[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

说明书

本发明提供了一种基于海豚哨声参数模型的水声隐蔽通信方法，通过采集大量的不同海豚哨声信号并形成STFT时频谱图，利用数字图像处理提取其时频轮廓曲线。通过对比分析，选取能够频分复用、时长较短的N种哨声信号，并基于参数模型和一定的映射规则将待发射的信息加载至生成的哨声信号上，最后将生成的N种哨声信号再按一定的规则组合，形成具有强隐蔽性的通信信号。本发明因其信号特征和调制方式使得通信内容具有极强的隐蔽性，通过与时分复用、频分复用结合的技术，使得发射信号类似于群体生物此起彼伏的叫声，更加真实；时分复用、频分复用的引入还能提升一定的传输速率，因此更具有实际应用价值。

技术领域

本发明涉及隐蔽水声通信领域，具体涉及仿生学、声信号处理技术、数字图像处理、信息对抗、信号编码方法等，尤其是一种水声通信方法。

背景技术

海洋是人类生存发展的源泉。如何开发和利用海洋是我国在走向世界强国的过程中需要直面的问题。对海洋资源的开发利用，对领海的保护和管控，都对水声通信提出了更高的要求。近些年来，水声通信朝着高速率、高可靠性和网络化的方向有了进一步的发展，在军事方面，通信的隐蔽性能也成为不可忽视的一部分。

隐蔽水声通信不仅需要保证传输信号在水下安全秘密地传输，而不被敌方识别、检测或截获，更需要保证移动或非移动的水下通信平台位置的安全，不被敌方发现、销毁、监听。因此隐蔽通信对于水下信息的安全传送具有很强的战略意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于海豚哨声参数模型的水声隐蔽通信方法。为使得通信信号具有更强的隐蔽性，本发明提出了一种模拟真实的海洋生物叫声隐蔽仿生通信技术，通过提取多种海豚生物哨声时频轮廓曲线，产生基于参数模型的仿海豚群体哨声信号的隐蔽通信方法，本发明模拟了一群海豚经过时此起彼伏的叫声序列，通过特定的信息映射规则，并利用频分复用等技术，可将待发送的情报隐藏在其中，在隐蔽作战时起到关键的信息传输的作用。

为了弥补现有技术的缺陷，本发明采用了基于仿生学思想的隐蔽通信方式。该种通信方式通过对海洋生物叫声的分析，模拟产生类似于海洋动物叫声的声波作为通信信号。使得在敌方能够检测到信号的情况下，将其误识别为海洋生物叫声而忽视，因此该方法不论在高信噪比还是低信噪比传输时都能够起到极强的隐蔽性能。

针对传统扩频隐蔽通信技术依靠降低信噪比提高隐蔽性且易暴露通信机位置的缺点，本发明提出了一种基于海豚哨声信号参数模型模拟海豚哨声来传递信息的方法。通过采集大量的不同海豚哨声信号并形成STFT时频谱图，利用数字图像处理提取其时频轮廓曲线。通过对比分析，选取能够频分复用、时长较短的N种哨声信号，并基于参数模型和一定的映射规则将待发射的信息加载至生成的哨声信号上，最后将生成的N种哨声信号再按一定的规则组合，形成具有强隐蔽性的通信信号。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的具体步骤如下：

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(t)为采集的海豚声音信号，τ为积分变量，g(t-τ)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(扫频信号形式)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；