CN105959245A - 一种宽带捷变隐匿通信波形生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种宽带捷变隐匿通信波形生成方法，其包括以下步骤：S1：生成窄带通信调制波形，即在宽带捷变频隐匿通信波形的工作频率范围内随机选择起始频率，生成窄带通信调制波形；S2：生成宽带噪声调频波形并对宽带噪声调频波形，其具体包括以下两个步骤：首先生成宽带有色高斯噪声，然后生成宽带噪声调频波形；S3：生成宽带捷变频隐匿通信波形，具体过程为：窄带线性调频波形和宽带噪声调频波形在时域上进行合成，生成宽带捷变频隐匿通信波形。本发明提供的宽带捷变隐匿通信波形生成方法，克服了传统的隐匿通信波形设计方法中信号隐匿性差的缺点，改善了通信波形的隐匿性。

Description

一种宽带捷变隐匿通信波形生成方法

技术领域

本发明涉及到通信波形的形成技术领域，特别是一种宽带捷变隐匿通信波形生成方法。

背景技术

在实际通信中，通信的安全性是通信各方希望确保的，如何基于现有的技术体制和框架下确保通信的安全、可靠，是通信领域的一个难题。通信中常用的方法有跳频通信技术和保密通信技术。跳频通信技术广泛应用于隐匿通信中，由于在接收端要求信噪比大，因此可以在频谱仪上明显的看到跳频信号的频谱，在隐匿通信中存在问题。保密通信技术应用在传输高密级信息场景下，具有复杂的设备和算法、成本高。宽带捷变隐匿通信技术，相对于跳频通信技术具有低截获概率；相对于保密通信技术具有易实现的特点，是一种有价值的应用技术。

发明内容

如图1所示，本发明实施例提供了一种宽带捷变隐匿通信波形生成方法，其包括以下步骤：

S1：生成窄带通信调制波形，即在宽带捷变频隐匿通信波形的工作频率范围内随机选择起始频率，生成窄带通信调制波形；

S2：生成宽带噪声调频波形并对宽带噪声调频波形，其具体包括以下两个步骤：

首先生成宽带有色高斯噪声：首先生成高斯白噪声，其次将宽带低通滤波器设置在设定非通信频段上，最后将高斯白噪声通过宽带低通滤波器处理，得到宽带有色高斯噪声；

然后生成宽带噪声调频波形：采用宽带有色高斯噪声对正弦波的频率进行调制，生成噪声调频波形；

S3：生成宽带捷变频隐匿通信波形，具体过程为：窄带线性调频波形和宽带噪声调频波形在时域上进行合成，生成宽带捷变频隐匿通信波形。

较佳地，步骤S1具体包括以下过程：

首先在宽带捷变频隐匿通信波形工作频段[f₁ f₂]内随机产生通信调制波形的中心频率f₀，然后设定通信调制波形的工作带宽B_t、脉冲宽度T和采样频率F_s，最后根据中心频点f₀、带宽B_t和采样频率F_s，生成窄带通信调制波形；

其中B_t与[f₁ f₂]的关系为

B_t/[f₁ f₂]＜0.1 (1)

窄带通信调制波形数学模型为

$S_{th}\left(n\right)=A_{t}cos(2{\mathrm{\πf}}_{0}n+\frac{1}{2}{\mathrm{kn}}^2)---\left(2\right)$

式(2)中，A_t为通信调制波形的幅度，f₀～U[f₁ f₂]表示f₀服从[f₁ f₂]间的均匀分布，为调频斜率。

较佳地，生成宽带有色高斯噪声的具体步骤为：

产生N_z个服从[0 1]间均匀分布的随机变量

令

$X={\{X}_1,X_2,\…,X_{N_Z}\}---\left(3\right)$

假设高斯噪声的均值mean和方差var，则根据式(3)即可产生高斯白噪声；

$Gauss\left(n\right)=mean+\mathrm{var}\·\left(sum\right(X)-N_z)/{(12\·N_z)}^{\frac{1}{2}}---\left(4\right)$

式(4)中，sum(X)表示对集合所有的元素进行求和；

采用巴特沃斯滤波器为带通滤波器，其阶数为99，截止频率系数为(f₂-f₁)/F_s，将高斯白噪声Gauss通过该巴特沃斯滤波器，则得到有色高斯噪声Gauss_color。

较佳地，生成宽带噪声调频波形的具体过程包括：

采用宽带有色高斯噪声序列Gauss_color(n)，对正弦波的频率进行调制，生成宽带噪声调频波形

$S_{jk}\left(n\right)=A_{j}cos(2{\mathrm{\πf}}_{j}n+\frac{1}{2}{k}_j\·Gauss\_color{\left(n\right)}^2)---\left(5\right)$

式(5)中，A_t为噪声调频波形的幅度，f_j表示噪声调频波形的起始频率，为调频斜率，

较佳地，生成宽带捷变频隐匿通信波形的具体过程包括：

窄带通信调制波形和宽带噪声调频波形在时域上进行合成，即可生成宽带捷变频隐匿通信波形S(n)，其数学模型如下：

S(n)＝S_t(n)+S_j(n) (6)

式(6)中

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的宽带捷变隐匿通信波形生成方法，克服了传统的隐匿通信波形设计方法中信号隐匿性差的缺点，改善了通信波形的隐匿性。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的宽带捷变隐匿通信波形生成方法流程示意图；

图2本发明实施例提供的通信调制信号波形与频谱示意图；

图3为本发明实施例提供的隐匿通信信号波形与频谱示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种宽带捷变隐匿通信波形生成方法，其包括以下步骤：

S1：生成窄带通信调制波形，即在宽带捷变频隐匿通信波形的工作频率范围内随机选择起始频率，生成窄带通信调制波形；

S2：生成宽带噪声调频波形并对宽带噪声调频波形，其具体包括以下两个步骤：

首先生成宽带有色高斯噪声：首先生成高斯白噪声，其次将宽带低通滤波器设置在设定非通信频段上，最后将高斯白噪声通过宽带低通滤波器处理，得到宽带有色高斯噪声；

然后生成宽带噪声调频波形：采用宽带有色高斯噪声对正弦波的频率进行调制，生成噪声调频波形；

S3：生成宽带捷变频隐匿通信波形，具体过程为：窄带线性调频波形和宽带噪声调频波形在时域上进行合成，生成宽带捷变频隐匿通信波形。

其中步骤S1具体包括以下过程：

首先在宽带捷变频隐匿通信波形工作频段[f₁ f₂]内随机产生通信调制波形的中心频率f₀，然后设定通信调制波形的工作带宽B_t、脉冲宽度T和采样频率F_s，最后根据中心频点f₀、带宽B_t和采样频率F_s，生成窄带通信调制波形；

其中B_t与[f₁ f₂]的关系为

B_t/[f₁ f₂]＜0.1 (1)

窄带通信调制波形数学模型为

$S_{th}\left(n\right)=A_{t}cos(2{\mathrm{\πf}}_{0}n+\frac{1}{2}{\mathrm{kn}}^2)---\left(2\right)$

式(2)中，A_t为通信调制波形的幅度，f₀～U[f₁ f₂]表示f₀服从[f₁ f₂]间的均匀分布，为调频斜率。

在本实施例中，生成宽带有色高斯噪声的具体步骤为：

产生N_z个服从[0 1]间均匀分布的随机变量

令

$X=\{X_1,X_2,...,X_{N_z}\}---\left(3\right)$

假设高斯噪声的均值mean和方差var，则根据式(3)即可产生高斯白噪声；

$Gauss\left(n\right)=mean+\mathrm{var}\·\left(sum\right(X)-N_z)/{(12\·N_z)}^{\frac{1}{2}}---\left(4\right)$

式(4)中，sum(X)表示对集合所有的元素进行求和；

采用巴特沃斯滤波器为带通滤波器，其阶数为99，截止频率系数为(f₂-f₁)/F_s，将高斯白噪声Gauss通过该巴特沃斯滤波器，则得到有色高斯噪声Gauss_color。

生成宽带噪声调频波形的具体过程包括：

采用宽带有色高斯噪声序列Gauss_color(n)，对正弦波的频率进行调制，生成宽带噪声调频波形

$S_{jk}\left(n\right)=A_{j}cos(2{\mathrm{\πf}}_{j}n+\frac{1}{2}{k}_j\·Gauss\_color{\left(n\right)}^2)---\left(5\right)$

式(5)中，A_t为噪声调频波形的幅度，f_j表示噪声调频波形的起始频率，为调频斜率，

其中生成宽带捷变频隐匿通信波形的具体过程包括：

窄带通信调制波形和宽带噪声调频波形在时域上进行合成，即可生成宽带捷变频隐匿通信波形S(n)，其数学模型如下：

S(n)＝S_t(n)+S_j(n) (6)

式(6)中

下面以持续时间为25μs，窄带通信调制波形中心频率为4.3MHz，带宽为5MHz，宽带噪声调频波形工作频段为5-20MHz，采样频率为41.7MHz的宽带捷变频隐匿通信波形为例，分析其通信性能和隐匿性能；

如图2所示为某一时刻的通信信号波形，如图3所示为此时的宽带捷变隐匿通信波形，图3中可以看出宽带捷变频隐匿通信波形的窄带通信调制波形频谱隐匿在噪声调频波形频谱中，能有效提升宽带捷变频波形的隐蔽通信能力。

本发明提供的宽带捷变隐匿通信波形生成方法，宽带捷变频隐匿通信波形的通信波形部分采用窄带通信调制波形，窄带通信调制信号的中心频点随机生成，具有宽带捷变频的特性；

通信波形隐藏在噪声波形中，即使捷变频速率低时，通信波形同样具有较强的隐匿性能。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种宽带捷变隐匿通信波形生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：生成窄带通信调制波形，即在宽带捷变频隐匿通信波形的工作频率范围内随机选择起始频率，生成窄带通信调制波形；

S2：生成宽带噪声调频波形并对宽带噪声调频波形，其具体包括以下两个步骤：

首先生成宽带有色高斯噪声：首先生成高斯白噪声，其次将宽带低通滤波器设置在设定非通信频段上，最后将高斯白噪声通过宽带低通滤波器处理，得到宽带有色高斯噪声；

然后生成宽带噪声调频波形：采用宽带有色高斯噪声对正弦波的频率进行调制，生成噪声调频波形；

S3：生成宽带捷变频隐匿通信波形，具体过程为：窄带线性调频波形和宽带噪声调频波形在时域上进行合成，生成宽带捷变频隐匿通信波形。

2.如权利要求1所述的宽带捷变隐匿通信波形生成方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下过程：

首先在宽带捷变频隐匿通信波形工作频段[f₁ f₂]内随机产生通信调制波形的中心频率f₀，然后设定通信调制波形的工作带宽B_t、脉冲宽度T和采样频率F_s，最后根据中心频点f₀、带宽B_t和采样频率F_s，生成窄带通信调制波形；

其中B_t与[f₁ f₂]的关系为

B_t/[f₁ f₂]＜0.1 (1)

窄带通信调制波形数学模型为

$S_{th}\left(n\right)=A_{t}cos(2{\mathrm{\πf}}_{0}n+\frac{1}{2}{\mathrm{kn}}^2)---\left(2\right)$

式(2)中，A_t为通信调制波形的幅度，f₀～U[f₁ f₂]表示f₀服从[f₁ f₂]间的均匀分布，为调频斜率。

3.如权利要求1所述的宽带捷变隐匿通信波形生成方法，其特征在于，生成宽带有色高斯噪声的具体步骤为：

产生N_z个服从[0 1]间均匀分布的随机变量

令

$X=\{X_1,X_2,...,X_{N_z}\}---\left(3\right)$

假设高斯噪声的均值mean和方差var，则根据式(3)即可产生高斯白噪声；

$Gauss\left(n\right)=mean+\mathrm{var}\·\left(sum\right(X)-N_z)/{(12\·N_z)}^{\frac{1}{2}}---\left(4\right)$

式(4)中，sum(X)表示对集合所有的元素进行求和；

采用巴特沃斯滤波器为带通滤波器，其阶数为99，截止频率系数为(f₂-f₁)/F_s，将高斯白噪声Gauss通过该巴特沃斯滤波器，则得到有色高斯噪声Gauss_color。

4.如权利要求1所述的宽带捷变隐匿通信波形生成方法，其特征在于，生成宽带噪声调频波形的具体过程包括：

采用宽带有色高斯噪声序列Gauss_color(n)，对正弦波的频率进行调制，生成宽带噪声调频波形

$S_{jk}\left(n\right)=A_{j}cos(2{\mathrm{\πf}}_{j}n+\frac{1}{2}{k}_j\·Gauss\_color{\left(n\right)}^2)---\left(5\right)$

式(5)中，A_t为噪声调频波形的幅度，f_j表示噪声调频波形的起始频率，为调频斜率，

5.如权利要求1所述的宽带捷变隐匿通信波形生成方法，其特征在于，生成宽带捷变频隐匿通信波形的具体过程包括：

窄带通信调制波形和宽带噪声调频波形在时域上进行合成，即可生成宽带捷变频隐匿通信波形S(n)，其数学模型如下：

S(n)＝S_t(n)+S_j(n) (6)

式(6)中