利用鯨聲的偽裝隱蔽水下通信方法及裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于水聲通信領(lǐng)域，為提供一種利用鯨聲的偽裝隱蔽水下通信方法，實(shí)現(xiàn)水下偽裝隱蔽通信。為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，利用鯨聲的偽裝隱蔽水下通信方法及裝置，包括：由兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)1或22組成，但不局限于兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)，或者包含很多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)；而每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)又由第23信號(hào)發(fā)送模塊(23)或第26信號(hào)發(fā)送模塊(26)和第24信號(hào)接收模塊(24)或第25信號(hào)接收模塊(25)組成；第23信號(hào)發(fā)送模塊(23)由第2發(fā)信控制模塊(2)、第31時(shí)延差編碼器(31)、第3功率放大器(3)和第4發(fā)聲傳感器(4)組成。本發(fā)明主要應(yīng)用于水聲通信。
【專(zhuān)利說(shuō)明】利用鯨聲的偽裝隱蔽水下通信方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水聲通信領(lǐng)域，具體講，涉及利用鯨聲的偽裝隱蔽水下通信方法。
技術(shù)背景
[0002]在軍事通信系統(tǒng)中，隱蔽性至關(guān)重要，它關(guān)系到軍事系統(tǒng)的生存能力和存活時(shí)長(zhǎng)。在水下通信系統(tǒng)中更是如此，例如采用隱蔽通信的潛艇能減小被敵方探測(cè)到的概率。水下通信系統(tǒng)中，絕大部分采用以聲波為傳輸媒介的通信方式。在進(jìn)行通信時(shí)，發(fā)信方需要利用發(fā)射傳感器(例如發(fā)射水聽(tīng)器陣)向外發(fā)射大功率的聲波信號(hào)；而常規(guī)的聲波信號(hào)主要有矩形脈沖波形、線性調(diào)頻脈沖波形等，這些信號(hào)的包絡(luò)簡(jiǎn)單(為脈沖矩形)，且信號(hào)包絡(luò)內(nèi)調(diào)制信號(hào)一般為單頻正弦波或頻率線性變化的正弦波，這些信號(hào)特點(diǎn)導(dǎo)致它們很容易被敵方偵察系統(tǒng)識(shí)別和定位，從而導(dǎo)致發(fā)信方被暴露，這將對(duì)發(fā)信方的生存能力構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。
[0003]本發(fā)明提供一種利用鯨聲的偽裝隱蔽水下通信方法；本發(fā)明采用鯨聲(鯨的clicks脈沖信號(hào)(參見(jiàn)文獻(xiàn)[I]))作為水下聲通信發(fā)信方的發(fā)射波形，采用時(shí)延差編碼(參見(jiàn)文獻(xiàn)[2])通信方式發(fā)送鯨聲信號(hào)，采用隨機(jī)匹配濾波器(stochastic matchedfilter,參見(jiàn)文獻(xiàn)[3])對(duì)鯨聲信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理，從而實(shí)現(xiàn)水下偽裝隱蔽通信。
[0004]參考文獻(xiàn):
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有水下聲通信發(fā)信方容易暴露自身位置的缺點(diǎn)，提供一種利用鯨聲的偽裝隱蔽水下通信方法，實(shí)現(xiàn)水下偽裝隱蔽通信。為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，利用鯨聲的偽裝隱蔽水下通信裝置，包括:由兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)I或22組成，但不局限于兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)，或者包含很多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)；而每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)又由第23信號(hào)發(fā)送模塊(23)或第26信號(hào)發(fā)送模塊(26)和第24信號(hào)接收模塊(24)或第25信號(hào)接收模塊(25)組成；第23信號(hào)發(fā)送模塊(23)由第2發(fā)信控制模塊(2)、第31時(shí)延差編碼器
(31)、第3功率放大器(3)和第4發(fā)聲傳感器⑷組成；同樣地，第26信號(hào)發(fā)送模塊(26)由第18發(fā)信控制模塊(18)、第33時(shí)延差編碼器(33)、第17功率放大器(17)和第16發(fā)聲傳感器(16)組成；第24信號(hào)接收模塊(24)由第7接收傳感器(7)、第6信號(hào)調(diào)理器(6)、第32時(shí)延差解碼器(32)和第5收信控制模塊(5)組成；同樣地，第25信號(hào)接收模塊(25)由第21接收傳感器(21)、第20信號(hào)調(diào)理器(20)、第34時(shí)延差解碼器(34)和第19收信控制模塊(19)組成；
[0009]第2發(fā)信控制模塊(2)將所需要發(fā)送的信息，通過(guò)第31時(shí)延差編碼器(31)以時(shí)延差的編碼方式產(chǎn)生鯨clicks聲脈沖信號(hào)，這些脈沖信號(hào)傳送至第3功率放大器(3)進(jìn)行功率放大后，再傳送至第4發(fā)聲傳感器(4)，第4發(fā)聲傳感器(4)再將經(jīng)放大的鯨clicks聲脈沖信號(hào)發(fā)送出去；
[0010]第21接收傳感器(21)將以聲波形式傳來(lái)的鯨clicks聲脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后傳送到第20信號(hào)調(diào)理器(20);
[0011]第20信號(hào)調(diào)理器(20)通過(guò)隨機(jī)匹配濾波器(stochastic matched filter)對(duì)接收到的鯨clicks聲脈沖信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理后，將信號(hào)輸出到第34時(shí)延差解碼器(34)，以提取出鯨clicks聲脈沖信號(hào)之間的時(shí)延差信息，然后將這些時(shí)延差信息傳送至第19收信控制模塊(19);
[0012]第19收信控制模塊(19)對(duì)第20信號(hào)調(diào)理器(20)傳送來(lái)的時(shí)延差信息進(jìn)行識(shí)別，恢復(fù)出第2發(fā)信控制模塊(2)所發(fā)送的信息；
[0013]第18發(fā)信控制模塊(18)將所需要發(fā)送的信息，通過(guò)第33時(shí)延差編碼器(33)以時(shí)延差的編碼方式產(chǎn)生鯨clicks聲脈沖信號(hào)，這些脈沖信號(hào)傳送至第17功率放大器(17)進(jìn)行功率放大后，再傳送至第16發(fā)聲傳感器(16)，第16發(fā)聲傳感器(16)再將經(jīng)放大的鯨clicks聲脈沖信號(hào)發(fā)送出去；
[0014]第7接收傳感器(7)將以聲波形式傳來(lái)的鯨clicks聲脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后傳送到第6信號(hào)調(diào)理器(6);
[0015]第6信號(hào)調(diào)理器(6)通過(guò)隨機(jī)匹配濾波器(stochastic matched filter)對(duì)接收到的鯨clicks聲脈沖信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理后，將信號(hào)輸出到第32時(shí)延差解碼器(32)，以提取出鯨clicks聲脈沖信號(hào)之間的時(shí)延差信息，然后將這些時(shí)延差信息傳送至第5收信控制模塊(5);
[0016]第5收信控制模塊(5)對(duì)第6信號(hào)調(diào)理器(6)傳送來(lái)的時(shí)延差信息進(jìn)行識(shí)別，恢復(fù)出第18發(fā)信控制模塊(18)所發(fā)送的信息；
[0017]進(jìn)一步地，鯨聲脈沖信號(hào)的頻率較包括海豚的其它水下生物發(fā)出的脈沖信號(hào)的頻率更低。
[0018]利用鯨聲的偽裝隱蔽水下通信方法，利用前述裝置實(shí)現(xiàn)并包括如下步驟:確定適合鯨聲特點(diǎn)的時(shí)延差編碼方式:一個(gè)數(shù)據(jù)幀格式由一組幀同步脈沖、導(dǎo)碼、許多個(gè)信息碼組成；
[0019]幀同步脈沖、導(dǎo)碼、信息碼都是以鯨clicks聲脈沖信號(hào)為載體；
[0020]幀同步脈沖27的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度te、導(dǎo)碼的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度ta、以及幀同步脈沖與導(dǎo)碼之間的時(shí)間間隔tc根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置，以保證通信的可靠性；
[0021]在信息碼中，相鄰鯨聲脈沖之間的時(shí)間間隔W…、V1都不大于tp，而tp為相鄰鯨聲脈沖之間的最大時(shí)間間隔；
[0022]tp= mt d，而m代表了 mbit信息；td代表兩個(gè)相鄰鯨聲脈沖之間的最小時(shí)延間隔；
[0023]當(dāng)0〈tH= kt d+ty<tp, O ( k〈m時(shí)，其中，i為大于I的正整數(shù)，V1時(shí)間間隔所代表的信息為k ;
[0024]通過(guò)對(duì)鯨聲脈沖進(jìn)行選擇，使得信息碼中鯨聲脈沖之間的相關(guān)性較小，以保證各個(gè)鯨聲脈沖的高可靠識(shí)別能力；同時(shí)，相關(guān)性較小的鯨聲脈沖的個(gè)數(shù)為q ;
[0025]q的大小決定了每個(gè)鯨聲脈沖所攜帶的信息量并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)行選擇；
[0026]確定適合鯨聲特點(diǎn)的信號(hào)匹配濾波步驟:
[0027]選擇隨機(jī)匹配濾波器(stochastic matched filter)對(duì)鯨聲脈沖信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理。
[0028]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)與效果:
[0029]本發(fā)明提供一種利用鯨聲的偽裝隱蔽水下通信方法，它不僅能克服常規(guī)通信聲脈沖信號(hào)易于被識(shí)別和定位的缺點(diǎn)，還具有偽裝隱蔽性強(qiáng)、通信距離遠(yuǎn)、通信速率高以及通信可靠性尚等優(yōu)越性能。
[0030]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):⑴利用鯨聲脈沖信號(hào)(clicks)對(duì)水下聲通信發(fā)信方進(jìn)行偽裝，提高發(fā)信方的隱蔽性；(2)采用時(shí)延差編碼方式進(jìn)行水下通信，能有效克服水下通信的多途影響，保證水下通信的遠(yuǎn)距離、高速率和高可靠性；(3)針對(duì)鯨聲信號(hào)的特點(diǎn)，采用隨機(jī)匹配濾波器(stochastic matched filter)對(duì)鯨聲信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理，提高鯨聲信號(hào)的處理精度，保證通信的可靠性；(4)鯨聲脈沖信號(hào)的頻率較其它水下生物發(fā)出的脈沖信號(hào)的頻率更低，所以鯨聲脈沖信號(hào)能傳送的更遠(yuǎn)，是一種實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信的良好偽裝聲信號(hào)載體。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1示出了本發(fā)明中所述的通信系統(tǒng)的通用模型圖。
[0032]圖2示出了本發(fā)明中所述的適合鯨聲特點(diǎn)的時(shí)延差編碼方式原理圖。
[0033]圖1中:1為通信節(jié)點(diǎn)，3為功率放大器，4為發(fā)聲傳感器，5為收信控制模塊，6為信號(hào)調(diào)理器，7為接收傳感器，8為鯨聲脈沖信號(hào)，9為鯨聲脈沖信號(hào)，10為鯨聲脈沖信號(hào)，11為鯨聲脈沖信號(hào)，12為鯨聲脈沖信號(hào)，13為鯨聲脈沖信號(hào)，14為鯨聲脈沖信號(hào)，15為鯨聲脈沖信號(hào)，16為發(fā)聲傳感器，17為功率放大器，18為發(fā)信控制模塊，19為收信控制模塊，20為信號(hào)調(diào)理器，21為接收傳感器，22為通信節(jié)點(diǎn)，23為信號(hào)發(fā)送模塊，24為信號(hào)接收模塊，25為信號(hào)接收模塊，26為信號(hào)發(fā)送模塊，31為時(shí)延差編碼器，32為時(shí)延差解碼器，33為時(shí)延差編碼器，34為時(shí)延差解碼器。
[0034]圖2中:27為幀同步脈沖，28為導(dǎo)碼，29為信息碼，30為最大時(shí)間間隔與最小時(shí)延間隔示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0035]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有水下聲通信發(fā)信方容易暴露自身位置的缺點(diǎn)，提供一種利用鯨聲的偽裝隱蔽水下通信方法；本發(fā)明采用鯨聲作為水下聲通信發(fā)信方的發(fā)射波形，采用時(shí)延差編碼通信方式發(fā)送鯨聲信號(hào)，采用隨機(jī)匹配濾波器(stochastic matchedfilter)對(duì)鯨聲信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理，從而實(shí)現(xiàn)水下偽裝隱蔽通信。
[0036]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種利用鯨聲的偽裝隱蔽水下通信方法，它能克服常規(guī)水下聲通信發(fā)信方易于被識(shí)別與定位的缺點(diǎn)。
[0037]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):⑴利用鯨聲脈沖信號(hào)(clicks)對(duì)水下聲通信發(fā)信方進(jìn)行偽裝，提高發(fā)信方的隱蔽性；(2)采用時(shí)延差編碼方式進(jìn)行水下通信，能有效克服水下通信的多途影響，保證水下通信的遠(yuǎn)距離、高速率和高可靠性；(3)針對(duì)鯨聲信號(hào)的特點(diǎn)，采用隨機(jī)匹配濾波器(stochastic matched filter)對(duì)鯨聲信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理，提高鯨聲信號(hào)的處理精度，保證通信的可靠性；(4)鯨聲脈沖信號(hào)的頻率較其它水下生物發(fā)出的脈沖信號(hào)的頻率更低，所以鯨聲脈沖信號(hào)能傳送的更遠(yuǎn)，是一種實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信的良好偽裝聲信號(hào)載體。
[0038]本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，利用鯨聲的偽裝隱蔽水下通信方法，包括:
[0039]第一步:確定通信系統(tǒng)的通用模型。
[0040]利用鯨聲的偽裝隱蔽水下通信方法的通用模型如圖1所示，它主要由通信節(jié)點(diǎn)I或22組成，但不局限于兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)，可以包含很多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)；而每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)又由信號(hào)發(fā)送模塊23或26和信號(hào)接收模塊24或25組成；信號(hào)發(fā)送模塊23由發(fā)信控制模塊2、時(shí)延差編碼器31、功率放大器3和發(fā)聲傳感器4組成；同樣地，信號(hào)發(fā)送模塊26由發(fā)信控制模塊18、時(shí)延差編碼器33、功率放大器17和發(fā)聲傳感器16組成；信號(hào)接收模塊24由接收傳感器7、信號(hào)調(diào)理器6、時(shí)延差解碼器32和收信控制模塊5組成；同樣地，信號(hào)接收模塊25由接收傳感器21、信號(hào)調(diào)理器20、時(shí)延差解碼器34和收信控制模塊19組成；
[0041]進(jìn)一步地，發(fā)信控制模塊2將所需要發(fā)送的信息，通過(guò)時(shí)延差編碼器31以時(shí)延差的編碼方式(如圖2所示)產(chǎn)生鯨clicks聲脈沖信號(hào)，這些脈沖信號(hào)傳送至功率放大器3進(jìn)行功率放大后，再傳送至發(fā)聲傳感器4，發(fā)聲傳感器4再將經(jīng)放大的鯨clicks聲脈沖信號(hào)8、9、10或11發(fā)送出去；
[0042]進(jìn)一步地，接收傳感器21將以聲波形式傳來(lái)的鯨clicks聲脈沖信號(hào)8、9、10或11轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后傳送到信號(hào)調(diào)理器20 ;
[0043]進(jìn)一步地，信號(hào)調(diào)理器20通過(guò)隨機(jī)匹配濾波器(stochastic matched filter的原理請(qǐng)參見(jiàn)文獻(xiàn)[3])對(duì)接收到的鯨clicks聲脈沖信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理后，將信號(hào)輸出到時(shí)延差解碼器34，以提取出鯨clicks聲脈沖信號(hào)之間的時(shí)延差信息，然后將這些時(shí)延差信息傳送至收信控制模塊19 ;
[0044]進(jìn)一步地，收信控制模塊19對(duì)信號(hào)調(diào)理器20傳送來(lái)的時(shí)延差信息進(jìn)行識(shí)別，恢復(fù)出發(fā)信控制模塊2所發(fā)送的信息；
[0045]進(jìn)一步地，鯨聲脈沖信號(hào)(如脈沖信號(hào)8、9、10或11)的頻率較其它水下生物(例如海豚)發(fā)出的脈沖信號(hào)的頻率更低，所以鯨聲脈沖信號(hào)能傳送的更遠(yuǎn)，是一種實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信的良好偽裝聲信號(hào)載體；
[0046]同樣地，進(jìn)一步地，發(fā)信控制模塊18將所需要發(fā)送的信息，通過(guò)時(shí)延差編碼器33以時(shí)延差的編碼方式(如圖2所示)產(chǎn)生鯨clicks聲脈沖信號(hào)，這些脈沖信號(hào)傳送至功率放大器17進(jìn)行功率放大后，再傳送至發(fā)聲傳感器16，發(fā)聲傳感器16再將經(jīng)放大的鯨clicks聲脈沖信號(hào)12、13、14或15發(fā)送出去；
[0047]進(jìn)一步地，接收傳感器7將以聲波形式傳來(lái)的鯨clicks聲脈沖信號(hào)12、13、14或15轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后傳送到信號(hào)調(diào)理器6 ；
[0048]進(jìn)一步地，信號(hào)調(diào)理器6通過(guò)隨機(jī)匹配濾波器(stochastic matched filter的原理請(qǐng)參見(jiàn)文獻(xiàn)[3])對(duì)接收到的鯨clicks聲脈沖信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理后，將信號(hào)輸出到時(shí)延差解碼器32，以提取出鯨clicks聲脈沖信號(hào)之間的時(shí)延差信息，然后將這些時(shí)延差信息傳送至收信控制模塊5 ;
[0049]進(jìn)一步地，收信控制模塊5對(duì)信號(hào)調(diào)理器6傳送來(lái)的時(shí)延差信息進(jìn)行識(shí)別，恢復(fù)出發(fā)信控制模塊18所發(fā)送的信息；
[0050]第二步:確定適合鯨聲特點(diǎn)的時(shí)延差編碼方式。
[0051]時(shí)延差編碼方式如圖2所示，一個(gè)數(shù)據(jù)幀格式由一組幀同步脈沖27、導(dǎo)碼28、許多個(gè)信息碼29組成；
[0052]進(jìn)一步地，幀同步脈沖27、導(dǎo)碼28、信息碼29都是以鯨clicks聲脈沖信號(hào)為載體；
[0053]進(jìn)一步地，幀同步脈沖27的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度te、導(dǎo)碼28的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度ta、以及幀同步脈沖27與導(dǎo)碼28之間的時(shí)間間隔tc可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置，以保證通信的可靠性；
[0054]進(jìn)一步地，在信息碼29中，相鄰鯨聲脈沖之間的時(shí)間間隔t1、t2、…、都不大于tp，而％為相鄰鯨聲脈沖之間的最大時(shí)間間隔；
[0055]進(jìn)一步地，tp= mt d，而m代表了 mbit信息；td代表兩個(gè)相鄰鯨聲脈沖之間的最小時(shí)延間隔，如圖2中的30所示；
[0056]進(jìn)一步地，當(dāng)(Ktp1= kt d+ty<tp, O ( k〈m時(shí)(其中，i為大于I的正整數(shù)),V1時(shí)間間隔所代表的信息為k;
[0057]進(jìn)一步地，通過(guò)對(duì)鯨聲脈沖進(jìn)行選擇，使得信息碼29中鯨聲脈沖之間的相關(guān)性較小，以保證各個(gè)鯨聲脈沖的高可靠識(shí)別能力；同時(shí)，相關(guān)性較小的鯨聲脈沖的個(gè)數(shù)為q ;
[0058]進(jìn)一步地，q的大小決定了每個(gè)鯨聲脈沖所攜帶的信息量，因此，q的大小可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)行選擇；
[0059]第三步:確定適合鯨聲特點(diǎn)的信號(hào)匹配濾波方法。
[0060]鯨聲脈沖信號(hào)與常規(guī)的聲源系統(tǒng)發(fā)射的聲脈沖信號(hào)(例如單頻矩陣脈沖信號(hào)、線性調(diào)頻脈沖信號(hào)等)有較大的區(qū)別；鯨聲脈沖信號(hào)的包絡(luò)隨機(jī)變化，沒(méi)有固定的規(guī)律，包絡(luò)內(nèi)調(diào)制信號(hào)為復(fù)雜的寬帶信號(hào)，且信號(hào)為非平穩(wěn)信號(hào)，有較為復(fù)雜的時(shí)頻特性，這導(dǎo)致鯨聲信號(hào)的匹配濾波方法較常規(guī)聲脈沖信號(hào)更難設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；
[0061]進(jìn)一步地，針對(duì)上述鯨聲信號(hào)的匹配濾波難點(diǎn)，本發(fā)明選擇隨機(jī)匹配濾波器(stochastic matched filter)對(duì)鯨聲脈沖信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理；
[0062]進(jìn)一步地，隨機(jī)匹配濾波器(stochastic matched filter)具有更好的抑制多徑的性能，并對(duì)鯨聲信號(hào)的接收具有很好的較果，能獲得很高的處理性能；隨機(jī)匹配濾波器(stochastic matched filter)的具體原理和應(yīng)用實(shí)例可參見(jiàn)文獻(xiàn)[3]。
[0063]本發(fā)明具有如下技術(shù)效果:
[0064](I)利用鯨聲脈沖信號(hào)(clicks)對(duì)水下聲通信發(fā)信方進(jìn)行偽裝，提高發(fā)信方的隱蔽性；
[0065](2)采用時(shí)延差編碼方式進(jìn)行水下通信，能有效克服水下通信的多途影響，保證水下通信的遠(yuǎn)距離、高速率和高可靠性；
[0066](3)針對(duì)鯨聲信號(hào)的特點(diǎn)，采用隨機(jī)匹配濾波器(stochastic matched filter)對(duì)鯨聲信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理，提高鯨聲信號(hào)的處理精度，保證通信的可靠性；
[0067](4)鯨聲脈沖信號(hào)的頻率較其它水下生物發(fā)出的脈沖信號(hào)的頻率更低，所以鯨聲脈沖信號(hào)能傳送的更遠(yuǎn)，是一種實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信的良好偽裝聲信號(hào)載體。
[0068]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種利用鯨聲的偽裝隱蔽水下通信方法，它不僅能克服常規(guī)通信聲脈沖信號(hào)易于被識(shí)別和定位的缺點(diǎn)，還具有偽裝隱蔽性強(qiáng)、通信距離遠(yuǎn)、通信速率高以及通信可靠性高等優(yōu)越性能。
[0069]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):⑴利用鯨聲脈沖信號(hào)(clicks)對(duì)水下聲通信發(fā)信方進(jìn)行偽裝，提高發(fā)信方的隱蔽性；(2)采用時(shí)延差編碼方式進(jìn)行水下通信，能有效克服水下通信的多途影響，保證水下通信的遠(yuǎn)距離、高速率和高可靠性；(3)針對(duì)鯨聲信號(hào)的特點(diǎn)，采用隨機(jī)匹配濾波器(stochastic matched filter)對(duì)鯨聲信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理，提高鯨聲信號(hào)的處理精度，保證通信的可靠性；(4)鯨聲脈沖信號(hào)的頻率較其它水下生物發(fā)出的脈沖信號(hào)的頻率更低，所以鯨聲脈沖信號(hào)能傳送的更遠(yuǎn)，是一種實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信的良好偽裝聲信號(hào)載體。
[0070]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0071]第一步:通信系統(tǒng)的通用模型。
[0072]利用鯨聲的偽裝隱蔽水下通信方法的通用模型如圖1所示，它主要由通信節(jié)點(diǎn)I或22組成，但不局限于兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)，可以包含很多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)；而每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)又由信號(hào)發(fā)送模塊23或26和信號(hào)接收模塊24或25組成；信號(hào)發(fā)送模塊23由發(fā)信控制模塊2、時(shí)延差編碼器31、功率放大器3和發(fā)聲傳感器4組成；
[0073]進(jìn)一步地，同樣地，信號(hào)發(fā)送模塊26由發(fā)信控制模塊18、時(shí)延差編碼器33、功率放大器17和發(fā)聲傳感器16組成；信號(hào)接收模塊24由接收傳感器7、信號(hào)調(diào)理器6、時(shí)延差解碼器32和收信控制模塊5組成；同樣地，信號(hào)接收模塊25由接收傳感器21、信號(hào)調(diào)理器20、時(shí)延差解碼器34和收信控制模塊19組成；
[0074]進(jìn)一步地，發(fā)信控制模塊2將所需要發(fā)送的信息，通過(guò)時(shí)延差編碼器31以時(shí)延差的編碼方式(如圖2所示)產(chǎn)生鯨clicks聲脈沖信號(hào)，這些脈沖信號(hào)傳送至功率放大器3進(jìn)行功率放大后，再傳送至發(fā)聲傳感器4，發(fā)聲傳感器4再將經(jīng)放大的鯨clicks聲脈沖信號(hào)8、9、10或11發(fā)送出去；
[0075]進(jìn)一步地，接收傳感器21將以聲波形式傳來(lái)的鯨clicks聲脈沖信號(hào)8、9、10或11轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后傳送到信號(hào)調(diào)理器20 ;
[0076]進(jìn)一步地，信號(hào)調(diào)理器20通過(guò)隨機(jī)匹配濾波器(stochastic matched filter的原理請(qǐng)參見(jiàn)文獻(xiàn)[3])對(duì)接收到的鯨clicks聲脈沖信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理后，將信號(hào)輸出到時(shí)延差解碼器34，以提取出鯨clicks聲脈沖信號(hào)之間的時(shí)延差信息，然后將這些時(shí)延差信息傳送至收信控制模塊19 ;
[0077]進(jìn)一步地，收信控制模塊19對(duì)信號(hào)調(diào)理器20傳送來(lái)的時(shí)延差信息進(jìn)行識(shí)別，恢復(fù)出發(fā)信控制模塊2所發(fā)送的信息；
[0078]同樣地，進(jìn)一步地，發(fā)信控制模塊18將所需要發(fā)送的信息，通過(guò)時(shí)延差編碼器33以時(shí)延差的編碼方式(如圖2所示)產(chǎn)生鯨clicks聲脈沖信號(hào)，這些脈沖信號(hào)傳送至功率放大器17進(jìn)行功率放大后，再傳送至發(fā)聲傳感器16，發(fā)聲傳感器16再將經(jīng)放大的鯨clicks聲脈沖信號(hào)12、13、14或15發(fā)送出去；
[0079]進(jìn)一步地，接收傳感器7將以聲波形式傳來(lái)的鯨clicks聲脈沖信號(hào)12、13、14或15轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后傳送到信號(hào)調(diào)理器6 ；
[0080]進(jìn)一步地，信號(hào)調(diào)理器6通過(guò)隨機(jī)匹配濾波器(stochastic matched filter)對(duì)接收到的鯨clicks聲脈沖信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理后，將信號(hào)輸出到時(shí)延差解碼器32，以提取出鯨clicks聲脈沖信號(hào)之間的時(shí)延差信息，然后將這些時(shí)延差信息傳送至收信控制模塊5 ;
[0081]進(jìn)一步地，收信控制模塊5對(duì)信號(hào)調(diào)理器6傳送來(lái)的時(shí)延差信息進(jìn)行識(shí)別，恢復(fù)出發(fā)信控制模塊18所發(fā)送的信息；
[0082]第二步:確定適合鯨聲特點(diǎn)的時(shí)延差編碼方式。
[0083]時(shí)延差編碼方式如圖2所示，一個(gè)數(shù)據(jù)幀格式由一組幀同步脈沖27、導(dǎo)碼28、許多個(gè)信息碼29組成；
[0084]進(jìn)一步地，幀同步脈沖27、導(dǎo)碼28、信息碼29都是以鯨clicks聲脈沖信號(hào)為載體；
[0085]進(jìn)一步地，幀同步脈沖27的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度te、導(dǎo)碼28的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度ta、以及幀同步脈沖27與導(dǎo)碼28之間的時(shí)間間隔tc可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置，以保證通信的可靠性；
[0086]進(jìn)一步地，在信息碼29中，相鄰鯨聲脈沖之間的時(shí)間間隔W…、V1都不大于tp，而％為相鄰鯨聲脈沖之間的最大時(shí)間間隔；
[0087]進(jìn)一步地，tp= mt d，而m代表了 mbit信息；td代表兩個(gè)相鄰鯨聲脈沖之間的最小時(shí)延間隔，如圖2中的30所示；
[0088]進(jìn)一步地，當(dāng)0<ti_1= kt d+ty<tp, O ( k〈m時(shí)(其中，i為大于I的正整數(shù)),V1時(shí)間間隔所代表的信息為k;
[0089]進(jìn)一步地，通過(guò)對(duì)鯨聲脈沖進(jìn)行選擇，使得信息碼29中鯨聲脈沖之間的相關(guān)性較小，以保證各個(gè)鯨聲脈沖的高可靠識(shí)別能力；同時(shí)，相關(guān)性較小的鯨聲脈沖的個(gè)數(shù)為q ;
[0090]進(jìn)一步地，q的大小決定了每個(gè)鯨聲脈沖所攜帶的信息量，因此，q的大小可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)行選擇；
[0091]第三步:對(duì)鯨聲脈沖信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理。
[0092]進(jìn)一步地，針對(duì)上述鯨聲信號(hào)的匹配濾波難點(diǎn)，本發(fā)明選擇隨機(jī)匹配濾波器(stochastic matched filter)對(duì)鯨聲脈沖信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理；
[0093]進(jìn)一步地，隨機(jī)匹配濾波器(stochastic matched filter)具有更好的抑制多徑的性能，并對(duì)鯨聲信號(hào)的接收具有很好的較果，能獲得很高的處理性能；隨機(jī)匹配濾波器(stochastic matched filter)的具體原理和應(yīng)用實(shí)例可參見(jiàn)文獻(xiàn)[3]。
【權(quán)利要求】
1.一種利用鯨聲的偽裝隱蔽水下通信裝置，其特征是，包括:由兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)I或22組成，但不局限于兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)，或者包含很多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)；而每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)又由第23信號(hào)發(fā)送模塊(23)或第26信號(hào)發(fā)送模塊(26)和第24信號(hào)接收模塊(24)或第25信號(hào)接收模塊(25)組成；第23信號(hào)發(fā)送模塊(23)由第2發(fā)信控制模塊(2)、第31時(shí)延差編碼器(31)、第3功率放大器(3)和第4發(fā)聲傳感器⑷組成；同樣地，第26信號(hào)發(fā)送模塊(26)由第18發(fā)信控制模塊(18)、第33時(shí)延差編碼器(33)、第17功率放大器(17)和第16發(fā)聲傳感器(16)組成；第24信號(hào)接收模塊(24)由第7接收傳感器(7)、第6信號(hào)調(diào)理器(6)、第32時(shí)延差解碼器(32)和第5收信控制模塊(5)組成；同樣地，第25信號(hào)接收模塊(25)由第21接收傳感器(21)、第20信號(hào)調(diào)理器(20)、第34時(shí)延差解碼器(34)和第19收信控制模塊(19)組成； 第2發(fā)信控制模塊(2)將所需要發(fā)送的信息，通過(guò)第31時(shí)延差編碼器(31)以時(shí)延差的編碼方式產(chǎn)生鯨clicks聲脈沖信號(hào)，這些脈沖信號(hào)傳送至第3功率放大器(3)進(jìn)行功率放大后，再傳送至第4發(fā)聲傳感器(4)，第4發(fā)聲傳感器(4)再將經(jīng)放大的鯨clicks聲脈沖信號(hào)發(fā)送出去； 第21接收傳感器(21)將以聲波形式傳來(lái)的鯨clicks聲脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后傳送到第20信號(hào)調(diào)理器(20); 第20信號(hào)調(diào)理器(20)通過(guò)隨機(jī)匹配濾波器(stochastic matched filter)對(duì)接收到的鯨clicks聲脈沖信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理后，將信號(hào)輸出到第34時(shí)延差解碼器(34)，以提取出鯨clicks聲脈沖信號(hào)之間的時(shí)延差信息，然后將這些時(shí)延差信息傳送至第19收信控制豐旲塊(19)； 第19收信控制模塊(19)對(duì)第20信號(hào)調(diào)理器(20)傳送來(lái)的時(shí)延差信息進(jìn)行識(shí)別，恢復(fù)出第2發(fā)信控制模塊(2)所發(fā)送的信息； 第18發(fā)信控制模塊(18)將所需要發(fā)送的信息，通過(guò)第33時(shí)延差編碼器(33)以時(shí)延差的編碼方式產(chǎn)生鯨clicks聲脈沖信號(hào)，這些脈沖信號(hào)傳送至第17功率放大器(17)進(jìn)行功率放大后，再傳送至第16發(fā)聲傳感器(16)，第16發(fā)聲傳感器(16)再將經(jīng)放大的鯨clicks聲脈沖信號(hào)發(fā)送出去； 第7接收傳感器(7)將以聲波形式傳來(lái)的鯨clicks聲脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后傳送到第6信號(hào)調(diào)理器(6); 第6信號(hào)調(diào)理器(6)通過(guò)隨機(jī)匹配濾波器(stochastic matched filter)對(duì)接收到的鯨clicks聲脈沖信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理后，將信號(hào)輸出到第32時(shí)延差解碼器(32)，以提取出鯨clicks聲脈沖信號(hào)之間的時(shí)延差信息，然后將這些時(shí)延差信息傳送至第5收信控制模塊(5)； 第5收信控制模塊(5)對(duì)第6信號(hào)調(diào)理器(6)傳送來(lái)的時(shí)延差信息進(jìn)行識(shí)別，恢復(fù)出第18發(fā)信控制模塊(18)所發(fā)送的信息。
2.如權(quán)利要求1所述的利用鯨聲的偽裝隱蔽水下通信裝置，其特征是，鯨聲脈沖信號(hào)的頻率較包括海豚的其它水下生物發(fā)出的脈沖信號(hào)的頻率更低。
3.—種利用鯨聲的偽裝隱蔽水下通信方法，其特征是，利用前述裝置實(shí)現(xiàn)并包括如下步驟:確定適合鯨聲特點(diǎn)的時(shí)延差編碼方式:一個(gè)數(shù)據(jù)幀格式由一組幀同步脈沖、導(dǎo)碼、許多個(gè)信息碼組成； 幀同步脈沖、導(dǎo)碼、信息碼都是以鯨clicks聲脈沖信號(hào)為載體； 幀同步脈沖27的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度te、導(dǎo)碼的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度ta、以及幀同步脈沖與導(dǎo)碼之間的時(shí)間間隔tc根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置，以保證通信的可靠性； 在信息碼中，相鄰鯨聲脈沖之間的時(shí)間間隔W…、V1都不大于tp，而％為相鄰鯨聲脈沖之間的最大時(shí)間間隔； tp= mt d，而m代表了 mbit信息；td代表兩個(gè)相鄰鯨聲脈沖之間的最小時(shí)延間隔； 當(dāng)(Ktp1= kt d+ty<tp, O ( k〈m時(shí)，其中，i為大于I的正整數(shù)，V1時(shí)間間隔所代表的信息為k ； 通過(guò)對(duì)鯨聲脈沖進(jìn)行選擇，使得信息碼中鯨聲脈沖之間的相關(guān)性較小，以保證各個(gè)鯨聲脈沖的高可靠識(shí)別能力；同時(shí)，相關(guān)性較小的鯨聲脈沖的個(gè)數(shù)為q ; q的大小決定了每個(gè)鯨聲脈沖所攜帶的信息量并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)行選擇； 確定適合鯨聲特點(diǎn)的信號(hào)匹配濾波步驟: 選擇隨機(jī)匹配濾波器(stochastic matched filter)對(duì)鯨聲脈沖信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理。
【文檔編號(hào)】H04B11/00GK104486006SQ201410723137
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】蔣佳佳, 段發(fā)階, 李彥超, 袁文澹, 薛俊, 袁建富, 李宸陽(yáng), 黃婷婷, 馬凌 申請(qǐng)人:天津大學(xué)