基于频移键控的仿海豚哨声水声通信技术.docx
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《基于频移键控的仿海豚哨声水声通信技术》 水声通信技术,作为现代通信领域的重要分支,其安全性和隐蔽性在近年来愈发受到关注。传统的低检测概率技术虽然能降低通信信号的可探测性,但同时也牺牲了通信质量和信噪比,容易在通信源头暴露。为了解决这一问题,仿生水声通信应运而生,它利用海洋生物的声音,如海豚的叫声,来实现隐蔽通信。海豚叫声因其独特的时频特性,成为理想的仿生信号源。 仿生水声通信主要分为两类:一类是基于原始海豚叫声的调制技术,如时延编码、脉冲位置调制等,这类方法依赖于高质量的海豚叫声样本,通信性能受限于样本数量和质量。另一类是基于人工合成的海豚哨声,利用参数模型或数字水印技术进行信息调制,具有更大的灵活性和应用潜力。 本文重点介绍了一种新的基于频移键控(Frequency Shift Keying,FSK)的仿海豚哨声水声通信算法。该方法创新性地将海豚哨声作为FSK的载波,将处理后的无跳变点基带信号与哨声信号的时频谱轮廓相加,生成合成哨声进行信息发送。接收端通过同步、相干相乘和低通滤波恢复FSK信号,从而实现解调。相比之前文献中的仿哨声跳频(FH)通信,这种方法简化了调制解调过程,降低了系统资源消耗,更利于实际应用。 海豚哨声信号模型是实现这一技术的基础。模型基于海豚哨声的基波时频谱轮廓,通过谐波幅度和相位的描述,能够合成出与海豚哨声高度相似的信号。在调制过程中,首先对信息进行基带调制,然后结合海豚哨声的时频特性,生成符合生物声音特性的通信信号。 仿生水声通信的关键在于如何有效地将信息嵌入到仿生信号中,并在接收端准确地提取。本文提出的FSK方法通过仿真和海试试验验证了其可行性,并通过时频相关系数和Mel倒谱系数评估了通信信号的仿生效果,同时结合误码率和通信速率进行了综合性能分析。 总的来说,基于频移键控的仿海豚哨声水声通信技术为水下通信提供了新的思路,通过巧妙地利用生物声学特性,提高了通信的安全性和隐蔽性,减少了对信号检测的敏感性,为未来水下通信系统的设计提供了理论和技术支持。
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