[发明专利]一种仿海豚哨声连续相位多元频率调制水声通信方法

说明书

本发明属于水声通信技术领域，具体涉及一种仿海豚哨声连续相位多元频率调制水声通信方法。本发明包括：发送端将信息进行连续相位多元频率调制；调制后的信号以一定比例系数与提取的海豚哨声信号时频谱轮廓相加，产生合成哨声，获得仿哨声数据信号；在仿哨声数据信号前添加原始哨声信号作为同步信号，形成一帧发射信号；接收端进行同步后，提取出每个码元波形；计算每个码元波形与该码元所有可能的信号波形的相关函数，通过判断最大相关峰以实现解调。本发明所述仿海豚哨声连续相位多元频率调制水声通信方法，每个码元可调制多个bit信息，通信速率较高，且合成哨声信号与真实哨声信号相似度较高，具有较强的隐蔽性，能满足水下隐蔽声通信的需求。

技术领域

本发明属于水声通信技术领域，具体涉及一种仿海豚哨声连续相位多元频率调制水声通信方法。

背景技术

传统的低检测概率隐蔽水声通信方法通常采用降低通信信号信噪比的方式，将通信信号隐藏在背景噪声之中，以降低信号的检测概率，达到隐蔽效果。与传统的低检测概率隐蔽水声通信不同，本发明涉及的一种仿海豚哨声水声通信方法，从仿生伪装的角度出发，通过在模拟海洋中固有的海豚哨声信号以进行通信。通信信号在时频谱上与人耳听觉上与海豚哨声信号具有较高的相似程度，检测方在检测到通信信号后，误将其识别为海洋生物叫声而排除，从而达到隐蔽通信目的。

中国专利说明书CN104967489B公开了一种MSK信号嵌入海豚哨声信号的仿生水声通信方法，是将MSK信号嵌入到海豚哨声信号时频谱轮廓曲线中，实现仿海豚哨声信号。但该方法采用MSK技术实现调制，每个码元只能调制1bit信息，而本发明采用多元频率调制技术，每个码元可调制多个bit信息，显著提高通信速率。中国专利说明书CN108199783A 中公开了利用利用鲸叫声谐波能量进行隐蔽通信的编码方法，该方法通过将鲸鱼叫声谐波进行分块、利用能量大小调制信息，但该方法并未对时频谱轮廓进行变化，易受水声信道干扰影响，而本发明采用调制时频谱的方式，抗干扰性较强。中国专利说明书CN107395292A中公开了一种基于海洋生物信号分析的信息隐藏技术通信方法，该方法采用回音延迟和幅度参数调制信息，但是该方法并未对所用的海豚哨声信号时频特性进行处理，易受到多途信道和其他海洋生物叫声干扰。

发明内容

本发明的目的在于提出一种仿海豚哨声连续相位多元频率调制水声通信方法，实现仿生隐蔽水声通信。

本发明的目的是这样实现的：

一种仿海豚哨声连续相位多元频率调制水声通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

发送端：

(1)选择合适的码元宽度T，以及每个码元所调制的bit数n；

(2)基于步骤(1)确定的码元宽度T和每个码元所调制的bit数n，产生2ⁿ个频率其中，第i个频率f_i应满足f_i＝i×m/T，m取值为整数，用以调节每个码元时间里载波的周期数；

(3)选取哨声信号s_whistle(t)，提取其时频谱轮廓曲线f_whistle(t)；

(4)根据步骤(3)选取的哨声信号时长T_whistle和步骤(1)选择的码元宽度T，确定每段哨声信号所能调制的最大码元数L；

(5)将第i个码元二进制信息与步骤(2)获得的2ⁿ个频率进行映射，再利用正弦函数获得第i个码元的调制信号波形其中，t∈[0,T]，f_i∈f，为每个码元波形的初始相位和结束相位，的选取与频率无关，不同频率的信号取值相同；

(6)将L个步骤(5)获得的码元的调制信号波形，在时域上首尾相连，产生一段连续相位多元频率调制信号s_MFSK(t)；