一种基于多进制相位旋转的仿生隐蔽通信方法

本发明涉及水声通信，具体指有一种基于多进制相位旋转的仿生隐蔽通信方法。

背景技术：

1、隐蔽水声通信技术是维护我国军事安全和领海安全的重要技术，然而，为了确保接收端能准确解码信号，发射端所发声信号往往具有明显高于海洋背景噪声的声源级。然而，由于水声通信信道的开放性和不可靠性，高声源级的水声通信信号极易被窃听者截获。因此，如何保证通信的隐蔽性和安全性已然是水声通信中有待解决的关键问题。

2、传统水下隐蔽声通信多采用降低发射端信号声功率的方法，使通信信号淹没在背景噪声之中，以达到隐蔽通信的效果。然而，这种方法不可避免地限制了通信距离，无法实现远程水声通信。与低信噪比隐蔽水声通信不同，仿生隐蔽通信强调通过仿生伪装的方法，诱导敌方排除接收信号，达到隐蔽的效果。该方法不需要降低通信信号的信噪比，可实现水下较远距离的隐蔽通信。现有的仿生通信技术均建立在实际采样的齿鲸声信号样本上，通过对信号样本的时频曲线进行频谱搬移、频率压缩拓展、分段替换等处理，将信息调制于仿生信号中，进而实现仿生通信。然而，现有方法的通信速率最高仅为200bps，距离实际应用仍有较大的提升空间。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明在于提供一种基于多进制相位旋转的仿生隐蔽通信方法，能够有效解决现有仿生隐蔽通信速率较低的问题。

2、本发明的技术方案是：

3、根据本发明的一个方面，提出一种基于多进制相位旋转的仿生隐蔽通信方法，所述方法包括：

4、将待发送数据编码为二进制序列，并映射为对应的旋转相位序列；

5、将齿鲸原始哨声信号依据符号长度切分为若干段子信号；

6、对每段子信号分别进行希尔伯特变换以及相位旋转得到齿鲸调制哨声信号，并将该齿鲸调制哨声信号与齿鲸原始哨声信号组合插入同步头后得到发射信号。

7、在上述技术方案中，利用希尔伯特变换在时域中对信号进行相位旋转，并将信息调制于相位中，仅需少量采样点即可完成一定量的信息调制，通信速率高达2000bps，极大提高了仿生隐蔽通信的数据传输能力。

8、在一些实施例中，所述将齿鲸原始哨声信号依据符号长度切分为若干段子信号，具体包括：

9、设系统采样率为fs，通信符号速率为rs，则通信比特速率为rb＝log2m*rs，则符号长度lens＝fs/rs；

10、依据符号长度lens，将哨声信号x(t)均匀切分得到n段子信号x(t)＝[x1(t),x2(t),...,xn(t)]，每段子信号的长度与符号长度相等。

11、在上述技术方案中，这样设置的目的在于

12、分段的优点在于分段是为了提高信息传输速率，分的越细，就可以使用越少的点传输越多的信息。

13、在一些实施例中，若干段子信号基于所述旋转相位均进行相位旋转得到含有若干段调制子信号的齿鲸调制哨声信号，具体包括：

14、对所述子信号进行希尔伯特变换，求得对应的虚部信号以及解析信号；

15、将解析信号与旋转因子相乘后取实部，即可得到相位旋转后的信号；

16、重复上述步骤直至所有子型号信号相位旋转完成后得到若干段调制子信号的齿鲸调制哨声信号。

17、在上述技术方案中，利用希尔伯特变换在时域中对信号进行相位旋转，并将信息调制于相位中，仅需少量采样点即可完成一定量的信息调制，通信速率高达2000bps，极大提高了仿生隐蔽通信的数据传输能力。

18、在一些实施例中，所述同步头为线性调频信号。

19、在上述技术方案中，线性调频信号具有极佳的自相关与互相关特性，并且多普勒容限大，常用于信号同步头。

20、在一些实施例中，所述对每段子信号分别进行希尔伯特变换以及相位旋转得到齿鲸调制哨声信号，并将该齿鲸调制哨声信号与齿鲸原始哨声信号组合插入同步头后得到发射信号，之后还包括：

21、将接收信号与本地同步头进行互相关处理，提取出齿鲸原始哨声信号与调制哨声信号，完成帧同步；

22、将提取出的原始哨声信号与调制哨声信号按符号长度切片，分别求出各段子信号间的相位差得到旋转相位，将旋转相位映射至对应的二进制序列，并对二进制序列进行解码，得到传输信息。

23、在上述技术方案中，在本地生成与发射端一致的同步信号，与接收信号做卷积运算，得到互相关峰值，依据峰值位置与哨声信号长度，提取出接收信号中的原始哨声信号与调制哨声信号，完成帧同步。进一步地，本发明将声信号看作高维向量，利用向量夹角求取旋转相位，无需传统通信方法的复杂信号处理，即可完成信息解调。

24、在一些实施例中，所述对比齿鲸调制哨声信号与齿鲸原始哨声信号的相位，通过向量法获得旋转相位，具体包括：

25、依据符号长度，将齿鲸调制哨声信号与齿鲸原始哨声信号切分为n段子信号；通过向量点积公式计算每段子信号的相位差，即为旋转相位。

26、在上述技术方案中，依据符号长度，将原始哨声信号与调制哨声信号切分为n段子信号。设原始哨声子信号为wi(t)，为其对应的向量，调制哨声子信号为yi(t)，为对应的向量，则wi(t)与yi(t)两者的相位差(旋转相位)即为与的向量夹角。本发明将声信号看作高维向量，利用向量夹角求取旋转相位，无需传统通信方法的复杂信号处理，即可完成信息解调。

27、在一些实施例中，将旋转相位映射至对应的二进制序列，并对二进制序列进行解码得到传输信息的步骤为将待发送数据编码为二进制序列，并映射为对应的旋转相位序列的步骤的逆过程。

28、在上述技术方案中，通过逆过程的运算，加速解调过程，无需传统通信方法的复杂信号处理，即可完成信息解调。

29、根据本发明的另一个方面，提供一种基于多进制相位旋转的仿生隐蔽通信装置，包括：

30、依次电相连的编码映射模块、切分模块以及调制模块；

31、所述编码映射模块用于将待发送数据编码为二进制序列，并映射为对应的旋转相位序列；

32、所述切分模块用于将齿鲸原始哨声信号依据符号长度切分为若干段子信号；

33、所述调制模块用于对每段子信号分别进行希尔伯特变换以及相位旋转得到齿鲸调制哨声信号，并将该齿鲸调制哨声信号与齿鲸原始哨声信号组合插入同步头后得到发射信号。

34、根据本发明的又一个方面，提供一种基于多进制相位旋转的仿生隐蔽通信设备，包括：

35、至少一个处理器；以及，

36、与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

37、所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上述的一种基于多进制相位旋转的仿生隐蔽通信方法。

38、根据本发明的再一个方面，提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的一种基于多进制相位旋转的仿生隐蔽通信方法。

技术特征：

1.一种基于多进制相位旋转的仿生隐蔽通信方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于多进制相位旋转的仿生隐蔽通信方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的一种基于多进制相位旋转的仿生隐蔽通信方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的一种基于多进制相位旋转的仿生隐蔽通信方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的一种基于多进制相位旋转的仿生隐蔽通信方法，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的一种基于多进制相位旋转的仿生隐蔽通信方法，其特征在于，

7.根据权利要求5所述的一种基于多进制相位旋转的仿生隐蔽通信方法，其特征在于，

8.一种基于多进制相位旋转的仿生隐蔽通信装置，其特征在于，包括：

9.一种基于多进制相位旋转的仿生隐蔽通信设备，其特征在于，包括：

10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的一种基于多进制相位旋转的仿生隐蔽通信方法。

技术总结
本发明涉及一种基于多进制相位旋转的仿生隐蔽通信方法，所述方法包括：将待发送数据编码为二进制序列，并映射为对应的旋转相位序列；将齿鲸原始哨声信号依据符号长度切分为若干段子信号；对每段子信号分别进行希尔伯特变换以及相位旋转得到齿鲸调制哨声信号，并将该齿鲸调制哨声信号与齿鲸原始哨声信号组合插入同步头后得到发射信号。本发明利用希尔伯特变换在时域中对信号进行相位旋转，将信息调制于相位中，仅需少量采样点即可完成一定量的信息调制，通信速率高达2000bps，提高仿生隐蔽通信数据传输能力；并且将声信号看作高维向量，利用向量夹角求取旋转相位，无需传统通信方法的复杂信号处理，即可完成信息解调。

技术研发人员：张宇,黄子豪,宋忠长,高瞻远,彭旭名,杨晨
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14