一种基于数字水印的主动声呐身份识别方法

一种基于数字水印的主动声呐身份识别方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于数字水印的主动声呐身份识别方法。与现有的通过主动声呐探测信号固有特征来识别其身份的方法不同，该方法是发送方在主动声呐发射的探测信号中嵌入数字水印，接收方检测接收信号中是否含有水印信息来识别其身份。具体地，该方法在发射端通过生成水印序列来修改原始信号中的部分DCT系数，在接收端通过计算水印模板与接收信号的相关性来确定是否含有水印，从而辨别声呐信号的身份。该方法较现有方法具有更多的灵活、可控性和更好的识别效果。
【专利说明】一种基于数字水印的主动声呐身份识别方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及主动声呐，特别是涉及基于数字水印的主动声呐身份识别的方法。
【背景技术】
[0002]在复杂的海底环境中，充斥着大量的声信号。这些声信号有的是海洋生物发出的，还有许多是人为产生的。这些信号的身份难以分辨，而在实际的应用中，识别一声呐信号的身份却是非常有必要的。由于主动声呐脉冲本身除了带宽、频率、持续时间和脉冲波形，不带任何身份信息。数字水印技术是目前一种较为有效的身份识别方法。因此，本发明在主动声呐发射的信号中嵌入数字水印，以达到识别的目的。该技术有较强的实际应用需求，如在实际的操作中，可以利用该技术区分同类主动声纳探测信号的真实身份，以及辨别出伪装信号。另一个应用是在海底特设传感器网络以用于追踪和导航。例如，定位水下无人航行器。在无人航行器的实际操作中，这些航行器需要通过和网络节点进行沟通以实现导航和通信。然而作为网络节点很容易会有移动，因此在它们发射的信号中嵌入发射此信号时的位置对无人航行器导航有着重要价值。现有的方法是建立一个包含了多种主动声呐探测信号的特征数据库并据此和探测到的信号进行比较来被动识别。海洋里存在着同类声纳的探测信号以及伪装信号，这些信号的相似度极高。该方法对于这类信号的身份识别能力有待进一步加强。所以，如何准确、有效地辨别真伪信号以及同类声呐探测信号的身份，成为现有技术有待解决的问题。

【发明内容】

[0003]现有技术不能准确、有效地辨别真伪信号以及同类声呐探测信号的身份。为了克服这些不足，本发明提供了一种基于数字水印的主动声呐身份识别方法。
[0004]本发明基于数字水印的主动声呐身份识别方法，其特征在于包括下列步骤:
[0005]步骤1:水印嵌入
[0006](1)原始信号预处理:
[0007]将原始信号s⑴平均分成η块，
[0008]s (t) = [S1 (t)，S2(f)，…sn (t) ](1)
其中每一块的长度m = N/n，N为原始信号的采样点数，对经过分块后的原始信号s (t)，进行离散余弦变换DCT:
[0009]S(f) =dct(s(t)) =(2)
[0010]其中Sj (f) = dct (Sj (f)(3)
[0011]这里j = 1, 2，…n, t表示时域，η大于1的自然数,下同；
[0012](II)水印生成
[0013]水印的负载:
[0014]C = [C1, C2,…Cn](4)
[0015]其中Cl...n e {-1，1};[0016]携带这些负载的水印为:
[0017]ω = [ω” ω2，…ωη], ω』=[Wl，W2，…wm]T (5)
[0018]这里的上标T表示转置，下同；
[0019]则嵌入的水印即原始水印为:
[0020]= (6)
[0021](III)水印嵌入
[0022]根据选取海洋声学模型选取需要的嵌入矩阵:
[0023]P = [P11P2, -Pn] (7)
[0024]其中
【权利要求】
1.一种基于数字水印的主动声呐身份识别方法，其特征在于包括下列步骤: 步骤1:水印嵌入 (I)原始信号预处理: 将原始信号S (t)平均分成η块，
S(t) = [S1 (t), S2(t),...sn (t) ](I) 其中每一块的长度m = N/n，N为原始信号的采样点数，对经过分块后的原始信号s(t)，进行离散余弦变换DCT:
S(f) = dct(s(t)) = [S1 (f), S2(f),..., Sn(f)] (2) 其中 Sj(f) = dct(Sj(t))(3) 这里j = 1，2，...n, t表示时域，η大于I的自然数,下同； (II)水印生成 水印的负载: C = [C1, C2,…cn](4)
其中 C1...n e {-1, 1}； 携带这些负载的水印为:
ω = [ω” ω2，...ωη]，ω j = Lw1, w2,...wm]T (5) 这里的上标T表示转置,下同； 则嵌入的水印即原始水印为:
W = [W11W2, ---Wj = [C1CO1, C2 COfCnCOn](6) (III)水印嵌入 根据选取海洋声学模型选取需要的嵌入矩阵: P = [P11P21-PJ(7) 其中= pj=[pj1,pj2,，…pjm]，而 Pji ∈{O, 1}； 这里i = l,2,…m,下同； 则根据该嵌入矩阵P修改S(f)有嵌入水印后的离散余弦变换DCT域信号: Sw = S ⑵ +kW ⑵=[Slw, S2w,…SJ(8) 其中Sjw = Sj (Pj)+Cj Wj(Pj)，k是水印嵌入系数表征水印的嵌入强度； 嵌入水印后的信号为:
2.根据权利要求1所述的基于数字水印的主动声呐身份识别方法，其特征在于: 步骤(1)水印嵌入过程对原始信号预处理进行分块时:(a)当平均分块有多余信号，把多余信号单独成块；(b)当进行分块时分块数η满足: T/n<(At)c (18) 这里(At)。表示的是信道的相干时间，T表示的是单个脉冲持续的时间，(At)。由(19)得到: (At)c~0.5/fd (19) fd是多普勒频移。
3.根据权利要求1所述的基于数字水印的主动声呐身份识别方法，其特征在于: 步骤(III)水印嵌入过程中每个分块的原始信号的带宽B/n满足: B/n< (Af)c (20) 其中(Af)。表示信道的相干带宽，B是原始信号的整个带宽，η是分块数: (Af)c =1/Tm (21) Tm是所有路径中最大的时延。
4.根据权利要求1所述的基于数字水印的主动声呐身份识别方法，其特征在于: 步骤(C)建立最大似然检测器过程所述Aci的选取会影响到水印的检测率PD，漏检率Pm以及误检率Pfp ;检测率Pd表示的是检测出嵌入水印的信号中含有水印的概率，漏检率Pm示的是检测出嵌入水印的信号中不含有水印的概率，误检率Pfp表示的是检测出未嵌入水印的信号中含有水印的概率:
Pd = P(A > A0Iff)PM=P(Λ≤Λ0|W)PFP=P(Λ＞Λ0|W) （22）。
【文档编号】G10L19/018GK103794217SQ201410019310
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】戴跃伟, 周海会, 王彪, 翟江涛 申请人:江苏科技大学