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)，定位水聲信號存在偏差，導(dǎo)致艦船電子信息丟包率和返包率較高的問題，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，選取4個水聲換能器，并聯(lián)組成聲學(xué)基陣，計算目標(biāo)聲源測向角度，噪聲定位電子信息水聲信號。令基陣接收的源信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，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，實現(xiàn)嵌入式艦船電子信息遠(yuǎn)程傳輸控制。實驗結(jié)果表明，設(shè)計技術(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；數(shù)據(jù)加密

0引言

目前市場需求和技術(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，對加密信號進(jìn)行解釋，發(fā)送給信息遠(yuǎn)程接收端，同時通過遙控設(shè)備，調(diào)整信號接收時間，避免信號失真，但該方法未對增益設(shè)備進(jìn)行負(fù)增益處理，存在丟包率和返包率較高的問題。針對這一問題，提出嵌入式艦船電子信息遠(yuǎn)程傳輸控制技術(shù)設(shè)計，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

定位艦船電子信息水聲信號，將源信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。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奈锢硇盘柡碗娦盘?，作為需要遠(yuǎn)程傳輸?shù)男畔⒃?，利用聲載波，對艦船源信號進(jìn)行水聲通信，利用4個水聲換能器，并聯(lián)布置成一個聲學(xué)基陣，對水聲信號進(jìn)行采集，噪聲定位水聲電子信息。電子信息定位過程如圖2所示。a1a2a3a4b，cd圖中，點A為電子信息目標(biāo)聲源，，，，分別為4個傳聲器；為方位角；為目標(biāo)測距。則電子信息定位的單頻脈沖信號為：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個傳聲器間的聲程差[3]。計算目標(biāo)聲源測向角度，公式為：ϕ=−2dcos2csin2b。(2)利用時域信號翻轉(zhuǎn)技術(shù)，對基陣接收的單分量信號，進(jìn)行隨機(jī)分布的盲卷積，在短時間內(nèi)增益調(diào)整信號。然后構(gòu)建嵌入式艦船的信息處理端口，實時檢測模擬信號，把源信號轉(zhuǎn)換為A/D分辨率的數(shù)字信號，得到電流信號數(shù)字量，再對電子信息的數(shù)字信號進(jìn)行存儲。至此完成艦船電子信息水聲信號的定位。

1.2遠(yuǎn)程加密傳輸艦船電子信息

UG預(yù)處理存儲的數(shù)字信號，對其進(jìn)行遠(yuǎn)程加密傳輸。復(fù)制存儲的電子信息數(shù)據(jù)，利用收發(fā)轉(zhuǎn)換電路，完成放大、濾波等操作，并通過沖突檢測和協(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，生成一個尺度函數(shù)，對數(shù)字信號進(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)，改變每個電子信息的數(shù)據(jù)值，然后通過設(shè)備ID和秘密值的不同組合方式，創(chuàng)建超輕量級的流加密密鑰。電子信息處理端口使用加密算法，對密鑰流的明文流進(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；為第條明文流對應(yīng)的密鑰流，為設(shè)備ID的唯一標(biāo)識碼，為設(shè)備秘密值[4]。利用PCI總線技術(shù)，實現(xiàn)人機(jī)通信，對數(shù)字信號進(jìn)行傳輸，把密文流發(fā)送至電子信息接收端口，對接收到的密文流進(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，對明文流中的標(biāo)志位進(jìn)行驗證，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實驗分析

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

2.1實驗準(zhǔn)備

將仿真測試建立在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，通過水聲信息采集和數(shù)據(jù)通信，令接收端口訂閱并存儲數(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如圖3所示。

2.2實驗結(jié)果

連續(xù)輸出電子信息水聲信號30min后，將數(shù)據(jù)長度作為測試條件，控制數(shù)據(jù)長度在200～2000Byte。統(tǒng)計信息數(shù)據(jù)丟包率，實驗結(jié)果如表2所示?？芍?，設(shè)計技術(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)計技術(shù)丟包率減少了0.157%。針對加密的電子信息數(shù)據(jù)包，若連續(xù)解密仍未成功，則對數(shù)據(jù)包進(jìn)行返回，統(tǒng)計信息數(shù)據(jù)返包率，實驗結(jié)果如表3所示?？芍?，設(shè)計技術(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)計技術(shù)返包率減少了0.268%。綜上所述，此次設(shè)計技術(shù)遠(yuǎn)程傳輸電子信息數(shù)據(jù)包時，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)語此次研究針對嵌入式艦船電子信息，設(shè)計一組遠(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)計技術(shù)仍存在一定不足，在今后的研究中，將會改進(jìn)電子信息的上傳方式，進(jìn)一步增加信息數(shù)據(jù)的存儲能力。

參考文獻(xiàn)：

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[3]張新,張懷,蔣勵.基于nRF24L01無人船艦數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的時鐘同步[J].西安郵電學(xué)院學(xué)報,2019,24(3):38–43.

[4]黃一,王鴻東,程鋒瑞,等.基于時序數(shù)據(jù)庫的無人船信息管理系統(tǒng)設(shè)計與性能測試[J].中國艦船研究,2019,14(4):161–166.

作者:鄧柳 單位:長江職業(yè)學(xué)院