糊函數，采用低頻信號、大時寬帶寬積、復合頻(碼)制、隨機或非線性體制、時頻捷變以及低功率高能量效率六個原則，設計低截獲聲吶波形。利用混沌映射m序列控制法產生隨機相位和混沌映射的基函數的隨機性及相關性，實現混沌序列的低截獲通信。計算出whistles脈沖串的包絡，高斯函數作為基函數，擬合海豚脈沖，重構海豚信號。

本發明設計了基于主動聲吶的低截獲通信系統發射波形；根據水下環境復雜多變的情況，實現了信道仿真，用Alpha穩態對水下環境噪聲建模；實現混沌序列的低截獲通信。實現海豚信號合成的低截獲通信。

本發明具有以下有益效果：

本發明以海洋中鯨魚信號作為信息載體，以合成信號作為傳輸運載信號，提高了仿生低截獲通信的性能，改善仿生隱蔽通信。將信息隱藏在高斯函數的各階導數中，并進行有效合成，可以大大提高了信息的保密能力，并實現發射的仿生信號可以包含多種載波、調制樣式以及不同的帶寬范圍的基帶信號，很大程度上提高信息傳輸量。