一种仿生低截获通信方法技术

一种仿生低截获通信方法，涉及一种水声对抗。主动声呐波形设计；Alpha稳态对水下环境噪声建模；混沌序列的低截获通信；海豚信号合成的低截获通信。依据低截获声呐的低截获因子和模糊函数，采用低频信号、大时宽带宽积、复合频(码)制、随机或非线性体制、时频捷变以及低功率高能量效率六个原则，设计低截获声呐波形。利用混沌映射m序列控制法产生随机相位和混沌映射的基函数的随机性及相关性，实现混沌序列的低截获通信。计算出whistles脉冲串的包络，高斯函数作为基函数，拟合海豚脉冲，重构海豚信号。

A kind of bionic low interception communication method

A kind of bionic low interception communication method, involving a kind of underwater acoustic confrontation. Active sonar waveform design; Alpha steady state noise modeling for underwater environment; low interception communication of chaotic sequence; low interception communication of dolphin signal synthesis. According to the low interception factor and ambiguity function of the low intercept sonar, we use the six principles of low frequency signal, large time bandwidth product, composite frequency code, random or nonlinear system, time-frequency agility and low power and high energy efficiency, and design the waveform of low interception sonar. The chaos mapping m sequence control method is used to produce the randomness and correlation of the base function of the random phase and the chaotic map, so as to realize the low interception communication of the chaotic sequence. The envelope of the whistles pulse string is calculated, and the Gauss function is used as the base function to fit the dolphin pulse and reconstruct the dolphin signal.

【技术实现步骤摘要】
一种仿生低截获通信方法
本专利技术涉及一种水声对抗，尤其是涉及一种仿生低截获通信方法。
技术介绍
随着水声对抗技术的需求，潜艇隐身技术得到进一步的发展。隐身雷达中的低截获(LowProbabilityofIntercept，LPI)技术被引入到声呐界。1983年，伦敦大学的J.R.Forest首次提出了LPI雷达方程。目前，LPI技术在雷达领域中已用于实际装备，而声呐中的LPI技术还在起步阶段。在声呐界，广义的低截获性能不仅是指不容易被截获，还表示即使信号被截获也不容易被识别。从上世纪90年代起，LPI技术开始被逐步引入主动声呐研究领域。然而水声环境比空中环境要更加恶劣。水下环境中存在很多无规则散射体，例如：海洋生物、泥沙、气团、水泡等，这些散射体使水下信道存在严重的多经效应；海面和海底等对入射信号的散射造成主动声呐的接收端信号重叠形成混响；这些原因使常规信号在水下环境中衰减严重，造成LPI声呐发展较为缓慢。然而，现在较为常用的主动声呐发射信号主要有CF信号、伪随机码、LFM信号等，在不同的水声条件下，不同的信号有各自的优点，但是这些信号形式较为简单，抗截获和解调能力不强，这造成声呐通信系统收发并不理想。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种仿生低截获通信方法。本专利技术包括以下步骤：1)主动声呐波形设计；在步骤1)中，所述主动声呐波形设计的方法可为：依据主动声呐实现低截获通信的原理，推导低截获概率因子的数学表达式，根据低截获因子和模糊函数提出低截获主动声呐波形设计原则。2)Alpha稳态对水下环境噪声建模；在步骤2)中，所述Alpha稳态对水下环境噪声建模的具体方法可为：在进行波形设计时，Alpha稳态对海洋环境噪声进行建模，确立计算机仿真的信道模型；分析海洋环境的多普勒效应、多径效应、传播损耗以及海洋环境噪声，产生Alpha稳定分布及概率密度。3)混沌序列的低截获通信；在步骤3)中，所述混沌序列的低截获通信的具体方法可为：用混沌信号作为低截获声呐通信的载波信号，实现混沌键控和混沌调相的低截获通信；低截获声呐波形设计，分析低截获声呐的低截获因子和模糊函数，并提出低截获声呐波形设计的6个原则：低频信号、大时宽带宽积、复合频(码)制、随机或非线性体制、时频捷变以及低功率高能量效率；根据三种典型的低截获声呐信号，提出一种形式较为简单，在特定的环境中低截获性能较好的信号作为低截获声呐的发射信号；混沌键控和混沌调相的低截获通信系统，采用DCSK调制，将要发送的信息比特隐藏在两段信号的相位差内，克服CSK在非相干解调时存在门限漂移的问题，采用改进型Logistic映射和等间隔的方式来生成初值序列，产生个复值随机相位，可以将产生的混沌序列依次移位进入一个n级移位寄存器，选取n级移位寄存器中的ri个抽头构成随机相位映射器，混沌序列中的相位长度为基函数采样点数N。4)海豚信号合成的低截获通信。在步骤4)中，所述海豚信号合成的低截获通信的具体方法可为：实现高斯函数的导函数来对海豚信号进行建模，将实际通信信息伪装成海豚信号，以达到信息隐藏的目的；海豚信号合成的低截获通信，计算出whistles脉冲串的包络，就可以将海豚脉冲进行拟合，采用高斯信号及其各阶导函数模拟海豚信号，通过高斯函数及各阶导数来进行海豚信号的重构，可以将信息隐藏在高斯函数的各阶导数中，这样可以大大提高了信息的保密能力。本专利技术依据低截获声呐的低截获因子和模糊函数，采用低频信号、大时宽带宽积、复合频(码)制、随机或非线性体制、时频捷变以及低功率高能量效率六个原则，设计低截获声呐波形。利用混沌映射m序列控制法产生随机相位和混沌映射的基函数的随机性及相关性，实现混沌序列的低截获通信。计算出whistles脉冲串的包络，高斯函数作为基函数，拟合海豚脉冲，重构海豚信号。本专利技术设计了基于主动声呐的低截获通信系统发射波形；根据水下环境复杂多变的情况，实现了信道仿真，用Alpha稳态对水下环境噪声建模；实现混沌序列的低截获通信。实现海豚信号合成的低截获通信。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术以海洋中鲸鱼信号作为信息载体，以合成信号作为传输运载信号，提高了仿生低截获通信的性能，改善仿生隐蔽通信。将信息隐藏在高斯函数的各阶导数中，并进行有效合成，可以大大提高了信息的保密能力，并实现发射的仿生信号可以包含多种载波、调制样式以及不同的带宽范围的基带信号，很大程度上提高信息传输量。附图说明图1为本专利技术的仿生低截获通信方法框图；图2为本专利技术的信号的多普勒效应图；图3为本专利技术的信号的多径效应图；图4为本专利技术的低截获主动声呐；图5为本专利技术中的DCSK调制器；图6为本专利技术中的DCSK解调器；图7为本专利技术中基于混沌映射m序列控制法的随机相位产生器图；图8为本专利技术中高斯拟合信号合成流程图。具体实施方式以下实施例将结合附图对本专利技术作进一步的说明。1、仿生低截获通信方法请参考图1，本专利技术主要包括主动声呐波形的设计、海洋环境信道仿真和Alpha稳态对海洋环境噪声建模、混沌序列的低截获通信系统和海豚信号合成的低截获通信四大模块。考虑水下多普勒效应、多径效应、传播损耗及海洋环境噪声因素，产生Alpha稳定分布的产生及概率密度，用Alpha稳态建立海洋环境噪声模型，计算机仿真的信道模型。设计低频信号技术、大时宽带宽积技术、复合频(码)制、随机或非线性体制、时频捷变和低功率高能量效率六大原则，依据LFM+CF信号、LFM+Barker码信号和HFM信号，计算低截获因子和模糊函数，设计并实现了低截获主动声呐波形。依据混沌通信理论，通过混沌Logistic映射产生混沌序列。实现混沌键控(DCSK)的低截获通信，DCSK调制中，每个比特时间被分为两个时隙，第一个时隙来发送一段混沌序列作为参考信号，第二个时隙发送经信息信号调制的混沌信号，若发送的信息比特为“+1”，则两个时隙的信号是相同的混沌信号；若发送的信息比特为“-1”，则信息段和参考信号段相位相反。换言之，DCSK将要发送的信息比特隐藏在两段信号的相位差内。实现混沌调相的低截获通信，利用改进型改进型Logistic映射，产生个复值随机相位，可以将产生的混沌序列依次移位进入一个n级移位寄存器，选取n级移位寄存器中的ri个抽头构成随机相位映射器，混沌序列中的相位长度为基函数采样点数N。混沌映射m序列控制法中混沌序列与m序列的移位速率不同。混沌序列每移位N次，m序列移位一次。所以每一个TDCS数据符号由m序列寄存器的取值和混沌序列的N次相位映射所决定。采用高斯信号及其各阶导函数模拟海豚信号，实现海豚信号合成的低截获通信。使用N个高斯导函数的线性组合，高斯每个导函数认为是N维空间中的基函数，提取高斯信号包络，求海豚信号极值点，提取两个极值点之间的波形，产生N个高斯函数的导函数，与极值之间波形进行相关并取最值，得到N个导数的线性组合给海豚信号波形。本专利技术将信息隐藏在海豚信号中，解决了直接将信息调制在海豚信号中的低速率问题，而且信息隐藏更为隐蔽，提高了低截获通信的保密能力，达到了低截获通信的目的。2、海洋环境信道仿真和噪声建模请参考图2和3，本专利技术中海洋信道仿真，考虑了海洋环境的多普勒效应、多径效应、传播损耗和海洋环境噪声，并采用Alpha稳定分布对海洋环境噪声建模，保本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿生低截获通信方法，其特征在于包括以下步骤：1)主动声呐波形设计；2)Alpha稳态对水下环境噪声建模；3)混沌序列的低截获通信；4)海豚信号合成的低截获通信。

【技术特征摘要】
1.一种仿生低截获通信方法，其特征在于包括以下步骤：1)主动声呐波形设计；2)Alpha稳态对水下环境噪声建模；3)混沌序列的低截获通信；4)海豚信号合成的低截获通信。2.如权利要求1所述一种仿生低截获通信方法，其特征在于在步骤1)中，所述主动声呐波形设计的方法为：依据主动声呐实现低截获通信的原理，推导低截获概率因子的数学表达式，根据低截获因子和模糊函数提出低截获主动声呐波形设计原则。3.如权利要求1所述一种仿生低截获通信方法，其特征在于在步骤2)中，所述Alpha稳态对水下环境噪声建模的具体方法为：在进行波形设计时，Alpha稳态对海洋环境噪声进行建模，确立计算机仿真的信道模型；分析海洋环境的多普勒效应、多径效应、传播损耗以及海洋环境噪声，产生Alpha稳定分布及概率密度。4.如权利要求1所述一种仿生低截获通信方法，其特征在于在步骤3)中，所述混沌序列的低截获通信的具体方法为：用混沌信号作为低截获声呐通信的载波信号，实现混沌键控和混沌调相的低截获通信；低截获声呐波形设计，分析低截获声呐的低截获因子和模糊函数，并提出低截获声呐波形设计的6个原则：低...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙海信，苗永春，许静萱，朱正根，周明章，成垦，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35