CN110324795B - 一种卫星短报文与信息协同传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种卫星短报文与信息协同传输方法，通过在导航短报文中进行信息隐藏处理，利用短报文数据的特点进行信息与短报文的协同传输。本发明在国家汉字编码标准GB2312的框架内，通过信息的预处理及编译码方法，实现了3/16的无损信息隐藏嵌入率，在不增加传输数据量的基础上，利用短报文传输通道可在任意标准字符中隐藏传输近20％的字符，并能无损恢复隐藏的字符信息及原始短报文，具有安全保密性。通过本方法扩大了卫星短报文系统的实用性，扩展了我国卫星通信及导航卫星系统的应用范围，可以为数百万、数千万用户提供新的增值短报文信息服务。

Description

一种卫星短报文与信息协同传输方法

技术领域

本发明涉及一种数据传输的方法，特别涉及一种卫星短报文与信息协同传输方法，属于通信领域。

背景技术

随着科技的发展，人们对各种信息的需求越来越大，其中短消息(短报文)是一种常用的信息，短报文的传输手段越来越多。

卫星导航是一种通过全球卫星导航系统(Global Navigation SatelliteSystem，GNSS)精确测定地球上任何一点位置和时间的方法。全球目前共有四大卫星导航系统，即美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧洲的Galileo系统和中国的北斗卫星导航系统。只有中国的北斗卫星导航系统具有短报文功能，可传输国标汉字字符。

我国许多卫星通信系统都能进行短报文传输功能，可传输汉字字符。

我国作为世界上最大的发展中国家，在陆地及海洋中都存有重要利益，因而十分重视卫星导航系统的建设，如今正加快建设自己的卫星导航系统——北斗卫星导航系统。该卫星导航系统是具有我国自主知识产权，且由我国独立研发运行的全球卫星导航系统，具有重要的民用和军事意义。在2011年12月27日，已经开始试运行服务，在2012年9月25日成功的发射了第16颗北斗导航卫星，并于2012年12月27日正式提供亚太区域服务——这也是北斗导航系统“三步走”战略第二步的完成，预计在2020年左右其服务范围将覆盖全球。北斗导航系统在军用和民用领域均有着一定的应用，也发挥着很重要的作用。在2008年的汶川地震中，北斗卫星导航系统对救援工作和灾后的规划都起了极其重要的作用，在通信全部中断的情况下，运用北斗卫星导航系统建立的灾区前线和救灾指挥中心之间的实时联系以及应用其快速定位功能为实施救援的直升机进行导航定位。

目前，卫星导航接收机可提供个人定位、商业定位、导航、勘测和测定精确时间等多种用途，而且，用于个人和商业方面的用途也越来越多。卫星短报文功能具有非常多的用途。

但短报文的长度受限，一般几百个汉字(字符等)。特别是导航卫星的短报文长度非常短，一般60或120汉字。间隔一定时间才能再次发送。如果希望传输的信息较长，则必须拆开，延时一段时间再发。效率比较低；另外，在短信息通道被占用情况下，能否不增加数据量，在汉字短信息中嵌入一些秘密信息或敏感信息则必有非常好的应用场合。

信息隐藏技术为卫星通信和卫星导航系统短报文的应用提供了可能，开辟了一条全新的途径。通过在卫星短报文中进行信息隐藏处理，使得在不影响卫星短报文正常使用的前提下，顺便进行数据传输，不改变卫星短报文的数据格式、不增加短报文的传输数据量，利用卫星短报文数据的特点进行扩容的短报文传输。

短报文有多种数据编码。GB2312国标码是1980年发布的中文信息处理的国家标准，也称汉字交换码，简称GB码。把最常用的6 763个汉字分成两级：一级汉字有3 755个，按汉语拼音排列；二级汉字3 008个，按偏旁部首排列。每个汉字有一个区位码。每个汉字的区号和位号分别加得到该汉字的国标码。一个国标码占两个字节。

通过在导航短报文中进行信息隐藏处理，使得在不影响导航短报文正常使用的前提下，顺便进行数据传输，不改变导航短报文的数据格式、不增加短报文的传输数据量，利用导航短报文数据的特点进行扩容的短报文传输。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种短报文与信息协同传输方法，通过在短报文中进行信息隐藏处理，利用短报文数据的特点进行扩大容量的短报文传输。本发明在国家汉字编码标准GB2312的框架内，通过信息的预处理及编译码方法，扩大了汉字字符传输容量，同时具有隐蔽传输特点，满足了用户的需求，尤其是满足了对卫星通信和导航短报文的隐蔽传输需求。

本发明的技术方案是：一种卫星短报文与信息协同传输方法，步骤如下：

1)对GB2312国标汉字的字符范围进行预处理；

2)对字符A进行编码处理，得到编码后的字符A1，表示为(H1,L1)，

3)将敏感信息S嵌入编码后的字符A1中，得到含密字符A2；

4)从接收到的含密字符A2中提取敏感信息S；

5)对字符A1进行译码处理，得到字符A；

6)将译码后字符A的高字节范围按顺序调整至0-8及15-86，使其恢复为GB2312国标汉字的标准范围。

所述步骤1)的具体方法为：把GB2312国标汉字的范围调整到高字节H和低字节L，把H范围从0-8及15-86按顺序调整为0-80，具体方法如下：

如果H介于0-8，则H不变；如果H介于15-86，则H＝H-6；

完成预处理后，每个字符A唯一表示为(H,L)，其中H范围为0-80，L范围为0-93。

所述步骤2)的具体步骤如下：

如果高字节H介于0-80，且低字节L介于0-63，则H，L不变，即H1＝H，L1＝L；A编码为(H1,L1)＝(H，L)，其中H1介于0-80，L1介于0-63；

如果高字节H介于0-63，且低字节L介于64-93，则H1＝L+17，L1＝H；A编码为(H1,L1)，其中H1介于81-110，L1介于0-63；

如果高字节H介于64-80，且低字节L介于64-93，则H1＝H+47，L1＝L-64；A编码为(H1，L1)，其中H1介于111-127，L1介于0-29；

所述步骤3)的具体方法为：

31)将敏感信息S按3比特一组进行排序，得到(s1，s2，s3)；

32)将s1代替编码后字符A1中高字节H1的最高比特位；

33)将s2代替编码后字符A1中低字节L1的最高比特位；

34)将s3代替编码后字符A1中低字节L1的次高比特位；

35)完成上述操作后，得到含密字符A2，其表示为(H2,L2)。

所述步骤4)的具体过程为：

41)将含密字符A2中高字节H2的最高比特位提取出作为s1，同时将H2的最高比特位置0；

42)将含密字符A2中低字节L2的最高比特位提取出作为s2，同时将L2的最高比特位置0；

43)将含密字符A2中低字节L2的次高比特位提取出作为s3，同时将L2的次高比特位置0；

44)完成上述操作后，得到敏感信息S及编码后字符A1，其表示为(H1,L1)。

所述步骤5)的具体过程为：

如果字符A1的高字节H1介于0-80，低字节L1介于0-63，则H＝H1，L＝L1；译码后A为(H,L)，其中H介于0-80，L介于0-63；

如果字符A1的高字节H1介于81-110，低字节L1介于0-63，则H＝L1，L＝H1-17；译码后A为(H,L)，其中H介于0-63，L介于64-93；

如果字符A1的高字节H1介于111-127，低字节L1介于0-29，则H＝H1-47，L＝L1+64；译码后A为(H,L)，其中H介于64-80，L介于64-93。

所述步骤6)的具体过程为：

如果H介于0-8，则H不变；如果H介于9-80，则H＝H+6。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

(1)该方法能对任意一个GB2312字符进行非对称的处理方法；

(2)该方法把低字节数据中超出预定范围的数值映射到高字节数据中相应位置，也把部分高字节数据中预定范围的数值映射到低字节数据中相应位置，提高了字符数据的信息隐藏容量。

(3)该方法可以在任意GB2312字符(2字节)中进行信息隐藏嵌入，不增加字符字节数(2字节)。

(4)该方法隐藏容量可以为恒定值3/16，可提前规划敏感信息的字节数，避免了许多无损嵌入方法隐藏容量的不确定性。

(5)该方法的含密短报文还可以与无损数据压缩方法相结合，进一步提高隐藏容量，可望把实际达到的隐藏容量成倍提高。

附图说明

图1为卫星短报文与信息协同传输方法流程图。

具体实施方式

(1)首先对字符范围进行预处理：

把GB2312国标汉字的范围调整到高字节H和低字节L，把H范围从0-8及15-86按顺序调整为0-80，方法如下：

·如果H介于0-8，则H不变；

·如果H介于15-86，则H＝H-6；

完成预处理后，每个字符A可唯一表示为(H,L)，其中H范围为0-80，L范围为0-93；

(2)对字符A进行编码处理，得到A1，可表示为(H1,L1)，步骤如下：

·如果高字节H介于0-80，低字节L介于0-63，则H，L不变，即H1＝H，L1＝L；A编码为(H1,L1)，等于(H，L)，其中H1介于0-80，L1介于0-63；

·如果高字节H介于0-63，低字节L介于64-93，则H1＝L+17，L1＝H；A编码为(H1,L1)，其中H1介于81-110，L1介于0-63；

·如果高字节H介于64-80，低字节L介于64-93，则H1＝H+47，L1＝L-64；A编码为(H1，L1)，其中H1介于111-127，L1介于0-29；

(3)将敏感信息S嵌入编码后字符A1中，得到含密字符A2。

·将敏感信息S按3比特一组进行排序，得到(s1，s2，s3)；

·将s1代替编码后字符A1中高字节H1的最高比特位；

·将s2代替编码后字符A1中低字节L1的最高比特位；

·将s3代替编码后字符A1中低字节L1的次高比特位；

完成上述操作后，得到含密字符A2，其表示为(H2,L2)

(4)从接收到的含密字符A2中提取敏感信息S。

·将含密字符A2中高字节H2的最高比特位提取出作为s1，同时将H2的最高比特位置0；

·将含密字符A2中低字节L2的最高比特位提取出作为s2，同时将L2的最高比特位置0；

·将含密字符A2中低字节L2的次高比特位提取出作为s3，同时将L2的次高比特位置0；

完成上述操作后，得到敏感信息S及编码后字符A1，其表示为(H1,L1)。

(5)对字符A1进行译码处理，得到A，步骤如下：

·如果字符A1的高字节H1介于0-80，低字节L1介于0-63，则H＝H1，L＝L1；

译码后A为(H,L)，其中H介于0-80，L介于0-63；

·如果字符A1的高字节H1介于81-110，低字节L1介于0-63，则H＝L1，L＝H1-17；译码后A为(H,L)，其中H介于0-63，L介于64-93；

·如果字符A1的高字节H1介于111-127，低字节L1介于0-29，则H＝H1-47，L＝L1+64；译码后A为(H,L)，其中H介于64-80，L介于64-93；

(6)将译码后字符A的高字节范围按顺序调整至0-8及15-86，使其恢复为GB2312国标汉字的标准范围，方法如下：

·如果H介于0-8，则H不变；

·如果H介于9-80，则H＝H+6。

利用本发明提出的方法，可在汉字字符(每个占2字节)中至少嵌入3/16的汉字字符，即任一字符(16比特)中至少可藏入3比特信息。

原来的短报文长度K不变，即通过K个汉字字符，无失真传输K+K×3/16的汉字字符。传输效率提高了18.75％，敏感信息具有一定安全保密性。

若对含密字符进行无失真压缩后，还可在上述基础上增加嵌入量，信息隐藏容量更大。该方法总能够保证汉字字符中无损嵌入其它汉字字符，满足用户的要求。

本发明提供了一种卫星短报文与信息协同传输方法，通过创新，解决了在卫星或其它场合中无损隐藏敏感信息进行安全传输的实际需要，也解决了在卫星或其它场合中扩大传输容量、提高传输效率的实际需求。

该方法在无损信息隐藏中，不需要任何附加信息就可以无损恢复原始数据，隐藏过程中不需要存储和字符映射复杂操作，可通过软或硬件实时实现。

利用国家GB2312汉字编码标准实现了近20％的信息隐藏容量，无条件把传输效率提高到原来的120％。节省了传输成本，增加了卫星通信的容量，扩大了卫星通信的用途，在卫星导航、卫星数据传输、地面信息传输系统中具有实用价值。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (4)

1.一种卫星短报文与信息协同传输方法，其特征在于步骤如下：

1)对GB2312国标汉字的字符范围进行预处理；

2)对字符A进行编码处理，得到编码后的字符A1，表示为(H1,L1)，

3)将敏感信息S嵌入编码后的字符A1中，得到含密字符A2；

4)从接收到的含密字符A2中提取敏感信息S；

5)对字符A1进行译码处理，得到字符A；

6)将译码后字符A的高字节范围按顺序调整至0-8及15-86，使其恢复为GB2312国标汉字的标准范围；

所述步骤1)的具体方法为：把GB2312国标汉字的范围调整到高字节H和低字节L，把H范围从0-8及15-86按顺序调整为0-80，具体方法如下：

如果H介于0-8，则H不变；如果H介于15-86，则H＝H-6；

完成预处理后，每个字符A唯一表示为(H,L)，其中H范围为0-80，L范围为0-93；

所述步骤2)的具体步骤如下：

如果高字节H介于0-80，且低字节L介于0-63，则H，L不变，即H1＝H，L1＝L；A编码为(H1,L1)＝(H，L)，其中H1介于0-80，L1介于0-63；

如果高字节H介于0-63，且低字节L介于64-93，则H1＝L+17，L1＝H；A编码为(H1,L1)，其中H1介于81-110，L1介于0-63；

如果高字节H介于64-80，且低字节L介于64-93，则H1＝H+47，L1＝L-64；A编码为(H1，L1)，其中H1介于111-127，L1介于0-29；

所述步骤3)的具体方法为：

31)将敏感信息S按3比特一组进行排序，得到(s1，s2，s3)；

32)将s1代替编码后字符A1中高字节H1的最高比特位；

33)将s2代替编码后字符A1中低字节L1的最高比特位；

34)将s3代替编码后字符A1中低字节L1的次高比特位；

35)完成上述操作后，得到含密字符A2，其表示为(H2,L2)。

2.根据权利要求1所述的一种卫星短报文与信息协同传输方法，其特征在于：所述步骤4)的具体过程为：

41)将含密字符A2中高字节H2的最高比特位提取出作为s1，同时将H2的最高比特位置0；

42)将含密字符A2中低字节L2的最高比特位提取出作为s2，同时将L2的最高比特位置0；

43)将含密字符A2中低字节L2的次高比特位提取出作为s3，同时将L2的次高比特位置0；

44)完成上述操作后，得到敏感信息S及编码后字符A1，其表示为(H1,L1)。

3.根据权利要求2所述的一种卫星短报文与信息协同传输方法，其特征在于：所述步骤5)的具体过程为：

如果字符A1的高字节H1介于0-80，低字节L1介于0-63，则H＝H1，L＝L1；译码后A为(H,L)，其中H介于0-80，L介于0-63；

如果字符A1的高字节H1介于81-110，低字节L1介于0-63，则H＝L1，L＝H1-17；译码后A为(H,L)，其中H介于0-63，L介于64-93；

如果字符A1的高字节H1介于111-127，低字节L1介于0-29，则H＝H1-47，L＝L1+64；译码后A为(H,L)，其中H介于64-80，L介于64-93。

4.根据权利要求3所述的一种卫星短报文与信息协同传输方法，其特征在于：所述步骤6)的具体过程为：

如果H介于0-8，则H不变；如果H介于9-80，则H＝H+6。

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