集伪装与加密于一体的仿生隐蔽水声通信编码方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种集伪装与加密于一体的仿生隐蔽水声通信编码方法及装置，包括：根据叫声脉冲多样性特征及统计特性，形成叫声脉冲的特征分层分组模型和数据库，并进一步形成编码集；根据编码集，结合叫声重复性交替性组合规律及统计特性，形成符合叫声脉冲重复性交替性规律的隐蔽编码叫声脉冲串；根据隐蔽编码叫声脉冲串，结合叫声脉冲时间间隔组合规律及其统计特性，调整叫声脉冲串之间的时间间隔，使得叫声脉冲串中各叫声脉冲之间的时间间隔符合真实鲸叫声脉冲的变化规律。本发明专利技术能够充分利用鲸叫声脉冲的特征多样性，使其产生的通信叫声脉冲串在接近真实鲸叫声的同时能够携带更多的通信信息，进而实现兼顾通信速率和通信隐蔽性的仿生隐蔽水声通信。

Bionic Hidden Underwater Acoustic Communication Coding Method and Device Integrating Camouflage and Encryption

【技术实现步骤摘要】
集伪装与加密于一体的仿生隐蔽水声通信编码方法及装置
本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种集伪装与加密于一体的仿生隐蔽水声通信编码方法及装置。
技术介绍
水下军事平台间信息的高隐蔽传输是海军作战的生命线，更是各国海军综合作战实力的重要体现。隐蔽水声通信技术作为水下最有效的信息隐蔽传输手段，在潜潜通信、潜舰通信、潜基通信、海上遥控遥测、水下通信-探测-定位-导航一体化设计等国防军事任务和对抗中发挥着越来越重要的作用。然而，随着各海军强国在水声对抗、水下侦察技术方面的发展，传统隐蔽水声通信系统在隐蔽性和生存能力上正面临着极其严峻的挑战，因此，近年来各海军强国在隐蔽水声通信技术方面，投入了大量的人力物力来提升水声通信的隐蔽性，以期在海洋国防军事对抗中获得信息安全隐蔽传输的优势和主动权。从隐蔽策略上，隐蔽水声通信技术主要可分为三类：低截获概率(LowProbabilityofInterception,LPI)隐蔽水声通信技术(第一类)、低检测概率(LowProbabilityofDetection,LPD)隐蔽水声通信技术(第二类)和仿生伪装隐蔽水声通信技术(第三类)。LPI隐蔽水声通信技术(第一类)几乎都是通过改变传统人造通信信号的参数以实现隐蔽通信，但这类隐蔽水声通信技术所采用的通信信号(通信码元或通信载波)几乎都具有非常明显的特征，这些显著的特征致使这些通信信号很容易被敌方的水下侦查系统所识别，进而导致通信发射平台的暴露。LPD隐蔽水声通信技术(第二类)几乎都是通过降低通信信号的信噪以实现隐蔽通信，但是，这种方法在实际应用中存在发射功率控制困难、要求的宽带宽与有限的水声信道带宽矛盾、同步化困难等诸多挑战，且通信信号信噪比的降低会在很大程度上限制通信的距离，难以保证远距离通信的可靠性。区别于传统的第一类和第二类隐蔽水声通信技术，最早于2001年，美国海军研究室在其年度技术报告中提出了一种新型的仿生伪装隐蔽水声通信概念(第三类)，其主要基于仿生伪装术，利用或模仿海洋中广泛存在的鲸/海豚等动物的叫声作为通信信号，以诱骗敌方，使其将真正的通信信号误作为由鲸/海豚等动物所产生的海洋动物噪声而过滤掉，从而起到伪装自身的目的，实现通信的隐蔽。其具有无需降低通信信号信噪比就能实现隐蔽的优势，所以，可利用高信噪比的通信信号解决远距离隐蔽通信难题；同时，高信噪比的通信信号对通信可靠性的提升也非常有利。但是目前第三类隐蔽通信方法还存在叫声脉冲特征利用率低、通信速率低、伪装隐蔽性不足等诸多问题，例如：中国专利“基于鲸类叫声脉冲时间长度的通信装置”(公开号201820871885.6)公开了一种利用鲸类叫声脉冲时间长度进行通信编码的通信方法及装置。该方法仅利用了鲸类叫声脉冲中长叫声脉冲的时间长度进行通信编码，导致该方法的鲸叫声脉冲特征利用率低、通信速率低、伪装隐蔽性低；文献[1]公开了一种基于海豚哨声信号参数调制的通信方式。该方法仅利用了鲸类叫声脉冲中长叫声脉冲的时间长度进行通信编码，且需要对鲸类叫声脉冲进行人工调制，导致该方法的鲸叫声脉冲特征利用率低、通信速率低、伪装隐蔽性低。参考文献：[1]马天龙.仿鲸目动物哨声水声通信技术研究.2017.1.1[D].
技术实现思路
本专利技术提供了一种集伪装与加密于一体的仿生隐蔽水声通信编码方法，本专利技术能够充分利用鲸叫声脉冲的特征多样性，使其产生的通信叫声脉冲串在接近真实鲸叫声的同时能够携带更多的通信信息，进而实现兼顾通信速率和通信隐蔽性的仿生隐蔽水声通信，详见下文描述：一种集伪装与加密于一体的仿生隐蔽水声通信编码方法，所述方法包括以下步骤：根据叫声脉冲多样性特征及统计特性，形成叫声脉冲的特征分层分组模型和数据库，并进一步形成编码集；根据编码集，结合叫声重复性交替性组合规律及统计特性，形成符合叫声脉冲重复性交替性规律的隐蔽编码叫声脉冲串；根据隐蔽编码叫声脉冲串，结合叫声脉冲时间间隔组合规律及其统计特性，调整叫声脉冲串之间的时间间隔，使得叫声脉冲串中各叫声脉冲之间的时间间隔符合真实鲸叫声脉冲的变化规律。其中，所述根据叫声脉冲多样性特征及统计特性，形成叫声脉冲的特征分层分组模型和数据库，并进一步形成编码集具体为：以叫声脉冲的持续时间的大小为特征分层条件，全部叫声脉冲集合分为短、长叫声脉冲集合，再以叫声脉冲的平均频率为互异性特征将短脉冲集合分为脉冲组；以谐波数量为互异性特征，将长脉冲集合分为少谐波、多谐波长脉冲集合再以最大频率为互异性特征，将脉冲集合分为脉冲组；以短叫声脉冲集合和长叫声脉冲集合为根节点，构成短叫声脉冲子树和长叫声脉冲子树；子树形成四个脉冲组分别编码二进制；依据叫声脉冲组对应的编码信息，将编码相同的脉冲组重新组合形成编码集。进一步地，结合真实的鲸叫声脉冲变化规律，形成所述叫声重复性交替性组合规律，例如：短叫声-长叫声-长叫声-长叫声-短叫声-短叫声。其中，所述形成符合叫声脉冲重复性交替性规律的隐蔽编码叫声脉冲串举例为：从编码集00中选取属于短叫声脉冲子树的脉冲组M1中的叫声脉冲代表编码00发送，再从编码集01中选取属于长叫声脉冲子树的脉冲组M5中的叫声脉冲代表编码01发送，再从编码集11中选取属于长叫声脉冲子树的脉冲组M8中的叫声脉冲代表编码11发送，再从编码集01中选取属于长叫声脉冲子树的脉冲组M5中的叫声脉冲代表编码01发送，再从编码集01中选取属于短叫声脉冲子树的脉冲组M2中的叫声脉冲代表编码01发送，再从编码集11中选取属于短叫声脉冲子树的脉冲组M4中的叫声脉冲代表编码11发送；进而形成符合叫声脉冲重复性交替性规律的隐蔽编码叫声脉冲串。进一步地，所述方法还包括：脉冲串共有m个脉冲，第i个脉冲和第i+1个脉冲之间的时间间隔为DTi，STi,j表示第i个脉冲的时间间隔特征，j表示该脉冲来自第j个声音片段，则DTi应满足关系：DTi＝STi,j。一种集伪装与加密于一体的仿生隐蔽水声通信编码装置，所述装置包括：分层分组及编码模块，用于根据叫声脉冲多样性特征及统计特性，形成叫声脉冲的特征分层分组模型和数据库，并进一步形成编码集；隐蔽编码叫声脉冲模块，用于根据编码集，结合叫声重复性交替性组合规律及统计特性，形成符合叫声脉冲重复性交替性规律的隐蔽编码叫声脉冲串；调整时间间隔模块，用于根据隐蔽编码叫声脉冲串，结合叫声脉冲时间间隔组合规律及其统计特性，调整叫声脉冲串之间的时间间隔，使得叫声脉冲串中各叫声脉冲之间的时间间隔符合真实鲸叫声脉冲的变化规律。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：(1)本专利技术针对鲸叫声脉冲变化多样的时域、频域和时频域特征，提出了基于树形结构的叫声多样性特征高效分层分组模型；充分利用了树形结构层次分明、索引清晰、能将所有叫声脉冲进行分组、最底层分组丰富多样且唯一的优势，将树形结构与鲸叫声脉冲的特征多样性相结合，提升了特征分层分组的效率与丰富性，为通信信息编码效率的提高提供了有力支撑；(2)本专利技术基于水声通信编码的隐蔽性与有效性需求，依据特征分层分组数据库，组合编码集；根据鲸叫声脉冲出现的重复频率/交替性组合规律及其统计特性，建立了匹配于特征跳组规则多样性的特征跳组规则库；同时，基于叫声脉冲出现的时间间隔组合规律及其统计特性，结合特征跳组规则、编码集以及差分脉位编码方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集伪装与加密于一体的仿生隐蔽水声通信编码方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：根据叫声脉冲多样性特征及统计特性，形成叫声脉冲的特征分层分组模型和数据库，并进一步形成编码集；根据编码集，结合叫声重复性交替性组合规律及统计特性，形成符合叫声脉冲重复性交替性规律的隐蔽编码叫声脉冲串；根据隐蔽编码叫声脉冲串，结合叫声脉冲时间间隔组合规律及其统计特性，调整叫声脉冲串之间的时间间隔，使得叫声脉冲串中各叫声脉冲之间的时间间隔符合真实鲸叫声脉冲的变化规律。

【技术特征摘要】
1.一种集伪装与加密于一体的仿生隐蔽水声通信编码方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：根据叫声脉冲多样性特征及统计特性，形成叫声脉冲的特征分层分组模型和数据库，并进一步形成编码集；根据编码集，结合叫声重复性交替性组合规律及统计特性，形成符合叫声脉冲重复性交替性规律的隐蔽编码叫声脉冲串；根据隐蔽编码叫声脉冲串，结合叫声脉冲时间间隔组合规律及其统计特性，调整叫声脉冲串之间的时间间隔，使得叫声脉冲串中各叫声脉冲之间的时间间隔符合真实鲸叫声脉冲的变化规律。2.根据权利要求1所述的一种集伪装与加密于一体的仿生隐蔽水声通信编码方法，其特征在于，所述根据叫声脉冲多样性特征及统计特性，形成叫声脉冲的特征分层分组模型和数据库，并进一步形成编码集具体为：以叫声脉冲的持续时间的大小为特征分层条件，全部叫声脉冲集合分为短、长叫声脉冲集合，再以叫声脉冲的平均频率为互异性特征将短脉冲集合分为脉冲组；以谐波数量为互异性特征，将长脉冲集合分为少谐波、多谐波长脉冲集合再以最大频率为互异性特征，将脉冲集合分为脉冲组；以短叫声脉冲集合和长叫声脉冲集合为根节点，构成短叫声脉冲子树和长叫声脉冲子树；子树形成四个脉冲组分别编码二进制；依据...

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