基于数字水印和压缩感知的导航信号通信方法

摘要

本发明公开了一种基于数字水印和压缩感知的导航信号通信方法。主要解决现有技术中通信安全受限制，传输数据量大的问题。该方法将导航信号扩频得到目标信号，通过数字水印技术将目标信号隐藏在选定的载体图像的中频系数中，并将对导航信号扩频的随机序列和隐藏在载体图像的位置记下设为密钥；通过压缩感知技术对隐藏有导航信号的水印图像压缩测量得到少量数据，用此少量数据替代水印图像进行传输；利用压缩感知技术从接收后解调和解扩得到的少量数据中高概率的恢复出隐藏有导航信息的水印图像，并利用记下的密钥解算出目标信号，最后利用相关性运算进一步解算出导航信号。本发明有效的减小了传输过程中的数据量，可用于导航信号的安全通信。

主权项

一种基于数字水印和压缩感知的导航信号通信方法，包括：(1)星上导航信号的隐藏及传输步骤：1a)选取任意两列随机序列对原始导航信号f(n)进行扩频，得到目标信号x(m)，并保存这两列随机序列，记为第二密钥key2，其中n为原始导航信号的长度，m为目标信号的长度；1b)选取任意一幅大小为N×N的数字图像作为载体图像Fig1，并对该载体图像Fig1进行频域变换，得到频域变换系数F(u，v)，其中u和v分别为频域变换系数F(u，v)的横坐标和纵坐标且N²＞m；1c)将频域变换系数F(u，v)的中频系数按照从大到小的顺序排列，取出前m个中频系数P_i，并记录这些中频系数位置，记为第一密钥key1，其中1≤i≤m；1d)利用乘性原则P_i'＝P_i(1+α*x(i))，将目标信号x(m)的各个分量x(i)依次嵌入到选定的m个中频系数P_i中，得到合成系数F'(u，v)，其中α为嵌入的强度，取值为0.01～0.2；1e)对合成系数F'(u，v)进行反变换，得到嵌入目标信息的水印图像Fig2；1f)利用压缩感知技术对嵌入目标信息的水印图像Fig2进行压缩测量，得到测量值g(k)，其中k的大小由压缩测量时的测量矩阵的行数决定且k＜N；1g)选取压缩测量时的测量矩阵的首行向量作为扩频码序列v，对测量值g(k)进行扩频，得到已扩信号z(l)；1h)利用已扩信号z(l)按照二进制相移键控BPSK方式进行调制，得到已调信号Y(t)，并将该已调信号Y(t)传输给地面；(2)地面信息提取步骤：2a)按照二进制相移键控BPSK方式对接收到的已调信号Y(t)进行解调，得到基带信号z'(l)；2b)用扩频码序列v对基带信号信号z'(l)进行解扩，得到窄带信号g'(k)；2c)利用压缩感知技术对窄带信号g'(k)进行重构，得到包含水印信息的重构图像Fig3；2d)利用第一密钥key1，从包含水印信息的重构图像Fig3中提取出恢复的目标信号x'(m)；2e)利用第二密钥key2，从恢复的目标信号x'(m)中提取出恢复导航信号f'(n)。