[发明专利]一种基于环境感知的隐蔽水声通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及水声通信，尤其是涉及一种基于环境感知的隐蔽水声通信方法。

背景技术

隐蔽水声通信在水下军事活动的远程遥控中和海洋安全监控中都有广泛应用，可以为海洋环境监测、海洋资源探测、水下目标探测、海洋科研等提供多种服务。随着海洋开发和水声通信技术的发展，水声通信存在多种不安全性的因素，让敌方有从海洋入侵的可乘之机，不利于我国海洋军事活动，新的军事形势下对隐蔽水声通信提出可更高的要求。

目前，军事潜艇作战和反潜作战、水雷战和反水雷战等水声通信广泛使用隐蔽通信。美国海军研究所和水下作战中心对隐蔽水声通信做了很多研究，其中，美国麻省理工学院构成一款水声通信网络，AquaNodes；Woods Hole海洋研究所利用DSP技术，研制一种水声通信调制解调器，ATM850；日本的冲绳电器公司开发一台具有隐蔽水声通信功能的水下机器人。一些西方发达国家在声呐研究领域中，引入低截获技术，设计一种隐蔽的主动自导系统。在主动声自导机制下，实现了鱼雷隐蔽攻击。这种低截获技术主要利用带宽、扩频机制、伪随机信号和仿真序列等技术手段设计主动隐蔽性信号的波形。国内学者从我国军事需求出发，初步研究了低截获声呐、鱼雷隐蔽探测等方面。2009年，海洋工程大学分析了鱼雷隐蔽性，研究低截获声呐信号的特征；2014年西北工业大学实验室采用Costas编码技术设计了低截获声呐波形。现阶段研究和设计的声呐信号主要包括线性调频信号(Line Frequency Modulation，LFM)、编码调相脉冲(Pulse Code Modulation，PCM)、伪随机信号(Pseudo-Random，PR)、信息曲调频信号(Hyperbolic Frequency Modulation，HFM)、脉间调制信号(Interpulse Modulated signal，IM)、仿生序列(Bionic Sequence，BS)等。这些技术一定程度上保证了水下通信的隐蔽性，保证通信信息的安全性。

然而，传统的隐蔽通信技术降低通信机发射功率达到隐蔽通信目的，由于受水声信道影响，限制了隐蔽通信距离。另外，低信噪比隐蔽水声通信技术，可以通过多次积分方法检测出通信信号存在，测量目标的距离方位，对于高隐蔽性的军事活动，此状况是不允许的。尤其，当特殊紧急的军事中，对于意外环境干扰篡改的信息，即便提取到隐蔽信息，也难以决策信息内容的正确性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的隐蔽通信中，降低信噪比时，导致通信距离短；隐蔽信息受海域复杂环境的干扰，无法确定信息内容是否被篡改或破坏；载体信号源的信息嵌入量低等问题，提供可克服隐蔽水声通信的上述缺陷，需要探究透明性强，鲁棒性高的隐蔽技术和新型波形设计结构的一种基于环境感知的隐蔽水声通信方法。

本发明包括以下步骤：

1)待发送的信息在传输之前，首先对于环境进行探测感知，根据干扰的不同类型与不同的谱分布，结合系统的需求，具体确定设计的变换域类型，通过水声变换域通信系统实现谱探测感知的类型与参数选择，实现隐蔽信息的发送和接收；

2)选择系统的基函数；

在步骤2)中，所述选择系统的基函数的具体方法可为：根据选定的变换域，其变换域可以为DCT域、稀疏域、小波域等不同的变换域，结合环境探测的设计，可以生成不同的基函数，结合系统的需求，选择系统的基函数。

3)信息序列波形设计防护；

在步骤3)中，所述信息序列波形设计防护的具体方法可为：采用子采样方法将载体信号分为相同的两个子信号，利用生成的子信号和隐蔽信息，通过离散分数随机变换方法生成隐蔽信息对应的验证信息，保证信息的透明性，波形设计的基函数在嵌入信息后，并不改变原载体信号的波形。

4)水声变换域通信；

在步骤4)中，所述水声变换域通信的具体方法可为：发射端，一个采样器对通信工作频带的水声环境采样，并输入谱估计器，计算功率谱密度，估计和定位存在的干扰频段；比较估计的水声信号功率谱密度与设置的门限值，剔除整个通信频带中已被干扰部分的信号用于通信传输；对频谱分量进行调整，保证每次发送信号的能量相等，不受频率分量的多少干扰；调整后的频率分量进行变换域变换得到水声波形的基本函数，包含所有的频率分量；并将变换后的波形信号和待发送的数据进行调制，并将信号发射出去；接收端，进行相关接收，判决输出接收到的隐蔽信息。

5)信息信号的信息提取。