[發明專利]一種基于陀螺儀共振的隱蔽信道通信方法

有效

• 申請號: 202010885328.1
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112187373B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 林峰;高銘;韓勁松;徐煒燁;張靈峰;錢澤鵬;李一敏;任奎
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04B11/00
• 分類號: H04B11/00;H04B14/04;H04L1/00;G10L21/0272;G01C19/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

1.一種基于陀螺儀共振的隱蔽信道通信方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：聲波編碼：由目標接收設備中陀螺儀的共振特性決定通信頻段，并采用脈沖上升沿之間的不同時間間隔寬度進行編碼，在目標頻段上調制信號并由揚聲器播放；

步驟二：信道噪音消除：包括頻率漂移和隨機誤差消除；基于陀螺儀共振時的軸間特性，選擇兩條軸上數據通過乘法器將兩條軸上數據相乘后再使用均值濾波器進行均值濾波消除高頻分量構成聯合信道，消除陀螺儀采樣率漂移產生的頻率漂移和陀螺儀隨機誤差；

步驟三：解碼：利用最大聲閾值算法劃定閾值并進行解碼，獲得信道中傳遞的數據；其中，利用最大聲閾值算法劃定閾值的方法具體為：

對于具有分辨率r和最大值L·r的信道，確定閾值q如下

max H(q)＝H₁(q)+H₂(q)，

q＝l×r，0≤l≤L

其中，p(·)是概率密度函數；L表示最大倍數，當一個點對應的值大于所得閾值，即被視為高電平，反之視為低電平。

2.根據權利要求1所述基于陀螺儀共振的隱蔽信道通信方法，其特征在于，所述步驟一中，通信頻段選擇方法具體如下：

(1.1)預測量：揚聲器播放啁啾聲，設置步長，觀察陀螺儀各個軸上的讀數；當讀數出現大幅度提升且不符合高斯分布時即認為共振發生，記錄各個軸的幅值峰值以及對應的頻率；在各個軸上找到幅值為峰值的0.707倍的兩個點f_start、f_end，記錄對應的頻率作為共振發生的起止點，即

(1.2)頻段選取：選擇能使至少有兩個軸發生共振的頻段作為通信頻段，即

3.根據權利要求2所述基于陀螺儀共振的隱蔽信道通信方法，其特征在于，所述步驟(1.2)中，選取有且僅有兩個軸發生共振的頻段分別作為多信道/多用戶通信的頻段，即

以支持多信道/多用戶數據傳輸。

4.根據權利要求1所述基于陀螺儀共振的隱蔽信道通信方法，其特征在于，所述步驟一中，采用交織技術進行編碼，可以消除視距上的阻礙噪聲，以降低由于信道干擾造成的信號傳輸錯誤。

5.根據權利要求1所述基于陀螺儀共振的隱蔽信道通信方法，其特征在于，所述步驟二中陀螺儀共振的軸間特性具體如下：

一個陀螺儀內的不同軸，在同一個聲波下產生共振時，共振會同時發生，并且不同軸上的共振數據擁有相同的振動頻率和固定的相位差。

6.根據權利要求1所述基于陀螺儀共振的隱蔽信道通信方法，其特征在于，還包括消除聲源運動噪聲步驟，具體為：

使用動態閾值劃分技術，即在短時間段內分別使用最大聲閾值算法劃定閾值，以消除聲源運動帶來的共振數據幅值變化。

7.根據權利要求1所述基于陀螺儀共振的隱蔽信道通信方法，其特征在于，還包括消除目標接收設備運動噪聲步驟，具體包括：

目標接收設備二維運動：選擇沒有發生運動的軸作為聯合信道中的一條軸構成聯合信道，通過均值濾波消除二維運動帶來的額外數值干擾；

目標接收設備三維運動：依次經過小波分析、盲源分離、和基于共振的軸間特性的信號恢復，消除三維運動帶來的額外數值干擾。

8.根據權利要求7所述基于陀螺儀共振的隱蔽信道通信方法，其特征在于，消除目標接收設備三維運動干擾的方法具體如下：

(a)小波分析：初步消除低頻運動噪聲；

(b)單信道盲源分離：以陀螺儀一個軸上數據作為觀察矩陣，以共振數據和運動數據作為源矩陣建立盲源分離模型；利用集合經驗模態分解將一維的觀察矩陣進行分解升維，利用主成分分析法求解模型，得到維度相同的高維解矩陣；

(c)信號恢復：在另一個軸上重復步驟(a)和(b)，基于陀螺儀共振時頻率相同、相位差固定的軸間特性，不同軸間的共振數據可以擬合為一條橢圓曲線；在解矩陣中遍歷所有組合進行求和，利用編碼規則中高電平所在位置的特性找出高電平位置進行擬合，選擇可以擬合為橢圓的組合中橢圓面積最大的一組的組合視為信號，其余部分視為運動帶來的噪聲干擾。