低识别概率隐蔽水声通信理论与关键技术研究

Focusing on the need of covert underwater acoustic communication, a low probability of recognition camouflage underwater acoustic communication (CUAC) theory and technology is proposed in this project to realize communication between transceivers. The idea is to deceive the interceptor to actively exclude the communication signal as it resembles the ambient ocean noise. Based on the analysis and modeling of the ambient sea noise, three camouflage underwater acoustic communication methods including the short-time pulse signals (pile driving sounds), the continuous frequency modulated signals (dolphin whistles), and the noise-like signals (ship noise) that are studied. Finally a CUAC performance evaluation approach based on communication speed, bit error rates and camouflage effectiveness is also proposed. A CUAC theory system including the ambient sea noise analysis and modeling, the CUAC algoand the performance evaluation of the covert communication is tried to be built. This research could provide a new way to protect the information and location of the underwater acoustic communication system.

针对隐蔽水声通信需求，克服传统从低信噪比角度出发的隐蔽水声通信技术不能实现全通信距离范围内隐蔽通信的问题，研究仿海洋环境噪声的低识别概率伪装隐蔽水声通信算法。该方法从伪装角度出发，允许通信信号被检测，但在识别阶段被排除，达到隐蔽通信的效果。首先，在对海洋环境噪声进行分析、滤波与建模的基础上，选择合适的噪声信号用作伪装通信载波；其次，研究基于短时脉冲式（海洋打桩声）、连续调频式（海豚哨声）与船舶噪声式（船舶辐射噪声）海洋声信号的伪装隐蔽水声通信算法；最后，研究综合通信速率、误码率、伪装效果的低识别概率隐蔽水声通信算法性能评价机制。基于以上研究内容构建包括伪装隐蔽通信载波信号分析建模、伪装隐蔽水声通信算法、伪装隐蔽水声通信性能评价三位一体的低识别概率伪装隐蔽水声通信理论研究框架。本项目的研究成果可为保障水下平台间声通信时信息安全、位置安全提供一个很好的技术解决途径。

低识别概率伪装隐蔽水声通信算法克服传统从低信噪比角度出发的隐蔽水声通信技术不能实现全通信距离范围内隐蔽通信的问题。本课题提出了海洋环境噪声处理方法、基于FSK的仿海豚哨声隐蔽水声通信方法、基于音频隐写的仿海豚哨声隐蔽水声通信方法、仿海洋打桩声的隐蔽水声通信方法，并探索了仿生隐蔽通信效果评价方法，丰富了低识别概率隐蔽通信技术领域的研究内容，为隐蔽水声通信技术提供了新的解决方法，具有重要的理论意义和工程价值。海洋噪声信号特性的分析与时频谱轮廓的提取，为下一步研究隐蔽水声通信技术提供了必要的技术支撑，也为海洋生物领域的相关研究工作提供了研究方法。基于不同海洋噪声的低识别概率隐蔽通信方法，给隐蔽水声通信提供了一个新的思路，克服了传统隐蔽通信方法声源暴露的问题，该类方法的应用提高了水下潜航器等水下平台的安全性，保证了海洋观测、预警系统等水下重要节点数据传输的隐蔽性，具有广泛的应用前景。