一種基于數(shù)字水印的主動聲吶身份識別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于數(shù)字水印的主動聲吶身份識別方法。與現(xiàn)有的通過主動聲吶探測信號固有特征來識別其身份的方法不同，該方法是發(fā)送方在主動聲吶發(fā)射的探測信號中嵌入數(shù)字水印，接收方檢測接收信號中是否含有水印信息來識別其身份。具體地，該方法在發(fā)射端通過生成水印序列來修改原始信號中的部分DCT系數(shù)，在接收端通過計算水印模板與接收信號的相關(guān)性來確定是否含有水印，從而辨別聲吶信號的身份。該方法較現(xiàn)有方法具有更多的靈活、可控性和更好的識別效果。
【專利說明】一種基于數(shù)字水印的主動聲吶身份識別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及主動聲吶，特別是涉及基于數(shù)字水印的主動聲吶身份識別的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在復(fù)雜的海底環(huán)境中，充斥著大量的聲信號。這些聲信號有的是海洋生物發(fā)出的，還有許多是人為產(chǎn)生的。這些信號的身份難以分辨，而在實際的應(yīng)用中，識別一聲吶信號的身份卻是非常有必要的。由于主動聲吶脈沖本身除了帶寬、頻率、持續(xù)時間和脈沖波形，不帶任何身份信息。數(shù)字水印技術(shù)是目前一種較為有效的身份識別方法。因此，本發(fā)明在主動聲吶發(fā)射的信號中嵌入數(shù)字水印，以達(dá)到識別的目的。該技術(shù)有較強(qiáng)的實際應(yīng)用需求，如在實際的操作中，可以利用該技術(shù)區(qū)分同類主動聲納探測信號的真實身份，以及辨別出偽裝信號。另一個應(yīng)用是在海底特設(shè)傳感器網(wǎng)絡(luò)以用于追蹤和導(dǎo)航。例如，定位水下無人航行器。在無人航行器的實際操作中，這些航行器需要通過和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進(jìn)行溝通以實現(xiàn)導(dǎo)航和通信。然而作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點很容易會有移動，因此在它們發(fā)射的信號中嵌入發(fā)射此信號時的位置對無人航行器導(dǎo)航有著重要價值?，F(xiàn)有的方法是建立一個包含了多種主動聲吶探測信號的特征數(shù)據(jù)庫并據(jù)此和探測到的信號進(jìn)行比較來被動識別。海洋里存在著同類聲納的探測信號以及偽裝信號，這些信號的相似度極高。該方法對于這類信號的身份識別能力有待進(jìn)一步加強(qiáng)。所以，如何準(zhǔn)確、有效地辨別真?zhèn)涡盘栆约巴惵晠忍綔y信號的身份，成為現(xiàn)有技術(shù)有待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]現(xiàn)有技術(shù)不能準(zhǔn)確、有效地辨別真?zhèn)涡盘栆约巴惵晠忍綔y信號的身份。為了克服這些不足，本發(fā)明提供了一種基于數(shù)字水印的主動聲吶身份識別方法。
[0004]本發(fā)明基于數(shù)字水印的主動聲吶身份識別方法，其特征在于包括下列步驟:
[0005]步驟1:水印嵌入
[0006](1)原始信號預(yù)處理:
[0007]將原始信號s⑴平均分成η塊，
[0008]s (t) = [S1 (t)，S2(f)，…sn (t) ](1)
其中每一塊的長度m = N/n，N為原始信號的采樣點數(shù)，對經(jīng)過分塊后的原始信號s (t)，進(jìn)行離散余弦變換DCT:
[0009]S(f) =dct(s(t)) =(2)
[0010]其中Sj (f) = dct (Sj (f)(3)
[0011]這里j = 1, 2，…n, t表示時域，η大于1的自然數(shù),下同；
[0012](II)水印生成
[0013]水印的負(fù)載:
[0014]C = [C1, C2,…Cn](4)
[0015]其中Cl...n e {-1，1};[0016]攜帶這些負(fù)載的水印為:
[0017]ω = [ω” ω2，…ωη], ω』=[Wl，W2，…wm]T (5)
[0018]這里的上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置，下同；
[0019]則嵌入的水印即原始水印為:
[0020]= (6)
[0021](III)水印嵌入
[0022]根據(jù)選取海洋聲學(xué)模型選取需要的嵌入矩陣:
[0023]P = [P11P2, -Pn] (7)
[0024]其中
【權(quán)利要求】
1.一種基于數(shù)字水印的主動聲吶身份識別方法，其特征在于包括下列步驟: 步驟1:水印嵌入 (I)原始信號預(yù)處理: 將原始信號S (t)平均分成η塊，
S(t) = [S1 (t), S2(t),...sn (t) ](I) 其中每一塊的長度m = N/n，N為原始信號的采樣點數(shù)，對經(jīng)過分塊后的原始信號s(t)，進(jìn)行離散余弦變換DCT:
S(f) = dct(s(t)) = [S1 (f), S2(f),..., Sn(f)] (2) 其中 Sj(f) = dct(Sj(t))(3) 這里j = 1，2，...n, t表示時域，η大于I的自然數(shù),下同； (II)水印生成 水印的負(fù)載: C = [C1, C2,…cn](4)
其中 C1...n e {-1, 1}； 攜帶這些負(fù)載的水印為:
ω = [ω” ω2，...ωη]，ω j = Lw1, w2,...wm]T (5) 這里的上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置,下同； 則嵌入的水印即原始水印為:
W = [W11W2, ---Wj = [C1CO1, C2 COfCnCOn](6) (III)水印嵌入 根據(jù)選取海洋聲學(xué)模型選取需要的嵌入矩陣: P = [P11P21-PJ(7) 其中= pj=[pj1,pj2,，…pjm]，而 Pji ∈{O, 1}； 這里i = l,2,…m,下同； 則根據(jù)該嵌入矩陣P修改S(f)有嵌入水印后的離散余弦變換DCT域信號: Sw = S ⑵ +kW ⑵=[Slw, S2w,…SJ(8) 其中Sjw = Sj (Pj)+Cj Wj(Pj)，k是水印嵌入系數(shù)表征水印的嵌入強(qiáng)度； 嵌入水印后的信號為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字水印的主動聲吶身份識別方法，其特征在于: 步驟(1)水印嵌入過程對原始信號預(yù)處理進(jìn)行分塊時:(a)當(dāng)平均分塊有多余信號，把多余信號單獨成塊；(b)當(dāng)進(jìn)行分塊時分塊數(shù)η滿足: T/n<(At)c (18) 這里(At)。表示的是信道的相干時間，T表示的是單個脈沖持續(xù)的時間，(At)。由(19)得到: (At)c~0.5/fd (19) fd是多普勒頻移。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字水印的主動聲吶身份識別方法，其特征在于: 步驟(III)水印嵌入過程中每個分塊的原始信號的帶寬B/n滿足: B/n< (Af)c (20) 其中(Af)。表示信道的相干帶寬，B是原始信號的整個帶寬，η是分塊數(shù): (Af)c =1/Tm (21) Tm是所有路徑中最大的時延。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字水印的主動聲吶身份識別方法，其特征在于: 步驟(C)建立最大似然檢測器過程所述Aci的選取會影響到水印的檢測率PD，漏檢率Pm以及誤檢率Pfp ;檢測率Pd表示的是檢測出嵌入水印的信號中含有水印的概率，漏檢率Pm示的是檢測出嵌入水印的信號中不含有水印的概率，誤檢率Pfp表示的是檢測出未嵌入水印的信號中含有水印的概率:
Pd = P(A > A0Iff)PM=P(Λ≤Λ0|W)PFP=P(Λ＞Λ0|W) （22）。
【文檔編號】G10L19/018GK103794217SQ201410019310
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】戴躍偉, 周海會, 王彪, 翟江濤 申請人:江蘇科技大學(xué)