一种基于超宽带信号的仿海豚嘀嗒声水声通信方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水声通信领域，尤其设及一种基于超宽带信号的仿海豚喃晤声水声通 信方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着现代探测技术的发展，对水声通信提出了隐蔽性的要求。传统的隐 蔽水声通信方法多从低信噪比角度出发，将信号隐藏在海洋背景噪声中实现隐蔽通信的效 果。但是，运种方法同时降低了通信距离。与低信噪比隐蔽水声通信不同，仿生隐蔽水声通 信采用仿生伪装的方法，采用水声环境中自然存在的生物信号做调制波形，达到隐蔽的效 果。
[0003] 中国专利说明书CN103368660A中公开了一种基于差分化ttern时延差编码的仿 生水声通信方法。该方法将海豚哨声信号应用于差分化ttern时延差编码通信体制中，W 达到仿生隐蔽通信的目的。中国专利说明书CN103401619A中公开了一种基于虚拟时间反 转镜M元仿生信号编码的水声通信方法，该方法同样采用海豚哨声信号进行调制，实现隐 蔽通信。但是，运两种通信体制均采用真实的海豚叫声信号进行通信，通信效果依赖于采用 的样本质量，应用不方便。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种具有强隐蔽性的，基于超宽带信号的仿海豚喃晤声水声 通信方法。 阳〇化]一种基于超宽带信号的仿海豚喃晤声水声通信方法，包括W下步骤，
[0006] 步骤一：生成模仿海豚喃晤声信号的超宽带信号；
[0007] 步骤二：采用TH-PPM超宽带信号进行信息调制，得到仿生通信信号；
[0008] 步骤S :在仿生通信信号前添加真实海豚哨声信号作为同步信号，同步信号与仿 生通信信号之间插入零序列作为保护间隔，形成一帖信号；
[0009] 步骤四：将帖信号经过功率放大后通过换能器送入水声信道；
[0010] 步骤五：使用水听器接收信号；
[0011] 步骤六：对接收信号进行同步，由同步信号的相关峰位置时刻加上保护间隔的长 度确定信号开始的时刻，从接收信号中提取仿生通信信号；
[0012] 步骤屯：解调仿生通信信号，实现信息解码。
[0013] 一种基于超宽带信号的仿海豚喃晤声水声通信方法，还可W包括：
[0014] 1、模仿海豚喃晤声信号的超宽带信号为：
[0016] 其中，A为脉冲幅度，t为时间，T为衰减常数。
[0017] 2、仿生通信信号为：
[0019] 其中，p(t)是模仿海豚喃晤声信号的超宽带信号，Eb为符号能量，T d为符号长度， bi第i个信息符号，T f为相邻两个无跳时脉冲的间隔，T。为T f中每个码片长度，C ,为跳频 码，常数O是相邻符号PPM调制常数。
[0020] 有益效果：
[0021] 海豚的喃晤声（Click)是一种高频窄脉冲信号。信号持续的时间很短，一般在几 毫秒到几十毫秒之间。海豚在进行目标探测时，会连续发出一连串喃晤声信号，每个信号之 间的间隔很短，喃晤声信号的数目和各个喃晤声信号之间的间隔会根据海豚对不同探测目 标的兴趣和探测目标的难易程度等不同因素发生变化。
[0022] 在仿生隐蔽水声通信中，采用高频窄脉冲宽带信号模仿海豚高频喃晤声信号作为 信息载体。由于超宽带信号具有高频宽带窄脉冲特点，在信号的隐蔽性和多径分辨能力方 面具有独特的优势，适合应用于隐蔽水声通信环境中。
[0023] 本发明通信方法采用超宽带信号模拟海豚滴答声信号作为调制的载波，具有较高 的时间分辨率，符合TH-PPM调制要求。同时，由于模拟海豚哨声的超宽带信号符合海豚喃 晤声的时域和频域特性，具有很强的隐蔽性；并且，由于采用的是模拟信号，不是真实的海 豚叫声信号，因此对海豚叫声信号的数据库没有要求，应用方便。同步信号为海豚的哨声信 号，是一种宽带信号。最终合成的帖信号由哨声同步信号和模拟海豚滴答声的超宽带信号 组成，具有一定的仿生效果，具有较强的伪装隐蔽性。
【附图说明】
[0024] 图1 (a)为瑞利单脉冲时域波形图
[0025] 图1化）为瑞利单脉冲频谱图；
[0026] 图2为TH-PPM信号的结构图；
[0027] 图3为化it信息仿真调制信号图； 阳02引图4为仿真水声信道冲击响应；
[0029] 图5为仿真接收信号；
[0030] 图6为接收仿生通信信号解调方法图； W31] 图7接收信号化it信息时长Td与V。似相乘结果图； W巧图8接收信号化it信息时长Td与V1(t)相乘结果图；
[0033] 图9仿真实验误码率图。
【具体实施方式】
[0034] 下面将结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0035] 本发明要解决的技术问题是提出一种能够使用超宽带信号模拟海豚喃晤声信号， 实现仿生隐蔽水声通信的方法。
[0036] 实现本发明目的技术方案：
[0037] 一种基于超宽带信号的仿海豚喃晤声水声通信方法，其特征在于： 阳0測发送端，
[0039] (I)生成模仿海豚喃晤声信号的超宽带信号； W40] 似采用TH-PPM对（1)中所述的超宽带信号进行信息调制，得到仿生通信信号；
[0041] (3)在（2)中所述仿生通信信号前添加真实海豚哨声信号作为同步信号，所述同 步信号与所述仿生通信信号之间插入零序列作为保护间隔，形成一帖信号；
[0042] (4)将（3)中所述帖信号经过功率放大后通过换能器送入水声信道； 阳043] 接收端，
[0044] (5)使用水听器接收信号；
[0045] (6)对接收信号进行同步，由同步信号的相关峰位置时刻加上保护间隔的长度确 定信号开始的时刻，从所述接收信号中提取仿生通信信号；
[0046] (7)解调（6)中所述仿生通信信号，实现信息解码。
[0047] 本发明公开了一种基于超宽带信号的仿海豚喃晤声水声通信方法。在发射端，生 成符合海豚喃晤声信号时域和频域特性的超宽带信号，使用TH-PPM对所述的超宽带信号 进行信息调制，得到仿生通信信号，在仿生通信信号前添加原始哨声信号作为同步信号，形 成一帖发射信号。在接收端，通过同步信号相关确定仿生通信信号的起始位置，提取仿生通 信信号，解调仿生通信信号，实现信息解码。该仿生通信方法在调制的过程中不依赖于真实 的海豚叫声信号，应用方便；超宽带信号符合海豚喃晤声的时域和频域特性，具有很强的隐 蔽性。
[0048] 下面结合附图对【具体实施方式】进行详细描述。
[0049] 在信号的发送端：
[0050] 步骤1 :生成模仿海豚喃晤声信号的超宽带信号。
[0051] 海豚的喃晤声（Click)是一种高频窄脉冲信号。信号持续的时间很短，一般在几 毫秒到几十毫秒之间。海豚在进行目标探测时，会连续发出一连串喃晤声信号，每个信号之 间的间隔很短，喃晤声信号的数目和各个喃晤声信号之间的间隔会根据海豚对不同探测目 标的兴趣和探测目标的难易程度等不同因素发生变化。
[0052] 在仿生隐蔽水声通信中，采用高频窄脉冲宽带信号模仿海豚高频喃晤声信号作为 信息载体。由于超宽带信号具有高频宽带窄脉冲特点，在信号的隐蔽性和多径分辨能力方 面具有独特的优势，适合应用于隐蔽水声通信环境中。
[0053] 工程上被广泛使用的超宽带脉冲信号，具有随时间变化睹峭的上升和下降沿，其 中不含有直流分量，在实际应用中可W通过对高斯脉冲求导得到。其中，应用最为广泛的瑞 利单脉冲和高斯单脉冲可W分别通过对高斯脉冲求一阶导数和二阶导数获得。高斯单脉冲 和瑞利单脉冲在时域上可W看做单周期的正弦波，信号不含有直流分量，并且低频分量很 弱。
[0054] 本发明采用高斯波形求一阶导数获得的瑞利单脉冲作为海豚喃晤声模仿信号 P (t)，表达式为：
(1)
[0056] 式中，A表示脉冲幅度：t为时间；T为衰减常数。一个脉冲的能量主要集中在5T 范围之内。
[0057] 频域表达式为：
m
[0059] 中屯、频率为f。=1/2 JTIHz,相对于fc的3地功率点的频率分别为f1胃=0. 319fc， f。。= 1. 922f。，因此，相对带宽约为中屯、频率的1. 6倍。
[0060] 为了验证仿喃晤声水声通信的有效性，进行了计算机仿真实验。令.4 = 1/V包T =2e 6,采样率为fg= 10 6,根据式得到的瑞利单脉冲时域和频域的仿真波形如图1所示。 阳06U 从图1中