[發明專利]一種基于環境感知的隱蔽水聲通信方法

在審

• 申請號: 201710980547.6
• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN107612629A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 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: H04B11/00
• 分類號: H04B11/00;H04B13/02;G10L19/02;G10L19/018
• 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

本發明涉及水聲通信，尤其是涉及一種基于環境感知的隱蔽水聲通信方法。

背景技術

隱蔽水聲通信在水下軍事活動的遠程遙控中和海洋安全監控中都有廣泛應用，可以為海洋環境監測、海洋資源探測、水下目標探測、海洋科研等提供多種服務。隨著海洋開發和水聲通信技術的發展，水聲通信存在多種不安全性的因素，讓敵方有從海洋入侵的可乘之機，不利于我國海洋軍事活動，新的軍事形勢下對隱蔽水聲通信提出可更高的要求。

目前，軍事潛艇作戰和反潛作戰、水雷戰和反水雷戰等水聲通信廣泛使用隱蔽通信。美國海軍研究所和水下作戰中心對隱蔽水聲通信做了很多研究，其中，美國麻省理工學院構成一款水聲通信網絡，AquaNodes；Woods Hole海洋研究所利用DSP技術，研制一種水聲通信調制解調器，ATM850；日本的沖繩電器公司開發一臺具有隱蔽水聲通信功能的水下機器人。一些西方發達國家在聲吶研究領域中，引入低截獲技術，設計一種隱蔽的主動自導系統。在主動聲自導機制下，實現了魚雷隱蔽攻擊。這種低截獲技術主要利用帶寬、擴頻機制、偽隨機信號和仿真序列等技術手段設計主動隱蔽性信號的波形。國內學者從我國軍事需求出發，初步研究了低截獲聲吶、魚雷隱蔽探測等方面。2009年，海洋工程大學分析了魚雷隱蔽性，研究低截獲聲吶信號的特征；2014年西北工業大學實驗室采用Costas編碼技術設計了低截獲聲吶波形。現階段研究和設計的聲吶信號主要包括線性調頻信號(Line Frequency Modulation，LFM)、編碼調相脈沖(Pulse Code Modulation，PCM)、偽隨機信號(Pseudo-Random，PR)、信息曲調頻信號(Hyperbolic Frequency Modulation，HFM)、脈間調制信號(Interpulse Modulated signal，IM)、仿生序列(Bionic Sequence，BS)等。這些技術一定程度上保證了水下通信的隱蔽性，保證通信信息的安全性。

然而，傳統的隱蔽通信技術降低通信機發射功率達到隱蔽通信目的，由于受水聲信道影響，限制了隱蔽通信距離。另外，低信噪比隱蔽水聲通信技術，可以通過多次積分方法檢測出通信信號存在，測量目標的距離方位，對于高隱蔽性的軍事活動，此狀況是不允許的。尤其，當特殊緊急的軍事中，對于意外環境干擾篡改的信息，即便提取到隱蔽信息，也難以決策信息內容的正確性。

發明內容

本發明的目的在于針對現有的隱蔽通信中，降低信噪比時，導致通信距離短；隱蔽信息受海域復雜環境的干擾，無法確定信息內容是否被篡改或破壞；載體信號源的信息嵌入量低等問題，提供可克服隱蔽水聲通信的上述缺陷，需要探究透明性強，魯棒性高的隱蔽技術和新型波形設計結構的一種基于環境感知的隱蔽水聲通信方法。

本發明包括以下步驟：

1)待發送的信息在傳輸之前，首先對于環境進行探測感知，根據干擾的不同類型與不同的譜分布，結合系統的需求，具體確定設計的變換域類型，通過水聲變換域通信系統實現譜探測感知的類型與參數選擇，實現隱蔽信息的發送和接收；

2)選擇系統的基函數；

在步驟2)中，所述選擇系統的基函數的具體方法可為：根據選定的變換域，其變換域可以為DCT域、稀疏域、小波域等不同的變換域，結合環境探測的設計，可以生成不同的基函數，結合系統的需求，選擇系統的基函數。

3)信息序列波形設計防護；

在步驟3)中，所述信息序列波形設計防護的具體方法可為：采用子采樣方法將載體信號分為相同的兩個子信號，利用生成的子信號和隱蔽信息，通過離散分數隨機變換方法生成隱蔽信息對應的驗證信息，保證信息的透明性，波形設計的基函數在嵌入信息后，并不改變原載體信號的波形。

4)水聲變換域通信；

在步驟4)中，所述水聲變換域通信的具體方法可為：發射端，一個采樣器對通信工作頻帶的水聲環境采樣，并輸入譜估計器，計算功率譜密度，估計和定位存在的干擾頻段；比較估計的水聲信號功率譜密度與設置的門限值，剔除整個通信頻帶中已被干擾部分的信號用于通信傳輸；對頻譜分量進行調整，保證每次發送信號的能量相等，不受頻率分量的多少干擾；調整后的頻率分量進行變換域變換得到水聲波形的基本函數，包含所有的頻率分量；并將變換后的波形信號和待發送的數據進行調制，并將信號發射出去；接收端，進行相關接收，判決輸出接收到的隱蔽信息。

5)信息信號的信息提取。