一种双层防护机制的隐蔽水声通信技术制造技术

本发明专利技术公开了一种双层防护机制的隐蔽水声通信技术，该技术包括多重加密防护模块、双序列波形设计防护模块和水声变换域通信模块；采用多重加密防护模块实现待发送信息内容的加密隐蔽，双序列波形设计防护模块利用加密隐蔽后的信息生成与其对应的验证信息，并分别将隐蔽信息和验证信息嵌入到载体信号的两个子信号序列，重构双序列波形，然后通过水声变换域通信模块完成信息的发送和接收。本发明专利技术既能够获得高鲁棒性的隐蔽信息加密，抵御较强的攻击，又能够在任意载体信号提高隐蔽信息通信量，保持通信信息的透明性。

A double hidden technology of underwater acoustic communication protection mechanism

The invention discloses a double protective mechanism of hidden underwater acoustic communication technology, the technology includes multiple encryption protection module, protection module and acoustic waveform design sequence transform domain communication module; using multiple encryption protection module to send information content encryption hidden, double sequence waveform design protection module using the information generated after encryption and hiding the corresponding authentication information, and hidden sequence of two sub signal information and authentication information is embedded into the carrier signal reconstruction, double sequence waveform, and then complete the information sent by the underwater acoustic transform domain communication module and receiver. The invention can not only obtain high robustness covert information encryption, resist strong attack, but also improve the transparency of communication information in any carrier signal.

【技术实现步骤摘要】
一种双层防护机制的隐蔽水声通信技术
本专利技术涉及海洋军事隐蔽通信应用领域，特别涉及水声的隐蔽通信应用，属于海洋无线通信技术范畴。
技术介绍
水声隐蔽通信在水下军事活动的远程遥控中和海洋安全监控中都有广泛应用，可以为海洋环境监测、海洋资源探测、水下目标探测、海洋科研等提供多种服务。随着海洋开发和水声通信技术的发展，水声通信存在多种不安全性的因素，让敌方有从海洋入侵的可乘之机，不利于我国海洋军事活动，新的军事形势下对水声隐蔽通信提出可更高的要求。目前，军事潜艇作战和反潜作战、水雷战和反水雷战等水声通信广泛使用隐蔽通信。美国海军研究所和水下作战中心对水声隐蔽通信做了很多研究，其中，美国麻省理工学院构成一款水声通信网络，AquaNodes；WoodsHole海洋研究所利用DSP技术，研制一种水声通信调制解调器，ATM850；日本的冲绳电器公司开发一台具有水声隐蔽通信功能的水下机器人。一些西方发达国家在声呐研究领域中，引入低截获技术，设计一种隐蔽的主动自导系统。在主动声自导机制下，实现了鱼雷隐蔽攻击。这种低截获技术主要利用带宽、扩频机制、伪随机信号和仿真序列等技术手段设计主动隐蔽性信号的波形。国内学者从我国军事需求出发，初步研究了低截获声呐、鱼雷隐蔽探测等方面。2009年，海洋工程大学分析了鱼雷隐蔽性，研究低截获声呐信号的特征；2014年西北工业大学实验室采用Costas编码技术设计了低截获声呐波形。现阶段研究和设计的声呐信号主要包括线性调频信号(LineFrequencyModulation，LFM)、编码调相脉冲(PulseCodeModulation，PCM)、伪随机信号(Pseudo-Random，PR)、双曲调频信号(HyperbolicFrequencyModulation，HFM)、脉间调制信号(InterpulseModulatedsignal，IM)、仿生序列(BionicSequence，BS)等。这些技术一定程度上保证了水下通信的隐蔽性，保证通信信息的安全性。然而，传统的隐蔽通信技术降低通信机发射功率达到隐蔽通信目的，由于受水声信道影响，限制了隐蔽通信距离。另外，低信噪比水声隐蔽通信技术，可以通过多次积分方法检测出通信信号存在，测量目标的距离方位，对于高隐蔽性的军事活动，此状况是不允许的。尤其，当特殊紧急的军事中，对于意外环境干扰篡改的信息，即便提取到隐蔽信息，也难以决策信息内容的正确性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服在隐蔽通信中降低信噪比时导致通信距离短、隐蔽信息受海域复杂环境的干扰而无法确定信息内容是否被篡改或破坏、载体信号源的信息嵌入量低等缺陷，而提供一种双层防护机制的隐蔽水声通信技术，既能够获得高鲁棒性的隐蔽信息加密，抵御较强的攻击，又能够在任意载体信号提高隐蔽信息通信量，保持通信信息的透明性。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种双层防护机制的隐蔽水声通信技术，包括多重加密防护模块、双序列波形设计防护模块和水声变换域通信模块；采用多重加密防护模块实现待发送信息内容的加密隐蔽，双序列波形设计防护模块利用加密隐蔽后的信息生成与其对应的验证信息，并分别将隐蔽信息和验证信息嵌入到载体信号的两个子信号序列，重构双序列波形，然后通过水声变换域通信模块完成信息的发送和接收。优选地，多重加密防护模块实现发送信息内容的加密隐蔽具体为：待发送信息通过压缩感知模块进行加密，选择随机测量矩阵作为隐蔽信息的一次加密密钥，将加密信息分成多个信息片，采用Arnold变换置乱每一个信息片，通过4f双随机相位编码得到多重加密信号。优选地，多重加密防护模块的解密编码过程和加密编码过程相逆。优选地，双序列波形设计防护模块工作机制为：采用子采样方法将载体信号分为相同的两个子信号，利用生成的子信号和隐蔽信息，通过离散分数随机变换方法生成隐蔽信息对应的验证信息，将隐蔽信息和验证信息分别嵌入到两子信号的离散余弦变换域和压缩感知域中，采用重构方法将两子信号重组得到双序列波形。优选地，水声变换域通信模块包括发送端和接收端，发送端包括水声环境采样器、门限剔除与谱估计模块、幅度调整模块、变换域变换模块、波形基函数存储模块、数据调制模块，接收端包括共轭计算模块、相关接收模块、判决输出模块。优选地，发送端通过水声环境采样器对通信工作频带的水声环境采样；输入门限剔除与谱估计模块计算功率谱密度、估计和定位存在的干扰频段，比较估计的水声信号功率谱密度与设置的门限值，剔除整个通信频带中已被干扰部分，将剩余信号用于通信传输，产生基本波形的频率分量后，选择相位值进行频谱相位编码；幅度调整模块对频谱分量进行调整，保证每次发送信号的能量相等，不受频率分量的多少干扰；调整后的频率分量通过变换域变换模块变换得到时域下波形基本函数，包含所有的频率分量；波形基函数存储模块进行存储；数据调制模块将变换后的波形信号和待发送的数据进行调制，并将信号发射出去。优选地，接收端对接收到的双序列波形进行子采样得到两个载体信号，分别提取出隐蔽信息和验证信息，并用验证信息校验隐蔽信息是否被攻击篡改，如果隐蔽信息被篡改，可以通过验证信息进行误码定位和校正，验证信息则通过自身生成的逆过程判断是否受损或丢失。优选地，隐蔽信息和验证信息的提取具体步骤如下：对于载体信号用相应的子采样算法，将双序列波形信号划分出两个载体子信号；对两个载体子信号进行离散余弦变换，计算出离散余弦变换系数矩阵；从离散余弦变换系数矩阵提取出对应的隐蔽信息和验证信息。本专利技术的有益效果是：一、本专利技术实现一层多重加密防护机制，选择随机测量矩阵作为隐蔽信息的一次加密密钥，将加密信息分成多个信息片，采用Arnold变换置乱每一个信息片，实现双随机相位编码，保证了重要信息的自身安全性，避免信息内容被盗取。即使信息被敌方截获，在没有正确的秘钥下，依然无法破解隐蔽通信中传递的信息内容。二、实现一层双序列波形设计，采用两种相同的子信号，分别同时在离散余弦变换域和压缩感知域中嵌入加密和验证信息，并将双载体信号重构，保证隐蔽加密信息和其对应的验证信息同步发送，载体信号本质上可以选用任意信号，为了确保隐蔽通信的鲁棒性和更远通信距离一般选择海洋生物信号(如：鲸鱼、海豚)，保证信息发送的透明性和远距离传输。同时，双层防护机制的水声隐蔽通信，采用验证信息对发送的隐蔽信息进行校正，既能够获得高鲁棒性的隐蔽信息加密，抵御较强的攻击，又能够在任意载体信号提高隐蔽信息通信量。附图说明图1是本专利技术一种双层防护机制的隐蔽水声通信技术的整体框架图；图2是本专利技术一种双层防护机制的隐蔽水声通信技术的多重加密示意图图；图3是本专利技术一种双层防护机制的隐蔽水声通信技术的双序列波形设计示意图；图4是本专利技术一种双层防护机制的隐蔽水声通信技术的水声变换域通信示意图；图5是本专利技术一种双层防护机制的隐蔽水声通信技术的生成验证信息示意图；图6是本专利技术一种双层防护机制的隐蔽水声通信技术的信息提取示意图；图7是本专利技术一种双层防护机制的隐蔽水声通信技术的信息校验示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参考图1、2、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双层防护机制的隐蔽水声通信技术，其特征在于，包括多重加密防护模块、双序列波形设计防护模块和水声变换域通信模块；采用多重加密防护模块实现待发送信息内容的加密隐蔽，双序列波形设计防护模块利用加密隐蔽后的信息生成与其对应的验证信息，并分别将隐蔽信息和验证信息嵌入到载体信号的两个子信号序列，重构双序列波形，然后通过水声变换域通信模块完成信息的发送和接收。

【技术特征摘要】
1.一种双层防护机制的隐蔽水声通信技术，其特征在于，包括多重加密防护模块、双序列波形设计防护模块和水声变换域通信模块；采用多重加密防护模块实现待发送信息内容的加密隐蔽，双序列波形设计防护模块利用加密隐蔽后的信息生成与其对应的验证信息，并分别将隐蔽信息和验证信息嵌入到载体信号的两个子信号序列，重构双序列波形，然后通过水声变换域通信模块完成信息的发送和接收。2.如权利要求1所述的一种双层防护机制的隐蔽水声通信技术，其特征在于，多重加密防护模块实现发送信息内容的加密隐蔽具体为：待发送信息通过压缩感知模块进行加密，选择随机测量矩阵作为隐蔽信息的一次加密密钥，将加密信息分成多个信息片，采用Arnold变换置乱每一个信息片，通过4f双随机相位编码得到多重加密信号。3.如权利要求2所述的一种双层防护机制的隐蔽水声通信技术，其特征在于，多重加密防护模块的解密编码过程和加密编码过程相逆。4.如权利要求3所述的一种双层防护机制的隐蔽水声通信技术，其特征在于，双序列波形设计防护模块工作机制为：采用子采样方法将载体信号分为相同的两个子信号，利用生成的子信号和隐蔽信息，通过离散分数随机变换方法生成隐蔽信息对应的验证信息，将隐蔽信息和验证信息分别嵌入到两子信号的离散余弦变换域和压缩感知域中，采用重构方法将两子信号重组得到双序列波形。5.如权利要求4所述的一种双层防护机制的隐蔽水声通信技术，其特征在于，水声变换域通信模块包括发送端和接收端，发送端包括水声环境采样器、门限剔除与谱估计模块、幅度调整模块、变换域...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄清华，苗永春，
申请(专利权)人：厦门声戎科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35