[发明专利]一种基于海豚哨声参数模型的水声隐蔽通信方法

权利要求书

1.一种基于海豚哨声参数模型的水声隐蔽通信方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤一：提取海豚哨声信号时频轮廓图

利用水听器自行采集或通过“沃特金斯海洋哺乳动物声音数据库”平台获取多种海豚声音信号，经短时傅里叶变换提取其时频谱图：

其中，为短时傅里叶时频谱，ω为角频率，t为时间，s_w(τ)为采集的海豚声音信号，τ为积分变量，g(τ-t)为窗函数，e为自然对数；

通过数字图像处理方法对得到的时频谱图的像素矩阵进行基波分量的提取，最终得到海豚哨声信号基波分量的时频轮廓曲线f_w(t)：

λ:G_a×b×3→f_w(t)

其中，G_a×b×3为a×b维RGB像素矩阵显示的彩色时频谱图，λ表示为由时频谱图G_a×b×3经数字图像处理方法到时频轮廓函数f_w(t)的一个映射；

步骤二：选择可利用的哨声信号

选取K种在步骤一中已提取好时频轮廓的可利用哨声信号，使得频率不重叠的信号同时发送，或者频段有重合的信号交替发送；根据选取的海豚哨声信号的时频轮廓曲线f_w1(t)、f_w2(t)、f_w3(t)…，产生所需的仿海豚原始哨声信号s_m1(t),s_m2(t),s_m3(t)...；

步骤三：构建海豚哨声信号参数模型

针对于第i种海豚哨声信号s_mi(t)，合成信号参数模型构建为：

f_syn(t)＝f_center(t)+c×(f_w(t)-f_center(t))+f_c

其中，s(t)为基于第i种原始信号s_mi(t)的合成哨声信号，A为固定信号幅度，f_syn(t)随时间变化的频率函数，T为信号持续时长，f_center为哨声时频谱轮廓中间时间点对应的频率，c为哨声频率的纵向伸缩系数，伸缩系数c以1为中心值，携带n_cbit信息，f_c为时频谱搬移的频率，搬移系数f_c以0为中心值，携带信息；

其中，f为根据每个参数所携带的bit个数选取的一系列参数值；

步骤四：产生携带信息的待发送海豚哨声信号

合成第i段信号调制后的离散形式为：

其中，N为信号的点数，f_s为采样频率；

用户根据所使用哨声信号频率范围，确定哨声信号发射时分复用、频分复用的规则信号发射协议，根据发射协议制定的发射信号的方式通过频分复用不同频段的哨声信号的叠加，以及时分复用信号的交替发送不同哨声信号的方法合成一段完整的待发送的仿海豚哨声信号；

步骤五：接收端信号预处理

利用原始信号与本地信号进行同步；根据确定的信号频段设计带通滤波器将不同频带范围的信号分离，再根据步骤四的发射协议截取得到发射前的一系列已调信号片段；

接收到的数字哨声信号的离散形式为：

其中，N_x为接收信号的点数，截取的接收信号的长度大于等于最长的调制哨声，w[n]为均值为0，方差为σ²的高斯白噪声；

步骤六：哨声信号解调

对得到的信号片段x(n)进行最大似然估计，得到参数纵向伸缩系数c和频率搬移系数f_c：

根据估计出的频率参数以及在调制时由数据信息确定的调制参数的对应法则反映射得到每个参数值的对应码；

步骤七：解码完整的发送信息内容

用户根据步骤四中制定的信号发射协议，将一系列码元按照拆分方式重新排列组合，得到每一段哨声信号所携带的信息，可恢复出完整的发送信息内容。

2.根据权利要求1所述的基于海豚哨声参数模型的水声隐蔽通信方法，其特征在于：

步骤六中，所述法则指调制时在步骤三构建信号参数模型时确定的不同数据信息对应的不同信号参数。