仿海豚哨声伪装隐蔽水声通信技术研究

As compared to the traditional covert communication schemes which usually function at low SNR, the proposed method is not limited to be operated at low SNR. Thus long range covert underwater communication can be achieved with high reliability.the bionic signal is allowed to be detected but it could easily be excluded in the process of recognition/classification by an adversary. This is because the received signal resembles sounds emitted by dolphin whistles. Since the dolphin whistles Collected in the ocean would easily get influenced by oceanic ambient noise and other dolphin sounds. The subject combined the knowledge of filtering relying on dolphin whistle characteristics and the technology of time-frequency parameters estimation. Based on these technologies, we model and synthesis dolphin whistles by sine-wave model. We have two core thoughts. The first is that we have an in-depth study of variable-parameter subsection chirp bionic communication technology according to signals having different frequencies. Due to the inherent vibrato observed in the bottlenose dolphin whistle calls, an alternative to the linear chirp watermarking scheme is to embed information in a synthetic vibrato using minimum shift keying signal. The method can be incorporated as a solution in an underwater communication network for access of network nodes at unfriendly locations.

针对低信噪比隐蔽水声通信技术不能实现全通信距离范围内隐蔽水声通信的问题，本课题从仿生伪装角度出发，研究基于海豚哨声的伪装隐蔽水声通信技术，允许通信信号被检测，在识别阶段被当作海洋生物噪声排除，达到隐蔽水声通信的效果。考虑到采集到的海豚哨声信号受海洋环境噪声和其它海豚叫声干扰，研究结合海豚哨声特性的滤波、时频参数估计技术，在此基础上，基于正弦模型对海豚哨声信号进行建模与合成；结合海豚哨声信号具有调频的特性，依照其频率变化，研究变参数分段LFM仿生通信技术；结合海豚哨声信号具有颤音的特性，以最小频移键控调制后的连续相位信号作为水印嵌入海豚哨声信号中，研究水印嵌入海豚哨声的仿生通信技术。本项目研究成果为防止水下航行器与水声传感器网络节点通信时声源暴露、非友好节点接入或节点间交互信息时被侦听提供了很好的解决途径。

水声通信目前主要朝着高速率、高可靠性、网络化等方向发展，但是随着各国对海洋资源的竞争日益激烈，水声通信的隐蔽效果受到了越来越多的重视。传统的隐蔽通信方法一般通过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，以达到隐蔽通信目的。本课题从仿生伪装的角度出发，研究仿海豚哨声伪装隐蔽水声通信技术，为隐蔽水声通信技术提供一种新的解决方案。仿海豚哨声水声通信技术，利用海洋中固有的海豚哨声或者人工合成的模拟叫声作为通信信号，令敌方在检测到这些信号后，将其识别为海洋生物叫声而排除，从而达到隐蔽通信的目的。课题首先对实际采集到的海豚哨声进行了时频分析与参数估计，提出一种海豚哨声时频谱轮廓提取方法，并结合实际样本进行了仿真实验，同时基于正弦信号模型对海豚哨声进行建模与合成；基于海豚哨声时频谱轮廓曲线，研究仿海豚哨声频谱伸缩/搬移调制水声通信方法，并通过水池实验进行验证；结合海豚哨声时频变化特点，研究分段LFM信号仿海豚哨声水声通信技术，利用不同中心频率的LFM信号进行组合来模拟海豚哨声，将信息调制在线性调频信号调频率上，接收端利用VRTM技术进行信道均衡，采用FRFT或者相关器进行解调，以实现仿生通信，仿真与海试试验验证了该方法的可行性；结合海豚哨声的颤音特性，研究仿哨声MSK水声通信技术，以MSK调制的连续相位信号作为水印嵌入到海豚哨声信号时频谱轮廓中，实现对海豚哨声的模仿，接收端采用相关器进行解调，仿真与海试试验验证了该方法的可行性。本项目研究成果不仅为水下潜航器、水声传感器节点等对安全性要求较高的通信节点提供了一种新的隐蔽水声通信方法，项目的部分研究内容还可用于检测某一海域的海豚种群类别、种群分布，具有广阔的应用前景。