[发明专利]一种基于船舶辐射噪声的水声隐蔽通信方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于水声通信和信息安全技术领域，特别涉及一种基于船舶辐射噪声的水声隐蔽通信方法与系统。

背景技术

以声载波实现水下无线通信的水声通信技术是当前海洋工程及军事海洋学领域的重要技术之一，能够实现潜艇、水下各类航行器、水下监测、探测平台等水下设备之间的通信以及水下设备与陆地及海面平台的通信。在海洋军事情报的监听与收集、特殊水域的监测、特别是水下侦察与多节点协作探测、集群管理指挥与调度等方面水声通信技术也具有广阔的应用前景。然而由于声波在水中具有开放性，因此容易被敌对方截获、干扰或欺骗。

水声通信是未来水下无线通信的主要手段，在军事与民用领域均具有非常大的应用价值，在军事应用中保证水声通信的隐蔽性非常重要。目前，水声隐蔽通信主要依赖扩频通信机制降低发射信号的声源级并使水声通信信号呈现类似噪声的特性，以实现通信的隐蔽性。然而随着通信对抗技术的不断发展与成熟，已有多种针对传统水声隐蔽通信的信号检测与通信参数估计技术，对通信的安全性构成了很大的威胁，因此探索新型的水声隐蔽通信技术非常必要。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种基于船舶辐射噪声的水声隐蔽通信方法及系统，其不仅能够安全可靠地传输信息，同时可使通信过程更具隐蔽性。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种基于船舶辐射噪声的水声隐蔽通信系统，包括传感器模块、处理模块、通信模块和供电模块；

传感器模块包括顺序连接的传感器、信号调理与滤波电路、A/D转换电路和Flash，其中，传感器将采集的姿态信息送入信号调理与滤波电路，经预处理后送入A/D转换电路进行A/D转换，然后送入Flash缓存；

处理模块包括CPLD、SRAM和DSP处理器，其中，CPLD将缓存于Flash中的数据存储到SRAM中，为DSP处理器提供需要处理的数据，同时将DSP处理器处理的信息送入SRAM存储；所述DSP处理器与通信模块进行数据传输；

通信模块包括收发合置换能器、发射功率模块、接收调理电路、A/D转换器、D/A转换器、值班电路和晶振模块，其中，D/A转换器连接处理模块中的DSP处理器，将处理后的信息进行D/A转换后通过发射功率模块送入收发合置换能器；所述收发合置换能器的输出端还连接接收调理电路，对数据进行放大、滤波和增益控制后送入A/D转换器进行A/D转换，然后送入DSP处理器进行处理；值班电路分别连接DSP处理器和接收调理电路，在其信号控制下唤醒第二电源模块；晶振模块连接DSP处理器；

供电模块包括两个电源模块，第一电源模块为收发合置换能器、接收调理电路、值班电路和传感器模块供电，第二电源模块为DSP处理器、A/D转换器、D/A转换器和发射功率模块供电。

一种基于船舶辐射噪声的水声隐蔽通信方法，包括发送端的处理方法和接收端的处理方法；

发送端的处理方法包括如下步骤：

（a1）采集船舶辐射噪声信号或根据船舶辐射噪声的数学模型计算产生船舶辐射噪声信号，对所述船舶辐射噪声信号的频谱进行估计，得到载体信号y(t)，其对应的频谱为Y(ω)；

（a2）产生基于待发送消息或信息的数字水印信号w(t)，其对应的频谱为W(ω)；

（a3）将步骤（a2）中的水印信号嵌入步骤（a1）中的载体信号，得到嵌入水印的频域信号X(ω)，再对其进行逆变换，得到水印嵌入通信信号x(t)；

（a4）按照“同步信号+水印嵌入通信信号”的格式形成最终要发送的信号z(t)；

（a5）将要发送的信号z(t)进行数模转换，经功率放大后由低频换能器将水声通信信号发射，实现通信信号的发送；

接收端的处理方法包括如下步骤：

（b1）采样水下环境中的声学信号；

（b2）利用前述步骤（a4）中的同步信号对采样的信号进行同步检测，检测是否存在通信信号，如果存在，转步骤（b3），否则返回步骤（b1）；

（b3）对存在通信信号的采样信号进行水印析取，恢复出待发送消息或信息。

上述步骤（a2）中，基于待发送消息或信息的水印信号的产生方法步骤如下：

步骤a2-1：通信双方预先设定密钥，设为K；

步骤a2-2：与密钥K采用加密算法对待发送的消息S进行加密处理；

步骤a2-3：设加密后的消息序列为S′；

步骤a2-4：依据具体消息的形式，设计消息映射原则，设映射原则表示为f(·)；