一种主动声呐识别方法技术

本发明专利技术公开了一种主动声呐识别方法，该方法是发射方在声呐发出的探测信号中嵌入水印，接收方通过对水印的探测来识别发送方信号，包括四个部分，数字水印预处理，水印生成，水印嵌入，水印探测。具体方法是在一个声呐波形的时频系数中嵌入水印，水印是由两个安全密钥产生。第一密钥是扩展码。第二密钥是用于选择和修改声呐的所选择的时间‑频率单元的嵌入掩模，根据嵌入规则水印分布在声呐探测信号的分块DCT系数中，匹配滤波接收器产生经过信道模型的扩频水印的复制相关水印，探测器模型成功的检测需要访问这两个扩展码和嵌入掩模。本发明专利技术可以产生精度更高的检测概率，增加了可控性和识别性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水声探测领域，尤其涉及一种主动声呐识别方法。
技术介绍
水声信道中充满了天然存在的或人为的来源不明的声发射，其中一个主要的发射来源就是主动声呐。在水声对抗领域，利用虚假水声信号迷惑、诱骗对方已成为各国海军常用的技术手段。随着水声对抗技术的发展，敌对方常常通过发射高度相似的信号实施干扰或者诱骗。因此，迫切需要开展主动声呐信号的身份识别新技术的研究。因此出现通过对信号嵌入水印来认证发送声呐波形。这种方法对实现有效的识别来自于敌方或是我方的声呐探测信号至关重要，水下环境的复杂性，错综复杂的信息发送，有效的识别出正确信息对正常探测发挥着重要作用。之前出现应用于探测的方法最早是正交频分复用(OFDM)“星座抖动”，其中的抖动就是水印，根据抖动的特性来识别探测信号，这种方法容易受环境影响，错误识别率较高。为解决这一问题数字水印技术应运而生，数字水印技术的关键就是如何提高信号识别的精度。海洋水声探测中存在相似信号以及伪装信号或是复制信号，该技术可以有效的识别探测信号的真实身份并且有效识别出来伪装或是复制信号，另一方面的应用就是在网络节点为基础进行的通信导航，网络节点具有移动特性，他们发射的信号中嵌入发射信号的位置信息对无人航行器的导航有重要的价值，基于现有通过目标特征进行鉴别分类这种方法是不足的，有学者提出在主动声呐发射的信号中嵌入数字水印，通过检测接收信号中是否含有水印鉴别其身份。针对主动声呐信号的鉴别提出分别用短时傅里叶变换(STFT)和离散余弦变换(DCT)进行水印嵌入。但是算法比较复杂而且并没有充分考虑到海洋信道多途、衰减以及多普勒频移等因素。又提出信道相关特性对水印声呐的影响以及利用嵌入水印提高探测性能等方法，在已经提出的方法中根据水印嵌入并没有考虑水印嵌入的规则的改变，以及嵌入带宽的改变，受水下环境影响较大。本文是基于在已经提出的理论基础上结合对水下声信道的考虑，提出利用二维变换基本矩阵在时频域的分块DCT变换，通过改变系数嵌入扩频水印，产生更高的检测性能，以及最佳的嵌入方式。本专利技术提出的方法全面考虑到水印探测环境对探测性能的提高，该方法对这些信号的身份识别能力进一步加强，所以如何有效的分辨出真伪信号以及同类别的声呐识别信号身份，成为现在亟需解决的问题。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对声呐探测信号以及相似度极高的伪装信号的身份识别，能有效的分辨这些信号，技术方案：一种主动声呐识别方法，包括如下步骤：S1：将水印进行预处理步骤S1-1：将声呐探测信号生成x(t)，并且对其取样点为N产生离散信号X；步骤S1-2：对步骤S1-1所得到的离散信号进行分块，将T秒的时间间隔进行取样分成M块，每一块包含着m＝N/M；每一块长度是Tb＝T/M，X被排列为m×M的矩阵；步骤S1-3：将步骤S1-2分块后的信号利用二维DCT变换的基本酉矩阵A进行DCT变换产生DCT系数矩阵Θ；其中A是m×M矩阵；S2：生成以及嵌入水印序列步骤S2-1:生成水印序列,水印序列产生的基础是扩频矩阵C＝[c1,c2,...,cM]∈Rm×M其中c∈{±1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种主动声呐识别方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将水印进行预处理步骤S1‑1：将声呐探测信号生成x(t)，并且对其取样点为N产生离散信号X；步骤S1‑2：对步骤S1‑1所得到的离散信号进行分块，将T秒的时间间隔进行取样分成M块，每一块包含着m＝N/M；每一块长度是Tb＝T/M，X被排列为m×M的矩阵；步骤S1‑3：将步骤S1‑2分块后的信号利用二维DCT变换的基本酉矩阵A进行DCT变换产生DCT系数矩阵Θ；其中A是m×M矩阵；S2：生成以及嵌入水印序列步骤S2‑1:生成水印序列,水印序列产生的基础是扩频矩阵C＝[c1,c2,...,cM]∈Rm×M其中c∈{±1}和二进制掩码M∈{0,1}两个秘钥的产生，扩频序列是结合信道模型产生，掩码则是由嵌入位置决定；步骤S2‑2:在步骤S2‑1产生的扩频矩阵和二进制掩码两者的基础上进行Hadamard乘积形成扩频水印W；步骤S2‑3:扩频矩阵掩蔽水印矩阵，并且包含当在对应的位置的掩模具有一个逻辑1，只对DCT系数对应于由水印所修改的1的位置的系数；步骤S2‑4:生成的水印W如所述步骤S2‑3嵌入DCT系数中，嵌入水印后的系数矩阵为Θw；水印强度K为可控因子，根据SWR(信号和水印功率之比)来改变；步骤S2‑5:根据产生的被水印的系数矩阵通过矩阵变换产生被水印的声呐信号矩阵Xw。Xw被重新排列为1×N取样矢量；步骤S2‑6:xw(t)表示加入水印的声呐波形，由此可以得出水印w(t)是被水印波形和没有水印波形之差；S2：对水印进行检测步骤S3‑1:接收含有水印的信号yw(t)，由步骤s2‑6得到的xw(t)经过信道脉冲响h(t,τ)所得到的接收响应；步骤S3‑2:将所得到的yw(t)进行重新取样和重新排列为m×M矩阵Yw，并且对Yw进行DCT系数转换，得到转换的DCT系数；步骤S3‑3：水印是根据在步骤S2‑6的基础上得到，水印通过被滤波器模型化的信道产生补偿水印根据接收到的水印的估计值，计算在接收器通过由相应的FIR滤波器的滤波每个段，并在检测器用于副本相关，估计水印值表示为步骤S3‑4:对进行取样并且排成m×M矩阵U，对矩阵U进行块DCT变换得到系数矩阵步骤S3‑5:在上述得出和检测标准定为和的frobenius内积，这个相当于整个对hadamard乘积之和，根据信号检测算法得到检验统计量；步骤S3‑6:在检验统计量的计算中，水印检测被规定为根据假设检验奈曼皮尔逊引理对接收水印进行检测假设，根据公式产生检测统计量作为门限；利用检测概率，漏检概率，误检率来评估性能。...

【技术特征摘要】
1.一种主动声呐识别方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将水印进行预处理步骤S1-1：将声呐探测信号生成x(t)，并且对其取样点为N产生离散信号X；步骤S1-2：对步骤S1-1所得到的离散信号进行分块，将T秒的时间间隔进行取样分成M块，每一块包含着m＝N/M；每一块长度是Tb＝T/M...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彪，丁智慧，杨奕飞，戴跃伟，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32