水声通信技术利用声波实现水下远距离通信,是海洋环境观测与目标探测的关键技术之一。由于水声信道的开放性和不可靠性,水声通信信号容易被窃听,甚至遭到恶意攻击,因此,水声通信的隐蔽性和安全性成为设计水声通信系统时需要考虑的重要问题。传统隐蔽水声通信方法主要通过扩频或多载波调制等手段,降低通信信号的信噪比,使其难以被窃听者检测,从而达到隐蔽通信的目的,但是这些方法会减小水声通信的有效通信距离。而仿生隐蔽水声通信方法通常利用鲸目动物的哨声信号和嘀嗒信号作为信息的载体,使窃听者将通信信号当作海洋噪声并滤除,弥补了传统方法的不足。但嘀嗒信号的频带较宽,不适用于实际换能器,而哨声信号的频带较窄,且具有较好的时频特性。因此,论文以鲸目动物的哨声信号为基础,研究仿生隐蔽水声通信方法。针对哨声信号时频轮廓提取结果中存在噪声分布未知的异常值问题,论文提出了一种基于改进的Sage-Husa自适应卡尔曼滤波的时频轮廓平滑算法。从采集的原始信号中获得纯净的哨声信号是研究仿生隐蔽水声通信的重要前提,可以利用短时傅里叶变换进行哨声信号的提取。但由于部分时刻噪声能量高于信号能量,时频轮廓的提取结果中会存在异常值。论文利用基于改进的Sage-Husa自适应卡尔曼滤波对时频轮廓的提取结果进行平滑,解决了提取结果噪声分布未知的问题。仿真结果表明,该算法的估计性能较好,平滑后的时频轮廓与真实值匹配良好。针对构造哨声信号的时频轮廓时存在仿生性能损失且通信速率较慢的问题,论文提出了两种基于哨声信号分段时频轮廓的仿生隐蔽通信方法。哨声信号具有良好的时频特性,适合直接作为数据的载体,以避免在对时频轮廓进行构造时造成仿生性能损失。为了增大通信速率,对原始时频轮廓进行等间隔划分,用于表示不同的码元信号。在每段码元信号中,分别利用时延或频偏对信息进行调制。仿真与实测信道的分析结果表明,这两种方法均具有良好的隐蔽性能和通信性能。针对哨声信号掩盖调制信号失效的问题,论文提出了一种哨声信号掩盖下基于切比雪夫混沌信号的仿生隐蔽通信方法。论文利用切比雪夫混沌信号取代传统调制信号,其功率谱密度较小,能量在全频段均匀分布,表现出类噪声特性,同时该信号由余弦函数产生,且不同信号间相互正交。将基于切比雪夫混沌信号的调制信号叠加在原始哨声信号上,使通信信号表现出仿生性,从而提高通信的隐蔽性。仿真与实测信道的分析结果表明,该方法解决了掩盖失效的问题,隐蔽性能较好,且具有较好的通信性能。论文提出的仿生隐蔽水声通信方法具有良好的隐蔽性和可靠性,在对隐蔽性要求较高的水声传感网络中有较好的应用前景。