一種msk信號(hào)嵌入海豚哨聲信號(hào)的仿生水聲通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于仿生水聲通信領(lǐng)域，具體涉及一種MSK信號(hào)嵌入海豚哨聲信號(hào)的仿生 水聲通信方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著現(xiàn)代探測技術(shù)的發(fā)展，對(duì)水聲通信提出了隱蔽性的要求。傳統(tǒng)的隱 蔽水聲通信方法多從低信噪比角度出發(fā)，將信號(hào)隱藏在海洋背景噪聲中實(shí)現(xiàn)隱蔽通信的效 果。但是，這種方法同時(shí)降低了通信距離。與低信噪比隱蔽水聲通信不同，仿生隱蔽水聲通 信采用仿生偽裝的方法，采用水聲環(huán)境中自然存在的生物信號(hào)做調(diào)制波形，達(dá)到隱蔽的效 果。
[0003] 中國專利說明書CN103368660A中公開了一種基于差分Pattern時(shí)延差編碼的仿 生水聲通信方法。該方法將海豚哨聲信號(hào)應(yīng)用于差分Pattern時(shí)延差編碼通信體制中，以 達(dá)到仿生隱蔽通信的目的。中國專利說明書CN103401619A中公開了一種基于虛擬時(shí)間反 轉(zhuǎn)鏡M元仿生信號(hào)編碼的水聲通信方法，該方法同樣采用海豚哨聲信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，實(shí)現(xiàn)隱 蔽通信。但是，在這兩種通信體制下，為了降低在接收端進(jìn)行相關(guān)解碼的誤碼率，對(duì)選取的 哨聲信號(hào)之間具有相關(guān)性要求，哨聲信號(hào)樣本需求量較大。中國專利說明書CN104217722A 公開了一種海豚哨聲信號(hào)時(shí)頻譜輪廓提取方法，但未將其應(yīng)用于水聲通信之中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提出一種能夠使用任意單一海豚哨聲信號(hào)樣本實(shí)現(xiàn)仿海豚哨 聲隱蔽水聲通信的MSK信號(hào)嵌入海豚哨聲信號(hào)的仿生水聲通信方法。
[0005] 本發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 發(fā)送端，
[0007] (1)對(duì)傳輸二進(jìn)制信息進(jìn)行MSK調(diào)制，生成相應(yīng)MSK信號(hào)；
[0008] (2)提取真實(shí)海豚哨聲信號(hào)時(shí)頻譜輪廓曲線，與步驟（1)中所述MSK信號(hào)相加，得 到調(diào)制后的哨聲信號(hào)時(shí)頻譜輪廓曲線；
[0009] (3)將步驟（2)中所述調(diào)制后的哨聲信號(hào)時(shí)頻譜輪廓曲線合成仿生通信信號(hào)；
[0010] (4)在步驟（3)中所述仿生通信信號(hào)前添加原始哨聲信號(hào)作為同步信號(hào)，所述同 步信號(hào)與所述仿生通信信號(hào)之間插入零序列作為保護(hù)間隔，形成一幀信號(hào)；
[0011] (5)將步驟（4)中所述幀信號(hào)經(jīng)過功率放大后通過換能器送入水聲信道；
[0012] 接收端，
[0013] (6)使用水聽器接收信號(hào)；
[0014] (7)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行同步，由同步信號(hào)的相關(guān)峰位置時(shí)刻加上保護(hù)間隔的長度確 定信號(hào)開始的時(shí)刻，從所述接收信號(hào)中提取仿生通信信號(hào)；
[0015] (8)從步驟（7)中所述仿生通信信號(hào)中提取時(shí)頻譜輪廓曲線；
[0016](9)將步驟⑶中所述時(shí)頻譜輪廓曲線與步驟⑵中所述真實(shí)海豚哨聲信號(hào)時(shí)頻 譜輪廓曲線相減，得到接收MSK信號(hào)；
[0017] (10)解調(diào)步驟（9)中所述接收MSK信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信息解碼。
[0018] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0019] 由于技術(shù)方案對(duì)選取的真實(shí)海豚哨聲信號(hào)樣本的特征和數(shù)量沒有特殊要求，因 此，海豚哨聲信號(hào)樣本可根據(jù)水聲通信應(yīng)用的海域和具體的通信需求靈活選取；信息調(diào)制 是采用將真實(shí)海豚哨聲信號(hào)時(shí)頻譜輪廓曲線伸縮的方式，合成的編碼信號(hào)符合海豚哨聲信 號(hào)特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的隱蔽性。
【附圖說明】
[0020] 圖1為基于時(shí)頻譜MSK調(diào)制的仿海豚哨聲水聲通信流程圖；
[0021] 圖2為附加相位0k(t)軌跡圖；
[0022] 圖3為時(shí)頻譜MSK調(diào)制通信信號(hào)幀結(jié)構(gòu)；
[0023] 圖4為MSK信號(hào)解調(diào)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0025] 本發(fā)明公開了一種MSK信號(hào)嵌入海豚哨聲信號(hào)的仿生水聲通信方法。在發(fā)射端， 以提取的真實(shí)海豚哨聲信號(hào)時(shí)頻譜輪廓曲線與MSK信號(hào)相加的結(jié)果為基礎(chǔ)，合成仿生通信 信號(hào)，在仿生通信信號(hào)前添加原始哨聲信號(hào)作為同步信號(hào)，形成一幀發(fā)射信號(hào)。在接收端， 通過同步信號(hào)相關(guān)確定仿生通信信號(hào)的起始位置，提取接收仿生信號(hào)時(shí)頻譜輪廓曲線，將 其與發(fā)送端的真實(shí)海豚哨聲信號(hào)時(shí)頻譜輪廓曲線相減，得到接收MSK信號(hào)，解調(diào)MSK信號(hào)， 實(shí)現(xiàn)信息解碼。該仿生通信方法對(duì)真實(shí)海豚哨聲信號(hào)樣本的特征和數(shù)量沒有特殊要求，合 成的編碼信號(hào)符合海豚哨聲信號(hào)特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的隱蔽性。
[0026] 本發(fā)明涉及一種MSK信號(hào)嵌入海豚哨聲信號(hào)的仿生水聲通信方法。其具體流程如 圖1所示。下面結(jié)合附圖對(duì)【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0027] 在信號(hào)的發(fā)送端：
[0028] 步驟1 :對(duì)傳輸二進(jìn)制信息進(jìn)行MSK調(diào)制，生成相應(yīng)MSK信號(hào)。
[0029] MSK信號(hào)是一種特殊的二進(jìn)制正交2FSK信號(hào)，在信號(hào)變化的過程中，能夠始終保 持包絡(luò)恒定、相位連續(xù)。其中，MSK信號(hào)的第k個(gè)碼元可以表示為：
[0030]
[0031] 在式⑴中，Wc= 2JTfc，為載波角載頻；ak= ±1 (當(dāng)輸入碼元為"1"時(shí)，ak=+1 ; 當(dāng)輸入碼元為"〇"時(shí)，ak= -I) ;TS為碼元寬度；奶為第k個(gè)碼元的初始相位，％ :在一個(gè)碼 元中保持不變。
[0032] MSK信號(hào)是一種相位連續(xù)的信號(hào)。相位連續(xù)的條件表現(xiàn)為前一碼元結(jié)束時(shí)的相位 與后一碼元起始時(shí)的相位相等。參照式（1)可知，這就是要求：
[0033]
[0036] 由式（3)可以看出，第k個(gè)碼元的相位％同時(shí)與當(dāng)前的輸入ak、前一碼元的相位 和前一碼元的輸入815_ 1這三個(gè)因素有關(guān)。這就表明，MSK信號(hào)的每一個(gè)碼元都與前一碼 元之間存在遞推性。
[0037] 若令t=kTs+t'，其中0<t' <Ts，則式⑴可以改寫為：

[0049] 因此，根據(jù)所述規(guī)律，在設(shè)置仍=0的情況下，可以根據(jù)輸入數(shù)字序列描繪出MSK 信號(hào)碼元的1乂隨時(shí)間變化的軌跡圖。例如，圖2是根據(jù)輸入數(shù)字序列：&1;=1，1，-1，-1，-1， 1，1，1，1，-1，-1，-1，所描繪出的％軌跡圖。
[0050] 根據(jù)輸入的二進(jìn)制信息和丨以的可以值得到每一個(gè)碼元的MSK信號(hào)，從而獲得調(diào)制 后的MSK信號(hào)。
[0051] 步驟2:從哨聲信號(hào)樣本庫中提取真實(shí)海豚哨聲信號(hào)時(shí)頻譜輪廓曲線，與步驟1中 生成的MSK信號(hào)相加，得到調(diào)制后的哨聲信號(hào)時(shí)頻譜輪廓曲線。如果提取的真實(shí)海豚哨聲 信號(hào)時(shí)頻譜輪廓曲線存在諧波，則將基波輪廓曲線與MSK信號(hào)相加，再根據(jù)諧波與基波的 倍數(shù)關(guān)系，得到調(diào)制后的諧波輪廓曲線。
[0052] 步驟3 :將步驟2中調(diào)制后的時(shí)頻譜輪廓曲線合成