一種基于時(shí)頻譜平移的仿海豚哨聲水聲通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水聲通信領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于時(shí)頻譜平移的仿海豚哨聲水聲通信 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，隨著現(xiàn)代探測(cè)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，運(yùn)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(guó)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)CN103368660A中公開(kāi)了一種基于差分化ttern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)用于差分化ttern時(shí)延差編碼通信體制中，W 達(dá)到仿生隱蔽通信的目的。中國(guó)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)CN103401619A中公開(kāi)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，在運(yùn)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，并且對(duì)哨聲信號(hào)樣本需求量較大。中國(guó)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū) CN104217722A公開(kāi)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)明的目的是提供一種獲得的調(diào)制信息性能良好、可靠性高的，基于時(shí)頻譜平 移的仿海豚哨聲水聲通信方法。
[0005] -種基于時(shí)頻譜平移的仿海豚哨聲水聲通信方法，包括W下步驟，
[0006] 步驟一：將傳輸二進(jìn)制信息轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制信息；
[0007] 步驟二：提取真實(shí)海豚哨聲信號(hào)時(shí)頻譜輪廓曲線，根據(jù)十進(jìn)制信息對(duì)時(shí)頻譜輪廓 曲線進(jìn)行上下平移，實(shí)現(xiàn)信息調(diào)制；
[000引步驟立：將調(diào)制后的輪廓曲線變換合成仿生通信信號(hào)；
[0009] 步驟四：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)，同步信號(hào)與仿生通 信信號(hào)之間插入零序列作為保護(hù)間隔，形成一帖信號(hào)；
[0010] 步驟五：將帖信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大后通過(guò)換能器送入水聲信道；
[0011] 步驟六：使用水聽(tīng)器接收信號(hào)；
[0012] 步驟屯：對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行同步，在同步信號(hào)的相關(guān)峰位置時(shí)刻加上保護(hù)間隔的長(zhǎng) 度確定信號(hào)開(kāi)始的時(shí)刻，從接收信號(hào)中提取仿生通信信號(hào)；
[0013] 步驟八：將真實(shí)海豚哨聲信號(hào)與提取的仿生通信信號(hào)對(duì)應(yīng)相乘，使用低通濾波器 對(duì)相乘結(jié)果濾波；
[0014] 步驟九：對(duì)濾波結(jié)果進(jìn)行傅里葉變換，確定能量最大值處的頻率分量，獲得十進(jìn)制 的調(diào)制信息；
[0015] 步驟十：將十進(jìn)制的調(diào)制信息轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制信息，實(shí)現(xiàn)信息解碼。
[0016] 本發(fā)明一種基于時(shí)頻譜平移的仿海豚哨聲水聲通信方法，還可W包括：
[0017] 1、步驟二中平移后的時(shí)頻譜輪廓曲線采樣點(diǎn)的頻率值為：
[0018] ff' [n] =ff[n]甘*A f
[0019] 其中，A f是頻率偏移量，fjn]為哨聲信號(hào)第r次諧波在每個(gè)采樣點(diǎn)的頻率值， [n]為平移后的時(shí)頻譜輪廓曲線采樣點(diǎn)的頻率值。
[0020] 2、仿生通信信號(hào)為：
[0021]
[002引其中，R是諧波次數(shù)，Sf[n]為第r次諧波時(shí)第n點(diǎn)的幅度，巧N為第r次諧波第 n點(diǎn)的相位。
[002引有益效果：
[0024]本發(fā)明通信方法采用真實(shí)的海豚哨聲信號(hào)作為通信載波，并且對(duì)海豚哨聲信號(hào)樣 本的特征和數(shù)量沒(méi)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??；該通信方法利用海豚哨聲信號(hào)時(shí)頻譜輪廓曲線的平移程度來(lái)進(jìn) 行信息調(diào)制，再通過(guò)變換得到調(diào)制后的仿哨聲數(shù)據(jù)信號(hào)，其調(diào)制方法新穎有效，仿生性能極 高，具有很強(qiáng)的隱蔽性。解調(diào)時(shí)，通過(guò)仿生相干解調(diào)，獲得調(diào)制信息，性能良好，可靠性高。
[0025] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，可W在將二進(jìn)制信息轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制信息W及十進(jìn)制信 息轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制信息時(shí)，采用格雷碼映射的方法。由于相鄰的十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制格雷 碼時(shí)只有化it信息不同，因此應(yīng)用該轉(zhuǎn)化方法可W有效地降低通信誤碼率。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1為基于時(shí)頻譜平移的仿海豚哨聲水聲通信流程圖；
[0027] 圖2為瞬時(shí)頻率相位轉(zhuǎn)化結(jié)果；
[002引圖3為能量幅度轉(zhuǎn)化結(jié)果；
[0029] 圖4(a)為仿生信號(hào)波形圖；
[0030] 圖4化）為仿生信號(hào)頻譜圖；
[0031] 圖5(a)為仿生通信信號(hào)帖結(jié)構(gòu)波形圖；
[0032] 圖5化）為仿生通信信號(hào)帖結(jié)構(gòu)頻譜圖；
[0033]圖6為原始哨聲信號(hào)與仿真信號(hào)相乘結(jié)果的短時(shí)傅里葉變換；
[0034] 圖7為相乘結(jié)果低通濾波后的FFT變換結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0036] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是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方法。
[0037]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案：
[0038] 一種基于時(shí)頻譜平移的仿海豚哨聲水聲通信方法，
[0039] 發(fā)送端，
[0040] (1)將傳輸二進(jìn)制信息轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制信息；
[0041] (2)提取真實(shí)海豚哨聲信號(hào)時(shí)頻譜輪廓曲線，根據(jù)（1)中所述十進(jìn)制信息對(duì)所述 輪廓曲線進(jìn)行上下平移，實(shí)現(xiàn)信息調(diào)制；
[004引做將似中調(diào)制后的輪廓曲線變換合成仿生通信信號(hào)；
[004引（4)在做中得到的仿生通信信號(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，形成一帖信號(hào)；
[0044] (5)將（4)所述帖信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大后通過(guò)換能器送入水聲信道；
[0045] 接收端，
[0046] (6)使用水聽(tīng)器接收信號(hào)；
[0047] (7)對(duì)（6)所述接收信號(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(zhǎng)度確定信號(hào)開(kāi)始的時(shí)刻，從所述接收信號(hào)中提取仿生通信信號(hào)；
[0048] (8)將（2)中所述真實(shí)海豚哨聲信號(hào)與（7)中提取的仿生通信信號(hào)對(duì)應(yīng)相乘，使用 低通濾波器對(duì)相乘結(jié)果濾波；
[0049] (9)對(duì)（8)所述濾波結(jié)果進(jìn)行傅里葉變換，通過(guò)確定能量最大值處的頻率分量，獲 得十進(jìn)制的調(diào)制信息；
[0050] (10)將（9)所示十進(jìn)制信息轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制信息，實(shí)現(xiàn)信息解碼。
[0051] 步驟（1)中所述將二進(jìn)制信息轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制信息和步驟（10)中所述將十進(jìn)制信 息轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制信息，均采用格雷碼映射的方法。
[0052] 本發(fā)明公開(kāi)了一種基于時(shí)頻譜平移的仿海豚哨聲水聲通信方法。在發(fā)射端，將真 實(shí)海豚哨聲信號(hào)時(shí)頻譜輪廓曲線上下平移加載數(shù)字信息，W調(diào)制后的輪廓曲線為基礎(chǔ)進(jìn)行 信號(hào)合成得到仿生通信信號(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 帖發(fā)射信號(hào)。在接收端，通過(guò)同步信號(hào)相關(guān)確定仿生通信信號(hào)的起始位置，對(duì)接收仿生通信 信號(hào)進(jìn)行相乘濾波、傅里葉變換解調(diào)調(diào)制信息，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(méi)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。
[0053] 本發(fā)明設(shè)及一種基于時(shí)頻譜平移的仿海豚哨聲水聲通信方法。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。
[0054] 在信號(hào)的發(fā)送端：
[00巧]步驟1 :將輸入的二進(jìn)制信息轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制信息。作為