利用鲸声的组合探测与通信装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于目标探测与通信领域，为提出一种利用鲸声的组合探测与通信信号构造方法及处理技术。为此，本发明专利技术采用的技术方案是，利用鲸声的组合探测与通信装置和方法，发射端由依次相连的叫声脉冲库存储器、通信脉冲串产生器、组合探测与通信信号产生器、伪装信号产生器、信号发射器、声呐信号产生器；接收端由依次相连的信号接收器、低通滤波器、距离和速度估计器、高通滤波器、通信解码器构成。本发明专利技术主要应用于目标探测与通信场合。

Combined detection and communication device and method using whale sound

The invention belongs to the field of target detection and communication, and proposes a method for constructing a combined detection and communication signal using whale sound and a processing technology. Therefore, the technical scheme adopted in the invention is a combination detection and communication device and a method using the sound of whale. The transmitting end is composed of a call pulse inventory storage device, a communication pulse string generator, a combination detection and communication signal generator, a camouflage signal generator, a signal transmitter, a sonar signal generator, and the receiver end. The signal receiver, low-pass filter, distance and speed estimator, high pass filter and communication decoder are connected in turn. The invention is mainly applied to target detection and communication occasions.

【技术实现步骤摘要】
利用鲸声的组合探测与通信装置和方法
本专利技术属于目标探测与通信领域，特别是一种利用鲸声的组合探测与通信信号构造方法及处理技术。
技术介绍
传统的主动声呐平台所发射出去的声呐信号只能用于实现水下目标的探测，这些声呐信号不具有通信的功能。因此，需要研发通过声纳发射信号进行通信的技术。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术旨在提出一种利用鲸声的组合探测与通信信号构造方法及处理技术。为此，本专利技术采用的技术方案是，利用鲸声的组合探测与通信方法，步骤如下：第一步：利用鲸声的组合探测与通信信号构造方法如下：首先，产生一个持续时间长度为T1、起始频率为f1、终止频率为f2的声呐信号s1(t)，然后，利用这个线性调频信号s1(t)作为声呐信号，实现水下目标的主动探测；形成另一个具有M2个叫声脉冲的叫声脉冲库KU2；进一步地，利用两个叫声脉冲的叫声脉冲库中叫声脉冲之间的时间差进行通信二进制数编码；更具体地，当一个叫声脉冲的中心时刻与另一个叫声脉冲的中心时刻之间的时间差为时，这个时间差代表通信二进制数“0”；而一个叫声脉冲的中心时刻与另一个叫声脉冲的中心时刻之间的时间差为时，这个时间差代表通信二进制数“1”；按照上述编码规律，就能使用一系列叫声脉冲来组成通信脉冲串s2(t)，实现通信信息的传递；进一步地，将上述声呐信号s1(t)与通信脉冲串s2(t)的信号波形进行对应相加处理，然后，得到组合探测与通信信号s3(t)；进一步地，选择一段原始的抹香鲸叫声脉冲串，将该原始的抹香鲸叫声脉冲串里的一段时间长度为T1的叫声脉冲串移除，然后，再将组合探测与通信信号s3(t)安放到被移除的长度为T1的叫声脉冲串所在的位置，形成脉冲串s4(t)；第二步：利用鲸声的组合探测与通信信号处理技术包括两个方面，第一个方面为声呐信号处理技术，第二个方面为通信信号处理技术；首先是声呐信号处理技术：被水下目标反射回的组合探测与通信信号，被声呐探测平台上的信号接收器接收后，通过一个低通滤波器滤掉处于高频段的鲸叫声脉冲，然后得到波形，所得到的波形经距离和速度估计器处理后，获得水下目标的距离和速度参数的估计值；其次是通信信号处理步骤：被水下通信接收平台接收到的组合探测与通信信号首先经过低通滤波器滤掉高频段的鲸叫声脉冲，然后得到波形，然后，确定波形的持续时间长度T1，也就是声呐信号s1(t)的时间长度和所出现的时间段，以这个时间段为基准，通过高通滤波器对接收到的组合探测与通信信号进行高通滤波，滤掉处于低频段的声呐信号，获得处于高频段的叫声脉冲串，也就是通信脉冲串，然后，再将通信脉冲串送入通信解码器进行解码处理，以解码出通信信息。声呐信号s1(t)可以是单频脉冲信号、线性调频信号、或双曲调频信号。进一步地，为了方便信号接收平台对声呐信号和通信脉冲串进行分离，所以，要求f2满足如下要求：f2＜fT。进一步地，从原始的抹香鲸叫声串里一个一个地截取出每个叫声脉冲，然后，将每个叫声脉冲对自身进行归一化处理，最后，用所有经归一化处理后的叫声脉冲形成一个具有M1个叫声脉冲的叫声脉冲库KU1；进一步地，对叫声脉冲库KU1里的每个叫声脉冲进行能量谱分析，计算每个叫声脉冲的总能量值E1；然后，设置一个频率阈值fT，计算每个叫声脉冲在频率阈值fT以上频率段的能量值E2；然后，再求E2与E1的比值R1；如果R1＞0.7，则保留下对应的叫声脉冲；反之，如果R1＜0.7，则将对应的叫声脉冲去掉；进一步地，用所有保留下来的叫声脉冲形成另一个具有M2个叫声脉冲的叫声脉冲库KU2；进一步地，原始的抹香鲸叫声串是指通过声音记录设备记录下来的抹香鲸叫声串；进一步地，肯定被要求远小于线性调频信号s1(t)的持续时间长度T1，且可根据通信速度的要求而进行调整，当通信速度要求高一些时，应该被设置的小一些，而当通信速度要求低一些时，应该被设置的大一些；具体的大小应根据实际的通信速度需求进行调整。一个实例中的具体步骤是：(1)通信脉冲串产生器从叫声脉冲库KU2中取出脉冲，然后，根据待传输的通信数据，并依据上述利用时间差的编码方法，生成通信脉冲串s2(t)；(2)根据实际探测目标的需要，声呐信号产生器产生声呐信号s1(t)；(3)组合探测与通信信号产生器分别接收来自通信脉冲串产生器传过来的通信脉冲串s2(t)和接收来自声呐信号产生器传过来的声呐信号s1(t)，然后，将这两个信号进行对应相加处理，得到组合探测与通信信号s3(t)；伪装信号产生器从原始的抹香鲸叫声串中随机地取出一段原始的抹香鲸叫声串，然后利用组合探测与通信信号产生器传过来的组合探测与通信信号s3(t)替换原始的抹香鲸叫声串中相同时间长度的叫声串，形成脉冲串s4(t)；进一步地，脉冲串s4(t)通过信号发射器发射出去。利用鲸声的组合探测与通信装置，发射端由依次相连的叫声脉冲库存储器、通信脉冲串产生器、组合探测与通信信号产生器、伪装信号产生器、信号发射器、声呐信号产生器；通信脉冲串产生器用于利用两个叫声脉冲之间的时间差进行通信二进制数编码；具体地，当一个叫声脉冲的中心时刻与另一个叫声脉冲的中心时刻之间的时间差为时，这个时间差代表通信二进制数“0”；而一个叫声脉冲的中心时刻与另一个叫声脉冲的中心时刻之间的时间差为时，这个时间差代表通信二进制数“1”；按照上述编码规律，就能使用一系列叫声脉冲来组成通信脉冲串s2(t)，将通信脉冲串s2(t)发送给组合探测与通信信号产生器；组合探测与通信信号产生器用于将来自声呐信号产生器的声呐信号s1(t)与通信脉冲串s2(t)的信号波形进行对应相加处理，然后，得到组合探测与通信信号s3(t)；伪装信号产生器从原始的抹香鲸叫声串中随机地取出一段原始的抹香鲸叫声串，然后利用组合探测与通信信号产生器传过来的组合探测与通信信号s3(t)替换原始的抹香鲸叫声串中相同时间长度的叫声串，形成脉冲串s4(t)；脉冲串s4(t)通过信号发射器发射出去；接收端由依次相连的信号接收器、低通滤波器、距离和速度估计器、高通滤波器、通信解码器构成；被水下目标反射回的组合探测与通信信号，被声呐探测平台上的信号接收器接收后，通过一个低通滤波器滤掉处于高频段的鲸叫声脉冲，然后得到波形，该波形经距离和速度估计器处理后，获得水下目标的距离和速度参数的估计值；组合探测与通信信号首先经过低通滤波器滤掉高频段的鲸叫声脉冲，然后确定得到波形的持续时间长度T1和所出现的时间段，T1也就是声呐信号s1(t)的时间长度，以这个时间段为基准，通过高通滤波器对接收到的组合探测与通信信号进行高通滤波，滤掉处于低频段的声呐信号，获得处于高频段的叫声脉冲串，也就是通信脉冲串，然后，再将通信脉冲串送入通信解码器进行解码处理，以解码出通信信息。本专利技术的特点及有益效果是：本专利技术利用鲸声组合进行探测与通信信号构造，能够提高发射平台硬件系统的利用率；进一步地，由于在组合探测与通信信号s3(t)的前后都加上了原始的抹香鲸叫声串，所以通过使用原始的抹香鲸叫声串作为掩体，实现了真实的声呐信号与通信脉冲串的隐蔽；进一步地，通过声呐信号与抹香鲸叫声脉冲的巧妙对应相加处理，实现了它们的有权融合；通过高带滤波器与低通滤波器的结合，很方便地实现了它们的分离。附图说明：图1示出本专利技术中所述声呐信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用鲸声的组合探测与通信方法，其特征是，步骤如下：第一步：利用鲸声的组合探测与通信信号构造方法如下：首先，产生一个持续时间长度为T1、起始频率为f1、终止频率为f2的声呐信号s1(t)，然后，利用这个线性调频信号s1(t)作为声呐信号，实现水下目标的主动探测；形成另一个具有M2个叫声脉冲的叫声脉冲库KU2；进一步地，利用两个叫声脉冲的叫声脉冲库中叫声脉冲之间的时间差

【技术特征摘要】
1.一种利用鲸声的组合探测与通信方法，其特征是，步骤如下：第一步：利用鲸声的组合探测与通信信号构造方法如下：首先，产生一个持续时间长度为T1、起始频率为f1、终止频率为f2的声呐信号s1(t)，然后，利用这个线性调频信号s1(t)作为声呐信号，实现水下目标的主动探测；形成另一个具有M2个叫声脉冲的叫声脉冲库KU2；进一步地，利用两个叫声脉冲的叫声脉冲库中叫声脉冲之间的时间差进行通信二进制数编码；更具体地，当一个叫声脉冲的中心时刻与另一个叫声脉冲的中心时刻之间的时间差为时，这个时间差代表通信二进制数“0”；而一个叫声脉冲的中心时刻与另一个叫声脉冲的中心时刻之间的时间差为时，这个时间差代表通信二进制数“1”；按照上述编码规律，就能使用一系列叫声脉冲来组成通信脉冲串s2(t)，实现通信信息的传递；进一步地，将上述声呐信号s1(t)与通信脉冲串s2(t)的信号波形进行对应相加处理，然后，得到组合探测与通信信号s3(t)；进一步地，选择一段原始的抹香鲸叫声脉冲串，将该原始的抹香鲸叫声脉冲串里的一段时间长度为T1的叫声脉冲串移除，然后，再将组合探测与通信信号s3(t)安放到被移除的长度为T1的叫声脉冲串所在的位置，形成脉冲串s4(t)；第二步：利用鲸声的组合探测与通信信号处理技术包括两个方面，第一个方面为声呐信号处理技术，第二个方面为通信信号处理技术；首先是声呐信号处理技术：被水下目标反射回的组合探测与通信信号，被声呐探测平台上的信号接收器接收后，通过一个低通滤波器滤掉处于高频段的鲸叫声脉冲，然后得到波形，所得到的波形经距离和速度估计器处理后，获得水下目标的距离和速度参数的估计值；其次是通信信号处理步骤：被水下通信接收平台接收到的组合探测与通信信号首先经过低通滤波器滤掉高频段的鲸叫声脉冲，然后得到波形，然后，确定波形的持续时间长度T1，也就是声呐信号s1(t)的时间长度和所出现的时间段，以这个时间段为基准，通过高通滤波器对接收到的组合探测与通信信号进行高通滤波，滤掉处于低频段的声呐信号，获得处于高频段的叫声脉冲串，也就是通信脉冲串，然后，再将通信脉冲串送入通信解码器进行解码处理，以解码出通信信息。2.如权利要求1所述的利用鲸声的组合探测与通信方法，其特征是，声呐信号s1(t)可以是单频脉冲信号、线性调频信号、或双曲调频信号。3.如权利要求1所述的利用鲸声的组合探测与通信方法，其特征是，进一步地，为了方便信号接收平台对声呐信号和通信脉冲串进行分离，所以，要求f2满足如下要求：f2＜fT。4.如权利要求1所述的利用鲸声的组合探测与通信方法，其特征是，进一步地，从原始的抹香鲸叫声串里一个一个地截取出每个叫声脉冲，然后，将每个叫声脉冲对自身进行归一化处理，最后，用所有经归一化处理后的叫声脉冲形成一个具有M1个叫声脉冲的叫声脉冲库KU1；进一步地，对叫声脉冲库KU1里的每个叫声脉冲进行能量谱分析，计算每个叫声脉冲的总能量值E1；然后，设置一个频率阈值fT，计算每个叫声脉冲在频率阈值fT以上频率段的能量值E2；然后，再求E2与E1的比值R1；如果R1＞0.7，则保留下对应的叫声脉冲；反之，如果R1＜0.7，则将对应的叫声脉冲去掉；进一步地，用所有保留下来的叫声脉冲形成另一个具有M2个叫声脉冲的...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋佳佳，段发阶，王宪全，马世雄，李春月，卜令冉，孙中波，傅骁，黄婷婷，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12