[发明专利]基于海洋哺乳类动物信号合成的低截获概率波形设计方法

说明书

本发明公开了一种基于海洋哺乳类动物声音信号合成的低截获概率通信波形设计方法，其包括以下步骤：提取出海洋哺乳类动物声音通信信号的包络，求得该信号包络的极值点，提取出极值点间的波形；产生N个基本小波函数的线性组合；最后将组合函数与极值点间的波形进行相关并取最值。将以上过程进行多次迭代，不断调整线性组合函数的权重。本发明利用高斯信号及其各阶导函数拟合海洋哺乳类动物的声音信号，实现了低截获概率通信，大大提高信息的保密能力。

技术领域

本发明涉及低截获概率通信波形设计，尤其是涉及一种基于海洋哺乳类动物声音信号合成的低截获概率通信波形设计方法。

背景技术

水下低截获通信声呐着重在于信息的保密能力以及接收端的还原能力。虽然近些年低截获声呐通信系统发展较快，然而大部分是具有特性形式的信号。由于水声信道的特点使得相同声源级的信号并不能实现在不同距离上的低截获通信。基于此，提出了通过仿生信号作为信息载体的方法，与单纯的降低信噪比不同，仿生是利用海洋中所存在的生物信号作为调制波形。这种信号可以取自鲸鱼、海豚或者其它海洋哺乳类动物声音。海豚或者海洋哺乳类动物声音利用声信号来进行通信，其主要利用声音信号来进行通信。这种通信方式允许通信信号被检测到，但是识别时会被当作海洋生物噪声探测，达到低截获通信的目的，然而这种方法携带信息较少，并不利于实时通信。

水下声呐系统可以利用拟合仿生信号，即通过利用其他信号构造海豚或者海洋哺乳类动物声音信号的方法进行信息隐藏，截获端接收到信号后会被认为是生物噪声而增加了信号的保密能力，并且信息携带量有所增加，实现声呐的低截获通信。

针对传统的海洋低截获通信存在的问题，本发明提出拟合仿生信号的方法，这样可以大大提高信息的保密能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于海洋哺乳类动物信号合成的低截获概率波形设计方法。该方法利用高斯函数、高斯函数的导数或者椭球波函数等基本小波函数及其导函数跟海洋哺乳类动物声音信号的相似性，将高斯函数、高斯函数的导数或者椭球波函数等基本小波函数及其导函数作为拟合海洋哺乳类动物声音信号的基函数。拟合成的仿海洋哺乳类动物声音信号在被截获时，也会被当作海洋生物噪声处理，而从达到低截获概率通信的目的。而且拟合一个海洋哺乳类动物声音单脉冲需要多种高斯函数、高斯函数的导数或者椭球波函数等基本小波函数，所以可以把信息调制在这几个波形中。相比于基于时延差的信息携带方式来说，这种方法使信息携带量有所增加，并且编码的灵活性有所增强。

而要对海洋哺乳类动物声音信号进行拟合，首先要对海洋哺乳类动物的声音信号的时域、频域以及模糊函数进行分析。对海洋哺乳类动物声音信号的分析，将作为判定信号拟合效果的依据。

其次通过高斯函数、高斯函数的导数或者椭球波函数等基本小波函数及各阶导数进行海洋哺乳类动物声音信号的拟合，需要对高斯函数、高斯函数的导数或者椭球波函数等基本小波函数及其导函数进行分析。

一个高斯脉冲p(t)可以用下列表达式进行描述：

其中σ为标准差。

高斯函数、高斯函数的导数或者椭球波函数等基本小波函数具有各阶导函数形式，其表达式如下所示：

式中n表示求导的阶数。

高斯函数、高斯函数的导数或者椭球波函数等基本小波函数的求导阶数越高，则过零点的数目越多，且频率也越高。而且，高斯函数、高斯函数的导数或者椭球波函数等基本小波函数的各阶导函数之中，自相关性较强而互相关性较弱，这为拟合海洋哺乳类动物的声音信号提供了理论依据。声音脉冲串具有相似的特点，因此只要计算出声音脉冲串的包络，就可以用高斯函数、高斯函数的导数或者椭球波函数等基本小波函数及其各阶导函数进行拟合。