[發明專利]利用長肢領航鯨叫聲諧波數量進行編碼的通信方法及裝置

在審

• 申請號: 201711489378.2
• 申請日: 2017-12-30
• 公開（公告）號: CN108055087A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發明（設計）人: 蔣佳佳;段發階;王憲全;李春月;卜令冉;孫中波;傅驍;黃婷婷;馬凌
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04B13/02
• 分類號: H04B13/02;H04B11/00;H04K1/00;G10L19/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

1.一種利用長肢領航鯨叫聲諧波數量進行編碼的通信方法，其特征是，從長肢領航鯨的叫聲中，找出M個叫聲，且M＝2N，M、N為正整數，利用M個不同的叫聲編碼N個比特的二進制數據，實現通信。

2.如權利要求1所述的利用長肢領航鯨叫聲諧波數量進行編碼的通信方法，其特征是，具體地：從M個不同的叫聲中任意取出2N-n個叫聲分為一組，n為一個小于N且大于零的整數，并將該組叫聲命名為GN-n；

根據N-n的大小，選用對應的叫聲分組GN-n，并讓每一個叫聲攜帶不同的N-n個比特通信信息，將通信過程中，每兩個相鄰叫聲之間的時間間隔設置為T，并按照進行發送。

3.如權利要求1所述的利用長肢領航鯨叫聲諧波數量進行編碼的通信方法，其特征是，在接收端，對接收到的信號進行歸一化的短時能量譜計算，通過設定一個合適的閾值TV1，去檢測和定位每個叫聲在所接收信號時間序列中的位置和持續時間長度；其中閾值TV1的取值范圍為0.01<TV1<0.8；接下來，根據每個叫聲的位置、持續時間長度和時頻圖譜去搜索該叫聲中時頻圖譜所包含主波和諧波的數量，計算出該叫聲所對應的主波與諧波數量之和的值，根據主波與諧波數量之和的值解碼出該叫聲所攜帶的通信信息。

4.如權利要求1所述的利用長肢領航鯨叫聲諧波數量進行編碼的通信方法，其特征是，更具體地，搜索過程可以按如下方法進行：第一步：在叫聲的持續時間里，且在叫聲的時頻圖中垂直于時間軸的方向等間隔地畫Q條直線，Q為正整數，且0<Q<10000000000，第二步：設定一個閾值TV2，閾值TV2的取值范圍為0.01<TV2<0.8，找出位于每條所畫直線中，超過閾值TV2的時頻圖峰值點，然后計算每條所畫直線中對應時頻圖峰值點的數量，假設第L條直線上所對應的時頻圖峰值點的數量為PL，則其它直線上所對應的時頻圖峰值點的數量為P1,P2,…,PQ，然后對所有峰值點的數量進行求和并取平均如下然后，按四舍五入的方法對S取整數得到該值就是該叫聲所對應的主波與諧波數量之和的值；進一步地，根據的大小，就能解碼出該叫聲所攜帶的通信信息。

5.一種利用長肢領航鯨叫聲諧波數量進行編碼的通信裝置，其特征是，包括鯨叫聲波形存儲器、鯨叫聲分組器，通信參數設置器、通信編碼器、換能器、水聽器、通信解碼器和輸出器構成，在發送端，鯨叫聲波形存儲器、鯨叫聲分組器，通信編碼器、換能器依次相連，通信編碼器還與通信參數設置器相連；在接收端，水聽器、通信解碼器和輸出器依次相連。

6.如權利要求5所述的利用長肢領航鯨叫聲諧波數量進行編碼的通信裝置，其特征是，具體地，鯨叫聲波形存儲器采用一個同步動態存儲器SDRAM來實現，用于存儲M個不同的叫聲；

鯨叫聲分組器用于：從鯨叫聲波形存儲器1出鯨叫聲，并對這些鯨叫聲進行分組，并根據所攜帶通信信息量的多少，分成多個不同的叫聲組；更具體地，可以從M個不同的叫聲中任意取出2N-n個叫聲分為一組，n為一個小于N且大于零的整數，并將該組叫聲命名為GN-n；例如，可以從M個不同的叫聲中取出2N-1個叫聲，分為一組，并將該組叫聲命名為GN-1，那么這組叫聲就能攜帶N-1bit的通信信息；鯨叫聲分組器通過可編程邏輯器件或微處理器芯片來實現；

通信參數設置器用于設置N-n值的大小，用于設置通信過程中叫聲之間的時間間隔T，且用于設置通信過程中叫聲的聲源級SL這三個參數，通信參數設置器可以通過可編程邏輯器件或微處理器芯片來實現；

通信編碼器對通信參數設置器傳過來的三個參數進行識別；然后，一方面，根據N-n的大小，從鯨叫聲分組器2中取出對應的叫聲分組GN-n，并讓每一個叫聲攜帶不同的N-n bit通信信息；另一方面，通信編碼器根據叫聲之間的時間間隔T，將通信過程中，每兩個相鄰叫聲之間的時間間隔設置為T，其中，T的取值范圍為0s<T<50s；再一方面，通信編碼器根據叫聲的聲源級SL的值，來控制輸出給換能器的叫聲信號發射功率，其中SL的大小范圍為0dB<SL<300dB；進一步地，通信編碼器接收來待發送的通信信息，然后利用其所選擇的叫聲分組GN-n、時間間隔T、聲源級SL來將待傳輸通信信息通過換能器轉換成聲波信號發送出去；進一步地，通信編碼器可以通過可編程邏輯器件或微處理器芯片來實現；

水聽器將聲波轉換為電信號后，輸送給通信解碼器；

通信解碼器不停的對接收到的信號進行歸一化的短時傅立葉變換，然后得到整個接收信號的時頻圖譜，當叫聲被接收到時，通信解碼器同時也對接收到的信號進行歸一化的短時能量譜計算，通過設定一個合適的閾值TV1，去檢測和定位每個叫聲在所接收信號時間序列中的位置和持續時間長度；其中閾值TV1的取值范圍為0.01<TV1<0.8；接下來，通信解碼器根據每個叫聲的位置、持續時間長度和時頻圖譜去搜索該叫聲中時頻圖譜所包含主波和諧波的數量；更具體地，搜索過程可以按如下方法進行：第一步：在叫聲的持續時間里，且在叫聲的時頻圖中垂直于時間軸的方向等間隔地畫Q條直線，Q為正整數，且0<Q<10000000000；第二步：設定一個閾值TV2，其中閾值TV2的取值范圍為0.01<TV2<0.8，找出位于每條所畫直線中，超過閾值TV2的時頻圖峰值點，然后計算每條所畫直線中對應時頻圖峰值點的數量，假設第L條直線上所對應的時頻圖峰值點的數量為PL，則其它直線上所對應的時頻圖峰值點的數量為P1,P2,…,PQ，然后對所有峰值點的數量進行求和并取平均如下然后，按四舍五入的方法對S取整數得到該值就是該叫聲所對應的主波與諧波數量之和的值；進一步地，根據的大小，就能解碼出該叫聲所攜帶的通信信息；

進一步地，通信解碼器就連續不斷解碼出的通信信息傳輸給通信信息輸出器，以完成整個通信過程。