一種利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行全球信息傳輸?shù)南到y(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行全球信息傳輸?shù)南到y(tǒng)及方法，屬于導(dǎo)航和空間通信領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]衛(wèi)星導(dǎo)航是一種通過全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigat1n SatelliteSystem, GNSS)精確測(cè)定地球上任何一點(diǎn)位置和時(shí)間的方法。全球目前共有四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，即美國的 GPS(Global Posit1ning System)系統(tǒng)、俄羅斯的 GL0NASS(GlobalNavigat1n Satellite System)系統(tǒng)、歐洲的 Galileo (Galileo Posit1ning System)系統(tǒng)和中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航(Bei Dou(COMPASS)Navigat1n Satellite System)系統(tǒng)。
[0003]GPS是全球范圍內(nèi)應(yīng)用最廣的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它的研發(fā)是由美國國防部提出的，目的是對(duì)車輛、艦船、飛機(jī)和導(dǎo)彈等各種武器進(jìn)行高精度導(dǎo)航和定位。該系統(tǒng)最初研制是在1973年，總共經(jīng)歷了 20年的分段建設(shè)。1978年發(fā)射第一顆衛(wèi)星，并在1993年基本建成，在1994年3月已經(jīng)成功的發(fā)射完了能使其服務(wù)達(dá)到全球覆蓋的24顆衛(wèi)星，同時(shí)在1995年進(jìn)入正式的運(yùn)行。GPS的應(yīng)用已經(jīng)從最開始的軍用，發(fā)展到民用以及商用等各個(gè)方面。
[0004]我國作為世界上最大的發(fā)展中國家，在陸地及海洋中都存有重要利益，因而十分重視衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，如今正加快建設(shè)自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)一一北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。該衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，且由我國獨(dú)立研發(fā)運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，具有重要的民用和軍事意義。在2011年12月27日，已經(jīng)開始試運(yùn)行服務(wù)，在2012年9月25日成功的發(fā)射了第16顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，并于2012年12月27日正式提供亞太區(qū)域服務(wù)一一這也是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)“三步走”戰(zhàn)略第二步的完成，預(yù)計(jì)在2020年左右其服務(wù)范圍將覆蓋全球。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在軍用和民用領(lǐng)域均有著一定的應(yīng)用，也發(fā)揮著很重要的作用。在2008年的汶川地震中，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)救援工作和災(zāi)后的規(guī)劃都起了極其重要的作用，在通信全部中斷的情況下，運(yùn)用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建立的災(zāi)區(qū)前線和救災(zāi)指揮中心之間的實(shí)時(shí)聯(lián)系以及應(yīng)用其快速定位功能為實(shí)施救援的直升機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航定位。
[0005]目前，衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)可提供個(gè)人定位、商業(yè)定位、導(dǎo)航、勘測(cè)和測(cè)定精確時(shí)間等多種用途，而且，用于個(gè)人和商業(yè)方面的用途也越來越多。例如在1991年的海灣戰(zhàn)爭中，只有16顆衛(wèi)星的GPS系統(tǒng)就被美國為首的多國部隊(duì)?wèi)?yīng)用，依靠它來進(jìn)行準(zhǔn)確定位；在科索沃戰(zhàn)爭中，GPS制導(dǎo)導(dǎo)彈被美國為首的北約多國部隊(duì)?wèi)?yīng)用，大大的提升了其打擊的準(zhǔn)確率；在阿富汗戰(zhàn)爭中，大量使用GPS制導(dǎo)系統(tǒng)的精確制導(dǎo)武器被美軍大量應(yīng)用，使得其打擊的準(zhǔn)確率較之前的海灣戰(zhàn)爭和科索沃戰(zhàn)爭都有了大大的提升；在2003年伊拉克戰(zhàn)爭中，GPS接收機(jī)廣泛用于沙漠中的導(dǎo)航。
[0006]綜上所述，目前所有導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)導(dǎo)航報(bào)文不間斷的發(fā)往全世界各地，但僅僅用來導(dǎo)航定位，沒有人用來通信廣播，更沒有人用來進(jìn)行全球信息傳輸。
[0007]信息隱藏技術(shù)為導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的新應(yīng)用提供了可能，開辟了一條全新的途徑。通過在導(dǎo)航電文中進(jìn)行信息隱藏處理，使得在不影響導(dǎo)航電文正常使用的前提下，順便進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不改變導(dǎo)航電文的數(shù)據(jù)格式、不增加導(dǎo)航電文的數(shù)據(jù)量，利用導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)的冗余以及定位算法的特點(diǎn)，在同一臺(tái)用戶端設(shè)備上一般用戶正常進(jìn)行定位，授權(quán)用戶進(jìn)行信息提取，享受低成本信息廣播服務(wù)?；ハ嘈拚脱a(bǔ)充，相當(dāng)于雙重保險(xiǎn)，可以大大增加導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的實(shí)用性，大大擴(kuò)展我國導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，可以為數(shù)百萬、數(shù)千萬、數(shù)億用戶提供信息服務(wù)。
[0008]不同于密碼技術(shù)，信息隱藏(informat1n hiding)是在對(duì)通信安全性日益嚴(yán)格的要求下，在傳統(tǒng)密碼學(xué)之外崛起的一種新的信息安全技術(shù)，即運(yùn)用各種信號(hào)處理的方法將需要加密的信息隱藏在一般的作為載體的多媒體數(shù)據(jù)中，如圖像數(shù)據(jù)等。該技術(shù)是利用人類感知器官的不敏感性(感覺冗余)，以及多媒體數(shù)字信號(hào)本身存在的數(shù)據(jù)冗余特性，將信息隱藏于一個(gè)宿主信號(hào)(載體)中的技術(shù)。采用該技術(shù)后，被隱藏的信息不易察覺到，而且不影響載體信號(hào)的感覺效果和使用價(jià)值。信息經(jīng)隱藏后即使被非法用戶截獲到含有加密的多媒體數(shù)據(jù)時(shí)，也只能讀解載體中的多媒體內(nèi)容，而無法發(fā)現(xiàn)并破解隱藏在其中的加密信息。
[0009]對(duì)信息隱藏而言，可能的監(jiān)測(cè)者或非法攔截者難以從公開的信息中發(fā)現(xiàn)已經(jīng)隱藏于其中的秘密信息；而如果要截獲所有的公開信息并進(jìn)行檢查，從時(shí)間、資源、技術(shù)等各方面來看，是一個(gè)難于完成的任務(wù)。此外，還可以對(duì)需要隱藏信息的信息先用加密技術(shù)加密，然后再進(jìn)行隱藏傳輸，這樣就有雙重保護(hù)，進(jìn)一步增強(qiáng)安全性。因此也采用此種技術(shù)更進(jìn)一步達(dá)到信息安全的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明技術(shù)的解決問題:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行全球信息傳輸?shù)姆椒ㄅc系統(tǒng)，用常規(guī)的導(dǎo)航定位設(shè)備從收到的正常導(dǎo)航電文中恢復(fù)出其中的信息數(shù)據(jù)，使導(dǎo)航定位系統(tǒng)能夠用于廣播通信，實(shí)現(xiàn)全球信息傳輸，幾乎零成本。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行全球信息傳輸?shù)南到y(tǒng)，包括用戶信息注入隱藏發(fā)送器、導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)、地面導(dǎo)航接收機(jī)、用戶信息恢復(fù)器；
[0012]所述的用戶信息注入隱藏發(fā)送器，用于將輸入的用戶信息注入到導(dǎo)航電文中隱藏發(fā)送到導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，包括格式編排單元、信息注入隱藏單元以及傳輸電文形成單元；格式編排單元將用戶信息轉(zhuǎn)換為與導(dǎo)航電文比特流同步的用戶信息比特流，然后送入信息注入隱藏單元；信息注入隱藏單元利用空域信息隱藏把用戶信息比特流按格式嵌入導(dǎo)航電文比特流中，通過傳輸電文形成單元產(chǎn)生傳輸電文比特流，經(jīng)過衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)送到地面導(dǎo)航接收機(jī)；
[0013]所述的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，用于發(fā)送導(dǎo)航電文到衛(wèi)星，再由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到地面用戶接收機(jī)；
[0014]所述的地面導(dǎo)航接收機(jī)，用于接收多顆衛(wèi)星的導(dǎo)航電文，輸出導(dǎo)航定位信息，進(jìn)行常規(guī)導(dǎo)航定位；同時(shí)，將接收到的傳輸電文比特流送到用戶信息恢復(fù)器；
[0015]所述的用戶信息恢復(fù)器，用于恢復(fù)隱藏在傳輸電文比特流的用戶信息。
[0016]—種利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行信息傳輸?shù)姆椒?，包括以下步驟:
[0017]21)把導(dǎo)航電文比特流一個(gè)周期的數(shù)據(jù)按字節(jié)進(jìn)行排列；
[0018]22)計(jì)算字節(jié)直方圖最大值，最大值存放在導(dǎo)航電文比特流輔助數(shù)據(jù)中；
[0019]23)基于無損信息隱藏方法把信息加密后隱藏在導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)中，導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)格式不變，數(shù)據(jù)量不增加；
[0020]24)把導(dǎo)航電文比特流一個(gè)周期的數(shù)據(jù)按字節(jié)進(jìn)行排列，形成新的導(dǎo)航電文，通過導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)送；
[0021]25)地面導(dǎo)航接收機(jī)從導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)中，提取導(dǎo)航信息進(jìn)行正常導(dǎo)航定位，同時(shí)提取出用戶信息。
[0022]—種利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行信息傳輸?shù)姆椒ǎㄒ韵虏襟E:
[0023]31)把導(dǎo)航電文比特流一個(gè)周期的數(shù)據(jù)按字節(jié)進(jìn)行排列；
[0024]32)找到字節(jié)數(shù)據(jù)的最低有效位；
[0025]33)把用戶信息加密后的比特值替換上述最低有效位，形成新的導(dǎo)航電文，通過導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)送；
[0026]34)地面導(dǎo)航接收機(jī)從新導(dǎo)航電文字節(jié)數(shù)據(jù)中，提取導(dǎo)航信息進(jìn)行正常導(dǎo)航定位，同時(shí)提取出用戶信息。
[0027]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果在于:
[0028](I)本發(fā)明在不改變導(dǎo)航衛(wèi)星資源配置的情況下，通過地面信息注入器將待廣播的信息數(shù)據(jù)隱藏到導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)中進(jìn)行傳輸，提高了系統(tǒng)利用率。
[0029](2)本發(fā)明在將待廣播的信息數(shù)據(jù)隱藏到導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)后，對(duì)導(dǎo)航定位的業(yè)務(wù)的影響可以忽略，從而不影響地面導(dǎo)航設(shè)備的正常接收及使用。
[0030](3)本發(fā)明把待廣播的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行不同等級(jí)的信息加密后進(jìn)行傳輸，可以提供保密傳輸和商業(yè)傳輸、免費(fèi)傳輸，擴(kuò)展了衛(wèi)星導(dǎo)航和導(dǎo)航衛(wèi)星的應(yīng)用功能。
[0031](4)本發(fā)明首次利用導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航報(bào)文“傳輸慢但工作時(shí)間長”的特點(diǎn)，擴(kuò)展了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的用途，取得了預(yù)期效果。
[0032](5)本發(fā)明同時(shí)還具有實(shí)現(xiàn)簡單的特點(diǎn)，硬件不用改變，在導(dǎo)航接收機(jī)上增加信息提取軟件即可實(shí)現(xiàn)，可以說是零成本，具有重大的社會(huì)效益和潛在的經(jīng)濟(jì)效益。
[0033]據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國導(dǎo)航定位終端的總銷量突破3.48億臺(tái)，其中帶導(dǎo)航功能的智能手機(jī)銷售量達(dá)到3.3億臺(tái)。汽車導(dǎo)航后裝