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海事短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)

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海事短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)能夠滿足海上的通信需求，并解決海上通信加密問題。本文以海事短波語言數(shù)字加密通信系統(tǒng)中心論點(diǎn)，先是概述了海事短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)，然后詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)原理。

海事 短波 語音數(shù)字 加密 通信系統(tǒng)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，海事事務(wù)逐漸受到人們的關(guān)注。而海事短波語言數(shù)字加密通信系統(tǒng)既能保證海上傳輸信息的安全性，也能抵抗大風(fēng)等惡劣天氣的干擾。因而，為了提高我國海洋通訊的水平，促進(jìn)海洋事業(yè)的快速發(fā)展，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)海事短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)的構(gòu)建。

1.海事短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)概述

近年來，隨著我國軍事力量的提升，海事通信安全問題日益突出。尤其是在海洋通信方面，短波通信的應(yīng)用越來越廣泛。另外，語音通信加密的方式包括模擬加密和數(shù)字加密兩種。模擬加密方式又可分為時(shí)間域加密、頻率域加密、變換域加密和多維域加密。模擬加密的優(yōu)點(diǎn)在于簡單、寬帶兆寬小。其缺點(diǎn)在于不安全、修改困難大。而數(shù)字加密在我國無線通信技術(shù)不斷發(fā)展和完善的背景下，也逐漸受到人們的重視。如衛(wèi)星通信技術(shù)、GSM技術(shù)等都為數(shù)字加密提供了可靠的技術(shù)支持。

2.海事短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)海事事務(wù)的具體需求，該海事短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)主要是以獨(dú)立系統(tǒng)的形式存在。該獨(dú)立系統(tǒng)包括嵌入式微處理器、輸入端、輸出端，且系統(tǒng)所處位置是在電臺(tái)的話筒和設(shè)備之間。在實(shí)際工作過程中，只需利用電纜將系統(tǒng)輸出端與收發(fā)機(jī)相連，并將短波電臺(tái)手柄線連接到系統(tǒng)輸入端，即可實(shí)現(xiàn)完整的語音數(shù)字加密。另外，系統(tǒng)還設(shè)有開關(guān)，平常處于自動(dòng)打開的狀態(tài)，當(dāng)按下時(shí)即可進(jìn)行系統(tǒng)語音加密。

2.2實(shí)現(xiàn)原理

短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)的工作流程是：模擬語音、摸數(shù)變換電路、聲碼化編碼、加密、調(diào)制。解密過程中是解調(diào)、解密、聲碼化解碼、摸數(shù)變換電路。其中摸數(shù)變換電路的主要作用是進(jìn)行語音數(shù)字信息的收集和采用。聲碼化編碼主要就是進(jìn)行聲音的編碼加密，以保證數(shù)字信號(hào)的安全性。調(diào)制是將數(shù)字信號(hào)調(diào)制成模擬信號(hào)，并傳送至短波電臺(tái)。而在解密的過程中，模擬信號(hào)會(huì)被解調(diào)成數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)入到解密模塊進(jìn)行解密，而后才會(huì)被傳送至聲碼化模塊。總的來說，解密和加密過程是兩個(gè)相反的過程。

2.3技術(shù)分析

隨著我國通信技術(shù)的發(fā)展，短波通信也在不斷的發(fā)展和完善。該海事短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)所用到的技術(shù)包括數(shù)字技術(shù)和模擬技術(shù)、聲碼化編碼技術(shù)、流加密技術(shù)。

其中數(shù)字技術(shù)和模擬技術(shù)主要用于數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的傳輸。兩者的工作原理是不相同的。模擬型號(hào)是呈正弦波形，通常家用有線電視、早起的大哥大手機(jī)都是模擬信號(hào)。數(shù)字信號(hào)主要是應(yīng)用在手機(jī)方面。在該系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換的是調(diào)制和解調(diào)部分。所謂調(diào)制就是指將模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣量化，并以二進(jìn)制進(jìn)行調(diào)制。而解調(diào)是調(diào)制的逆過程。解調(diào)方式是根據(jù)調(diào)制方式而定的。比較常用的解調(diào)方式包括正弦波解調(diào)和脈沖波解調(diào)。解調(diào)的工作過程主要就是將處于載波附近的信號(hào)頻譜轉(zhuǎn)移到基帶中，然后利用濾波器，濾出基帶信號(hào)，從而完成解調(diào)任務(wù)。

加密解密算法的種類比較多。常見的加密解密算法包括安全散列算法SHA、RSA算法、數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)DES、BASE64。其中 SHA是一種數(shù)據(jù)加密算法，該算法的思想是接收一段明文，然后以一種不可逆的方式將它轉(zhuǎn)換成一段（通常更小）密文，也可以簡單的理解為取一串輸入碼（稱為預(yù)映射或信息），并把它們轉(zhuǎn)化為長度較短、位數(shù)固定的輸出序列即散列值（也稱為信息摘要或信息認(rèn)證代碼）的過程。而RSA算法是用于加密和數(shù)字簽名的算法，主要優(yōu)點(diǎn)是便于簡單。但是產(chǎn)生密鑰過程繁瑣、安全性低、算法長度越長保密性越好。選擇加密解密算法需要根據(jù)實(shí)際的環(huán)境需要。而該系統(tǒng)主要用到的是流密碼加密方式。流密碼就是使用較短的一串?dāng)?shù)字，來生成無限長的偽隨機(jī)密碼流，當(dāng)然事實(shí)上只需要生成和明文長度一樣的密碼流就夠了。如一個(gè)非常簡單的流密碼算法是，用6個(gè)比特位101100做密鑰，將它不斷重復(fù)得到密碼流101100101100101100....直到和明文長度相等，然后將密碼流和明文“相加”就得到密文了，解密就是將這個(gè)密碼流和密文“相加”。流密碼算法的特殊名稱—維吉尼亞密碼，當(dāng)然這里密鑰長度可以不是6。之所以選擇流密碼加密方式是因?yàn)樵撓到y(tǒng)采用的是聲碼化編碼方式，平均每幀的數(shù)據(jù)量比較小，而流密碼的安全性和保密性主要是取決于密鑰序列。

聲碼化編碼是指參數(shù)編碼，主要是提取語音信號(hào)特征參數(shù)，并進(jìn)行提取而后重新構(gòu)建語音信號(hào)，既要保證原語音的語義氣，也要盡可能的提高語音的可懂度。如果從信號(hào)角度考慮，語音信號(hào)主要是由音素組成。所謂音素，包括清音和濁音兩種。若干個(gè)音素結(jié)合可形成音節(jié)。語音信號(hào)的主要產(chǎn)生過程是：如果處于濁音狀態(tài)下，激勵(lì)信號(hào)經(jīng)由周期脈沖之后，會(huì)產(chǎn)生沖激序列。如果處在清音的狀態(tài)下，激勵(lì)信號(hào)經(jīng)由隨機(jī)噪聲發(fā)生器會(huì)產(chǎn)生呈高斯分布式的序列。假設(shè)沖激序列的周期為N，那么每個(gè)N，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)脈沖。該沖激序列的周期計(jì)算方式是序列的采樣率與音頻的比值。同時(shí)假設(shè)如果高斯分布式序列的方差為1，均值為0,那么有可能沖激信號(hào)頻譜等于聲門氣流脈沖頻譜。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示：對(duì)于聲道參數(shù)而言，如果能夠在30毫秒內(nèi)保持值不變，則語音分析幀長保持在20毫秒之內(nèi)。對(duì)于激勵(lì)參數(shù)而言，能夠在5毫秒內(nèi)保持長度不變。該系統(tǒng)在采用改進(jìn)算法之后，系統(tǒng)數(shù)據(jù)率值在2050千帕，幀持續(xù)時(shí)長微20毫秒左右，長度約為41字節(jié)。

2.4測試

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測試、分析。該海事短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)進(jìn)行測試時(shí)，選擇了廣州、?？诘教旖虻倪h(yuǎn)距離通信實(shí)驗(yàn)。目前通用的通信系統(tǒng)評(píng)價(jià)方式主要以國際MOS評(píng)分法為主。該評(píng)分方式滿分設(shè)五分。共分三個(gè)層次：4.0-4.5分、3.5分、3.0分以下。據(jù)測試顯示：當(dāng)信噪比超過15分貝時(shí)，其通信質(zhì)量能夠接收。實(shí)驗(yàn)的平均信噪比在30分貝左右，其網(wǎng)絡(luò)通信語音值在3.2左右，達(dá)到了國際評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。這也就是表明，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較合理，能夠用于海上事務(wù)的通信工作中?？偟脕碚f，該系統(tǒng)采用的流加密算法，獨(dú)立的處理系統(tǒng)，較高的網(wǎng)路通信質(zhì)量都能夠使其達(dá)到現(xiàn)代海事短波通信體制的要求。鑒于此，我國一方面要重視該系統(tǒng)的應(yīng)用。另一方面應(yīng)當(dāng)重視利用最新的科學(xué)技術(shù)，不斷完善該系統(tǒng)，以彌補(bǔ)其中的不足，并最終提升我國海事通短波通信的技術(shù)水平，促進(jìn)我國海洋事業(yè)的發(fā)展。

3.總結(jié)

綜上所述，海事短波語音數(shù)字加密系統(tǒng)對(duì)于保證海上傳輸信號(hào)安全，加強(qiáng)我國海洋事務(wù)的管理非常重要。尤其是能夠提升我國海洋軍事實(shí)力，從而擴(kuò)大我國在國際上的影響力，最終贏得海上軍事話語權(quán)。

[1]蘇本征.海事短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)[J].中國水運(yùn)(下半月),2015,01:45-47.

[2]蘇本征.短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)[J].天津航海,2015,01:55-57.

[3]汪艷麗.無線超短波語音數(shù)字化集群加密系統(tǒng)研究[D].長春理工大學(xué),2013.