艦船電子信息遠(yuǎn)程傳輸控制技術(shù)探析

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摘要:針對(duì)當(dāng)前艦船電子信息遠(yuǎn)程傳輸控制技術(shù)，定位水聲信號(hào)存在偏差，導(dǎo)致艦船電子信息丟包率和返包率較高的問(wèn)題，提出嵌入式艦船電子信息遠(yuǎn)程傳輸控制技術(shù)。利用聲載波、水聲通信艦船源信號(hào)，選取4個(gè)水聲換能器，并聯(lián)組成聲學(xué)基陣，計(jì)算目標(biāo)聲源測(cè)向角度，噪聲定位電子信息水聲信號(hào)。令基陣接收的源信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，預(yù)處理后進(jìn)行壓縮加密處理，利用PCI總線技術(shù)，傳輸電子信息的密文流至接收端口，解密后獲得電子信息明文流，實(shí)現(xiàn)嵌入式艦船電子信息遠(yuǎn)程傳輸控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)技術(shù)能夠有效減少丟包率和返包率，充分保證艦船電子信息遠(yuǎn)程加密傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：嵌入式；艦船電子信息；遠(yuǎn)程傳輸；傳輸控制；水聲信號(hào)；數(shù)據(jù)加密

0引言

目前市場(chǎng)需求和技術(shù)發(fā)展，船用網(wǎng)絡(luò)開始逐步應(yīng)用電子信息技術(shù)，因此，對(duì)艦船電子信息遠(yuǎn)程傳輸控制技術(shù)進(jìn)行研究，構(gòu)建船用通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)艦船遠(yuǎn)程傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)進(jìn)行完善，保證信息傳輸?shù)母咝?、?zhǔn)確性和安全性，具有重要意義[1]。文獻(xiàn)[2]搭建遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)模塊，利用抽樣定理，在傳輸信道中設(shè)置增益設(shè)備，放大并還原信號(hào)，對(duì)加密信號(hào)進(jìn)行解釋，發(fā)送給信息遠(yuǎn)程接收端，同時(shí)通過(guò)遙控設(shè)備，調(diào)整信號(hào)接收時(shí)間，避免信號(hào)失真，但該方法未對(duì)增益設(shè)備進(jìn)行負(fù)增益處理，存在丟包率和返包率較高的問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題，提出嵌入式艦船電子信息遠(yuǎn)程傳輸控制技術(shù)設(shè)計(jì)，增加艦船網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸?shù)馁|(zhì)量。

1嵌入式艦船電子信息遠(yuǎn)程傳輸控制技術(shù)

1.1定位艦船電子信息水聲信號(hào)

定位艦船電子信息水聲信號(hào)，將源信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。首先構(gòu)建嵌入式艦船電子信息遠(yuǎn)程傳輸?shù)目倢灤畔⒌奈锢硇盘?hào)和電信號(hào)，作為需要遠(yuǎn)程傳輸?shù)男畔⒃?，利用聲載波，對(duì)艦船源信號(hào)進(jìn)行水聲通信，利用4個(gè)水聲換能器，并聯(lián)布置成一個(gè)聲學(xué)基陣，對(duì)水聲信號(hào)進(jìn)行采集，噪聲定位水聲電子信息。電子信息定位過(guò)程如圖2所示。a1a2a3a4b，cd圖中，點(diǎn)A為電子信息目標(biāo)聲源，，，，分別為4個(gè)傳聲器；為方位角；為目標(biāo)測(cè)距。則電子信息定位的單頻脈沖信號(hào)為：Q=B√12h[K(a1)+K(a2)+K(a3)+K(a4)]2，(1)BhK(a1)K(a2)K(a3)K(a4)ϕ其中，為艦船電子信息的頻譜調(diào)制幅度，為初始水聲電子通信頻率，，，，分別為聲源到4個(gè)傳聲器間的聲程差[3]。計(jì)算目標(biāo)聲源測(cè)向角度，公式為：ϕ=−2dcos2csin2b。(2)利用時(shí)域信號(hào)翻轉(zhuǎn)技術(shù)，對(duì)基陣接收的單分量信號(hào)，進(jìn)行隨機(jī)分布的盲卷積，在短時(shí)間內(nèi)增益調(diào)整信號(hào)。然后構(gòu)建嵌入式艦船的信息處理端口，實(shí)時(shí)檢測(cè)模擬信號(hào)，把源信號(hào)轉(zhuǎn)換為A/D分辨率的數(shù)字信號(hào)，得到電流信號(hào)數(shù)字量，再對(duì)電子信息的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)。至此完成艦船電子信息水聲信號(hào)的定位。

1.2遠(yuǎn)程加密傳輸艦船電子信息

UG預(yù)處理存儲(chǔ)的數(shù)字信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程加密傳輸。復(fù)制存儲(chǔ)的電子信息數(shù)據(jù)，利用收發(fā)轉(zhuǎn)換電路，完成放大、濾波等操作，并通過(guò)沖突檢測(cè)和協(xié)調(diào)，修改電子信息，確保數(shù)據(jù)格式的規(guī)范性。利用多小波的閾值壓縮算法，編碼信源和信道，生成一個(gè)尺度函數(shù)，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行多小波分解和重構(gòu)，壓縮電子信息數(shù)據(jù)。多小波的分解函數(shù)與重構(gòu)函數(shù)公式為：nInFnPVWj其中：為多小波的維數(shù)，為n×n的維系數(shù)矩陣，為n×n的尺度矩陣；，分別為維系數(shù)矩陣和尺度矩陣的頻域；，分別為多小波分解和重構(gòu)的低頻系數(shù)、高頻系數(shù)。通過(guò)公式（3），保證多小波函數(shù)之間的正交，去除電子信息中的冗余量，令少量數(shù)據(jù)傳遞出最多的信息量。采用混沌比特序列，分割電子信息數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)代入混沌序列，一一映射后進(jìn)行迭代，控制迭代次數(shù)，改變每個(gè)電子信息的數(shù)據(jù)值，然后通過(guò)設(shè)備ID和秘密值的不同組合方式，創(chuàng)建超輕量級(jí)的流加密密鑰。電子信息處理端口使用加密算法，對(duì)密鑰流的明文流進(jìn)行加密，公式為：{ZiiMiMi−1ii−1Eiiαβ其中：為第條電子信息的密文流；，分別為第條和條電子信息的明文流；為第條明文流對(duì)應(yīng)的密鑰流，為設(shè)備ID的唯一標(biāo)識(shí)碼，為設(shè)備秘密值[4]。利用PCI總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)通信，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸，把密文流發(fā)送至電子信息接收端口，對(duì)接收到的密文流進(jìn)行解密，解密算法如下：遠(yuǎn)程接收端口獲取電子信息的明文流，對(duì)明文流中的標(biāo)志位進(jìn)行驗(yàn)證，判斷密鑰流是否解密成功，若解密未成功，則重新發(fā)送密文流，直至電子信息解密完整。

2實(shí)驗(yàn)分析

將此次設(shè)計(jì)技術(shù)，與文獻(xiàn)[2]電子信息遠(yuǎn)程傳輸控制技術(shù)，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，比較2組技術(shù)遠(yuǎn)程傳輸電子信息時(shí)的丟包率和返包率。

2.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

將仿真測(cè)試建立在OPNETModeler14.6嵌入式軟件中，電子信息處理端口和遠(yuǎn)程傳輸接收端口，都配置1.90GHz主頻、3.0GB內(nèi)存的計(jì)算機(jī)，設(shè)置仿真參數(shù)如表1所示。使用MQTT通信協(xié)議，向接收端口發(fā)送一定量的數(shù)據(jù)包，通過(guò)水聲信息采集和數(shù)據(jù)通信，令接收端口訂閱并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)內(nèi)容包括艦船角度、轉(zhuǎn)速、溫度，輸出的電子信息水聲信號(hào)如圖3所示。

2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

連續(xù)輸出電子信息水聲信號(hào)30min后，將數(shù)據(jù)長(zhǎng)度作為測(cè)試條件，控制數(shù)據(jù)長(zhǎng)度在200～2000Byte。統(tǒng)計(jì)信息數(shù)據(jù)丟包率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。可知，設(shè)計(jì)技術(shù)平均丟包率為0.189%，文獻(xiàn)[2]技術(shù)平均丟包率為0.346%，相比文獻(xiàn)[2]技術(shù)，設(shè)計(jì)技術(shù)丟包率減少了0.157%。針對(duì)加密的電子信息數(shù)據(jù)包，若連續(xù)解密仍未成功，則對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行返回，統(tǒng)計(jì)信息數(shù)據(jù)返包率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示?？芍O(shè)計(jì)技術(shù)平均返包率為0.222%，文獻(xiàn)[2]技術(shù)平均返包率為0.490%，相比文獻(xiàn)[2]技術(shù)，設(shè)計(jì)技術(shù)返包率減少了0.268%。綜上所述，此次設(shè)計(jì)技術(shù)遠(yuǎn)程傳輸電子信息數(shù)據(jù)包時(shí)，相比文獻(xiàn)[2]技術(shù)，減少了丟包率和返包率，丟包量和返包量明顯減少，充分保證了信息加密傳輸?shù)姆€(wěn)定性。3結(jié)語(yǔ)此次研究針對(duì)嵌入式艦船電子信息，設(shè)計(jì)一組遠(yuǎn)程傳輸控制技術(shù)，提高了信息加密傳輸?shù)姆€(wěn)定性。但此次設(shè)計(jì)技術(shù)仍存在一定不足，在今后的研究中，將會(huì)改進(jìn)電子信息的上傳方式，進(jìn)一步增加信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)能力。

參考文獻(xiàn)：

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作者:鄧柳 單位:長(zhǎng)江職業(yè)學(xué)院