航空航天发展方向汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇航空航天发展方向范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

一、美国的航天工业

美国的航天工业经过数十年的发展已形成了庞大的科研生产体系，从事航天工业的员工人数近百万人，其中科研和工程技术人员约占到总数的近80%。美国从事与航天有关的研究与咨询活动的研究机构及学会等约有200多家。按照航天产品和导弹的总体、动力系统和电子设备三大部分的主要承包商统计，约有370多家公司；如果将有关设备、仪器仪表、地面设备、电子元器件及原材料企业也计算在内，则为航天产品配套的公司有1000多家。美国大型航天和导弹公司大多从事航空航天业务，同时经营多种业务，有雄厚的技术开发设计能力。

美国将空间开发与利用作为综合国力新的增长点，确立了发展空间能力为基本国策，不断加强国家对航天工业的协调，实施商业化空间政策，对民用和军用航天计划在技术开发、发射和服务支持方面进行最大限度的协作，并广泛参与世界范围的竞争。美国已形成了一套比较完善的航天与导弹工业管理体制。总统与国会为决策层，总统负责航天和导弹工业发展的战略决策和方针政策，国会进行航天和工业管理的立法，监督政府有关部门的航天和导弹工业管理工作，并通过预算拨款和政策对航天和导弹工业进行宏观调控。国防部与国家航空航天局（NASA）为计划层，国防部是军用航天和导弹的主管部门，NASA是美国民用航天活动的政府主要管理部门，并承担部分军用航空航天计划，NASA还与其它政府部门负责商业航天规划的实施。承包商（工业界）、科研部门、大学等为实施层。

美国在航天工业上的投资远远超出其它国家，2001年达到288亿美元，约占世界所有国家航天预算总和的75%。

到目前为止，美国不仅形成了庞大的航天和导弹研发、生产和管理体系，而且不论是航天运载工具和航天器、还是各类导弹，均形成种类齐全、型号繁多的体系。美国具有世界上最强大的航天运载能力，拥有重型、大、中、小型等多种系列运载火箭，目前只有美国的航天飞机是世界上唯一投入使用的可重复使用的运载器，在研的及预研的可重复使用的运载器数量最多时达到十几种；美国载人航天和空间探测技术发展成熟，目前领导和管理着庞大而复杂的国际空间站工程，数十个空间探测器探测了月球、行星和星际，各类在轨的卫星门类齐全。自人类发射第一颗人造地球卫星以来，各国发射了5000余颗卫星，其中美国占了将近一半。

美国的航天和导弹技术始终处于世界领先地位，这与其长期保持雄厚的航天工业基础和持续的创新能力分不开。航天与导弹技术属于综合技术和系统工程技术，需要以各专业技术为基础。美国十分重视国防技术基础的发展，国防部制订的15项国防关键技术，其中12项都用于航天和导弹的研发。而这些关键技术的绝大多数在世界居领先地位。

二、俄罗斯航天工业

俄罗斯继承了苏联大部分航天与导弹工业的科研设计机构和工业企业，保留了规模巨大航天与导弹工业的基础，以及雄厚的科研、生产、试验和应用能力。独立后，俄联邦政府给航天与导弹工业的财政拨款锐减，许多已列入航天与导弹计划的研制和生产项目被取消或推迟，航天与导弹工业受到巨大的影响。但由于苏联航天与导弹工业的庞大规模和坚实的基础，使俄罗斯至今仍然保持着一个实力仅次于美国、许多领域可以与美国并驾齐驱的航天与导弹工业强国的地位。

俄罗斯非常重视航天工业的发展，在经费有限，航天与导弹发展规模缩小的情况下，突出保证国家航天与导弹重点项目的实施和发展，继续保持重点航天与导弹技术在世界的领先地位。俄罗斯将核威摄力量做为国家安全的基石，保持和发展包括新型战略导弹在内的战略核力量，确保独立研制、生产先进战略导弹系统的能力。鼓励航天与战术导弹产品的出口，积极开展国际航天合作。

目前，俄罗斯航空航天局直接管理着从事航天与导弹系统及相关部件研制的研究设计机构和生产企业一百多家，另有航空航天局内外的45家企业通过合作参与航天器与导弹的研制生产，还有一些俄罗斯与国外合资的航天企业。从事航天与导弹研制与生产的雇员近30万。从独立后的1992年至2000年底，俄罗斯共进行了316次航天发射，先后发射了454个各种轨道的航天器。近5年来，俄罗斯平均每年约进行20～30次航天发射，发射数量大约是苏联时期的1/3。俄罗斯的航天产品包括各种航天运载器、卫星和深空探测器、载人飞船与空间站，建立了完整的航天飞行控制与测量系统，开展了全面的航天应用与丰富空间科学研究活动，是美国之外全球航天产品最齐全、设施最配套的国家。俄罗斯已经形成种类齐全、产品配套的导弹武器系统。总体上说，在许多领域俄罗斯导弹武器系统在品种、技战术水平上都可与美国匹敌。

三、欧洲航天工业

法国是西欧第一航天大国，也是美国和俄罗斯之后的世界第三航天大国。它拥有强大的运载火箭与航天器制造能力和类型较齐全、规模较庞大的导弹研制生产能力。法国航天和导弹工业的规模在西欧居第一位，从业人数和销售额均高居西欧各国之首。法国能独立或为主研制各种大型运载火箭，通信、侦察和对地观测卫星，较大型航天器以及各种类型的导弹，共研制过或正在研制约5个系列的运载火箭、约15种型号的卫星、3种型号的航天器和约60种型号的导弹，具备总体设计、推进、制导、结构、防热等分系统设计与研制以及电池、火工品等零部件研制能力。法国研制生产的各种运载火箭、卫星 、航天器和导弹具有较高的技术和应用水平。其中，通信和遥感卫星性能接近世界先进水平，并带头打破了美国对国际商业通信卫星研制市场的垄断，成为“阿拉伯卫星”和“土耳其卫星”的主承包商；反舰导弹、防空导弹、空空导弹的性能基本接近或达到美国同类武器系统的水平。法国航天大型企业的基础雄厚、设备精良、技术先进，如在“阿里安”火箭总装车间拥有现代化的机器人、加工中心、CAD／CAM、数学仿真、模拟仿真等设备，其设计、研制、管理手段均非常先进。

英国航天和导弹工业的规模，在西方国家中处于前列。英国有比较配套的航天工业产业结构和产品结构，研发、生产能力与水平在西方国家中处于前列。英国航天工业的研发和生产注重选择重点发展方向，主要是在对地观测卫星、小卫星和卫星软件等领域的研发、生产中具有很强的实力；在通信卫星技术领域的研发中处于世界先进水平；能独立研发、生产卫星整星和探空火箭，但不能独立研发、生产运载火箭。英国虽然缺乏战略导弹生产能力，但在战术导弹领域，除了不具备独立研制生产巡航导弹的能力外，其它战术导弹不仅可以独立研发和生产，而且其水平位居世界先进行列，至今已经生产了30多种型号的战术导弹。英国的航天与导弹产品在国际市场上具有一定的竞争力，其中每年战术导弹的出口贸易额达10多亿英镑。

德国近年来在航天器系统设计、制造、管理和工程总承包方面积累了丰富的经验，掌握了许多领域的关键先进技术。在单、双组元液体推进系统，硅太阳电池及复合材料电池板，卫星姿控系统，行波管放大器，光学仪器，电火箭发动机技术等领域拥有世界一流技术。在大型运载火箭第二级液体芯级、液体捆绑助推器、上面级液体火箭发动机、姿控发动机和火箭结构件的研制上具有丰富的经验。德国具有应用卫星和科学实验卫星整星研制的能力，并拥有很高卫星制造水平，尤其在卫星太阳电池系统、姿控系统、光学仪器、卫星通信有效载荷、卫星单组元和双组元推力器及电推进系统领域拥有先进水平。德国近年来积极参与了欧洲阿里安4、阿里安5运载火箭的研制和生产，并自己研制了哥白尼德国邮政卫星。德国不生产战略导弹产品，研制的导弹产品主要有地空导弹、空地导弹、空空导弹、反舰导弹、反坦克导弹等。

篇（2）

作为老牌世界军事强国，俄罗斯的航天实力不容小觑。在苏联的光环下，俄罗斯航天业有着得天独厚的既有条件，使得其在诸多航天领域独具优势。

航天基础设施体系完善 莫斯科郊外的航天中心内，用于宇航员模拟太空练习的离心机正在工作。

20世纪美苏的“星球大战”推进了苏联航天业的快速发展，催生了强大完善的航天力量体系。苏联解体后，俄罗斯继承了苏联85%以上的航天工业，这使得俄在航空航天领域的起点较高，起步较快。诸如航天与导弹工业的科研机构、空天武器装备的生产制造单位、航天器的发射及监测基地等一整套完整的基础设施体系为俄罗斯航天业的发展铺平了道路。

空天核心技术较为成熟 1961年4月12日，苏联航天员尤里・加加林搭乘“东方”号载人航天飞船遨游太空，书写了人类探索太空的新篇章。苏联时期的叱咤雄风并未随苏联的解体而消散，其领先的核心技术在俄得以继承。目前，在运载火箭、反导武器方面，俄可以说独领。自1995年以来，美国军方一直使用俄制RD-180火箭发动机来发射军事和间谍卫星。迄今为止，“质子”-M大型运载火箭也运载了50多颗美国商用卫星。另外，俄正在发展的S-500防空反导系统，可拦截500千米外以5千米/秒速度高速飞行的弹道导弹或战略弹道导弹，以及大气层外的各种高速飞行器，其整体作战效能远远超过全球任何一种现役的防空系统。 追梦路上困难重重

虽然俄罗斯在空天领域占有一定优势，但较苏联来说，却一直在走下坡路，体制机制上的诟病积重难返，基础设施上的损耗也日益严重，这无形中给俄航天业的发展增加了巨大的阻力。

资金不足成为“拖油瓶” 此前，俄总统普京曾痛心疾首地指出，俄航天事业有沦为“航天马车夫”的危险。现在看来，这种形势依然不容乐观。从俄罗斯航天集团公司在2016年1月公布的2016～2025年俄联邦航天计划草案来看，俄未来10年的航天预算将比此前计划大幅缩水。受国际经济形势低迷和卢布汇率持续下跌影响，2016～2025年俄联邦航天预算将由此前计划的2万亿卢布降至1.4万亿卢布，降幅达30%。由此，俄未来10年的航天计划将被迫大幅“瘦身”。例如通过重型运载火箭实施“绕月”探测的时间，将从此前计划的2025年推迟到2025～2030年间实施;首次载人上月球的飞行时间将从2030年推迟至2035年;未来10年研制和发射的航天器数量也由此前计划的185个降至150个;此外，还有数个研究计划被从太空计划中砍掉。由于经费问题，俄空天领域老化的旧武器系统得不到有效改进，先进的新装备也无法列装部队。可以说，资金的短缺已经严重阻碍了俄航天工业的发展。

腐败问题成为“拦路虎” 近年来，俄航天工业效率低下，航天事故频发，多枚火箭发射失败，俄目前在建的大型航天发射场―所谓的“东方航天港”也屡次因为资金问题而导致工程陷入停滞。在2014年，根据俄罗斯相关监管机构的调查结果，联邦航天局内部被发现的金额竟超过18亿美元。俄副总理罗戈津也直言：“在这样的道德腐化程度之下，我们的航天发射屡屡发生事故也就不足为奇了。”所以，俄高层决心根除航天部门久治不愈的顽疾，俄航天集团公司也由此应运而生。

人才流失成为“绊脚石” 近年来，由于在政治、经济等方面的保障及待遇不完善，使得俄国防科技人才大量外流。俄罗斯齐奥尔科夫斯基航天科学院专家卡拉什表示，许多一流专家没有在一线工作，他们的兴趣点也不在加速俄航天技术发展方面，而更关注自己的职位和薪水。虽然政府最近几年在航空航天产业投入了大量资金支持其发展，但这些费用大都投给了新的研发项目，而投入到人才培养上的资金相对不足，造成了目前俄罗斯大部分掌握尖端技术的科学家仍都是年过半百的老科学家，年轻科学家和技术人员的比例越来越低，甚至出现“断崖”。 砥砺前行，只为空天梦

俄罗斯曾是雄霸一时的世界大国，自然不甘愿沦当“航天马车夫”。同时，俄罗斯也清楚，随着新时期战争形态的深刻变革，空天领域将是未来敌我较量的主要战场。因此，俄罗斯十分重视空天力量的发展，不断采取措施以实现孜孜以求的空天梦。

整合结构，聚焦精干 未来作战是体系间的作战，构建完善的空天作战防御体系显得十分必要。俄罗斯从1993年就已经开始着手筹建太空作战、预警和侦察系统，并于1997年合并完成了火箭部队、军事航天部队和导弹防御部队建设，到2001年已正式创建了“天军”―航天部队。2006年4月5日，俄罗斯总统批准了新的《空天防御构想》，明确了俄军空天防御体系的建设原则、结构组成、作战目标、建设步骤、未来发展方向等一系列重要的事宜。近年来，乘着“新面貌”军改的浪潮，俄在2011年开始建立“集防空、反导和太空防御为一体”的“国家空天防御系统”，组建空天防御兵，并于2015年8月正式成立空天军，整合了战略预警、导弹防御、要地防空、外空监控、航天支援保障等力量，大大提升了空天作战能力，实现了防空、反导、太空防御“三位一体”的目标要求。在2016年1月，俄又将国家航天局改为俄罗斯国家航天集团公司，旨在进一步精简组织编制、改善指挥能力、增强作战能力，加速落实“空天一体”的战略构想。这一路走来，俄罗斯披荆斩棘，乘风破浪，不断朝着精简、高效的空天作战防御体系迈进，大大推动了航天事业的发展。

防御为主，瞄准打赢 现今武装斗争的重心已转向空天领域，未来武装冲突的结局将主要由空天领域的对抗决定。2001年，美国单方面退出《反导条约》，在外空攻防对抗中采取“先发制人”的进攻战略原则。近年来，美国不断试飞X-37B空天飞机，使得全球快速打击不再遥不可及，隐身飞机、精确制导武器的广泛应用又给各国空天安全带来严重挑战。面对来自美国及其盟友咄咄逼人的空天威胁，俄罗斯结合目前的政治经济现状，认为优先发展空天防御、避免陷入军备竞赛、保证国家安全是当下的首要任务。为此，根据俄航天10年计划，反卫星武器将是重点发展对象，积极推进反卫星武器的研究和部署，压制和削弱美国的反导体系成为了工作的主要目标。目前，俄罗斯航天导弹防御部队可监视8500个太空目标，能对美国全境内所有洲际弹道导弹发射场进行全天候监视，已建成15个快速反低轨道卫星系统发射台，拥有100部导弹发射装置。在武器系统上，俄罗斯主攻的“白杨”-M导弹及主守的S-400“凯旋”反导系统提供了尖锐的利器和坚实的盾牌，让美国精心部署的空天攻防武器显得“力不从心”。

篇（3）

卫星除了通信即信息传递外，还有对地观测、感知太空和导航定位等用途。其中导航定位最为复杂，它靠建立几十颗按一定规律运行的卫星组成的星座来实现。而北斗将会给人们提供超出想象的导航定位服务。

北斗的导航服务包括两种类型，即开放服务和授权服务。开放服务包括在服务区内免费提供定位、测速和授时服务，定位精度可以到米级。授权服务可以向授权用户提供更安全、精度更高的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。所以从时间到空间，北斗导航可以提供基准，可针对不同用户的需求提供服务，满足各种不同用户的需求，而今后高精度全球导航卫星系统毫米级定位技术成熟，将大大促进专业和科学研究应用的发展。

根据计划，到2020年左右，我国将建成由30余颗卫星组成的北斗全球卫星导航系统，提供覆盖全球的高精度、高可靠定位导航和授时服务，北斗将与全球定位系统（GPS）一样，成为向全球提供服务的卫星导航系统。为人类贡献了“司南”的中华民族，通过北斗计划，进入了定位和授时的宇航时代。

超越想象力的导航应用

当前，中国卫星定位产业的发展速度有目共睹，数十年来，中国一直致力于研制自主的卫星导航系统。北斗计划从最初的“最高机密”，到如今已逐步推广应用。如今全球卫星导航定位技术的应用领域，上至航空航天，下至工业、渔业、农业生产和日常生活，可谓无所不在，甚至说是“仅受人类想象力的制约”。而当区域系统和全球系统建成以后，北斗的威力会成倍增加，将具备和GPS完全一样的功能，产生巨大的经济和社会效益。

据悉，海南省自2010年11月开始，投资7915万元在全省6000多艘大中型渔船上安装了北斗导航系统，对大中型渔船实施有效监控管理，系统运行一年以来，通过北斗监控平台先后发送热带气旋等危险气象信息1.25万余次，为渔民挽回经济损失上亿元。

位置云时代的发展机遇

我国导航领域的另一个重要发展方向是与移动通信结合的基于卫星导航的位置服务和集成应用。如今，全球的卫星导航系统已经进入了百姓生活，基于卫星导航的位置服务是具有社会特性的新兴产业和创意型产业，机遇极多，且产值非常高，产业前景巨大。位置服务市场包含了国家地理信息基础设施投入、电子地图、移动互联网、云计算、空间地理数据库等各领域实现跨平台、跨网络、跨行业的全新市场。在可以预见的将来，位置云会像水和电一样普通，每个行业、企业乃至个人都会头顶“云朵”，从云中摘取想要的信息，位置云也会覆盖全社会的各个角落，从专业应用到行业应用，再到特殊应用，导航与位置服务将彻底改善我们的生活。

（2012年3月24日《人民日报海外版》，有删改）

[阅读训练]

1.文章开头一段主要告诉我们什么信息？

2.请根据语段内容在文章中的括号内填上适当的小标题。

3. 根据文章内容说说北斗导航的开放服务和授权服务的不同之处。

篇（4）

1　对汽车发动机优化技术的研究和应用现状

目前各类发动机研发工作的共同重点包括降低油耗、减少排放、减轻质量以及减少磨损等，为了达到这些目标，在发动机设计中应用优化技术是一个重要的手段。当前发动机的优化工作主要在发动机结构、材料、燃料及燃烧、排放以及多学科优化等几个方面展开。

第一方面对发动机结构及材料优化技术：发动机结构优化主要是优化关键零部件的形状以改善发动机性能。新型复合材料如碳化硅、氮化硅、氧化锆、石墨及合成石墨等不断用于发动机结构。通过建立发动机复合材料叶片各截面应力应变解析式和最大应力准则，对叶片进行最大强度的优化分析。第二方面是对发动机燃烧优化技术：随着世界能源问题和环境污染问题的日趋严重，汽车作为污染环境和消耗能源的大户，备受人们的关注。发动机燃烧过程直接影响节能和环保，对发动机燃烧过程优化的研究越来越受到重视。主要是从喷射系统、进气管系、燃烧室形状等几方面对其进行优化设计。在发动机燃烧喷射系统方面，借助于先进电子控制技术，能准确地调节燃油供给，优化喷油定时和喷油次数，控制气缸内的混合状态、燃烧室内的燃油分布，降低排放污染。对新型脉动式电控燃油喷射系统的喷射定时问题，研究了发动机直接喷射技术的优化问题。第三方面是发动机多学科优化技术：发动机设计以结构、热力、燃烧、强度、振动、流体、传热等多个学科为基础，可变因素多，随机性大，是一个可变互耦系统的优化问题。多学科设计优化通过充分利用各个学科之间的相互作用所产生的协同效应，获得系统的整体最优解，主要体现在在以下几个方面。第一是：多目标优化，发动机的优化涉及到多个目标，与单目标优化问题不同的是这些目标函数往往耦合在一起，且每一个目标具有不同的物理意义和量纲。它们的关联性和冲突性使得对其优化变得十分困难。多目标优化方法可以分为如下两大类并且已在发动机的优化设计中得到了应用；第二是不确定性优化：在发动机的生产及实际使用中，总是存在着材料特性、制造、装配及载荷等方面的误差或不确定性。虽然在多数情况中，误差或不确定性很小，但这些误差或不确定性结合在一起可能对发动机的性能和可靠性产生很大的影响。对于此类不确定性问题的优化，传统的优化方法已无法解决，而必须求助于不确定性优化方法。第三方面是多学科优化的方法与策略多学科优化的主要思想是在设计的整个过程中集成各个学科的知识，应用有效的设计优化策略及相应的优化方法，组织和管理设计过程。其目的是通过充分利用各个学科之间的相互作用所产生的协同效应，获得系统的整体最优解。第四方面是优化算法：在发动机设计中用到的优化算法，既有常规优化算法，也有遗传算法、人工神经网络等智能优化方法。

2　发展方向

篇（5）

1.引言

随着信息媒体的数字化，特别是计算机网络的迅速发展和广泛应用，为信息的存取和传递提供了极大的便利，同时也提高了信息表达的效率和准确性。但是随之而来的数字作品的版权问题和信息安全问题越来越引起人们的关注。数字水印（digital watermarking）技术[1]作为新兴的信息安全技术，为解决数字作品的侵权问题提供了一个有效的解决途径。近年来，数字水印技术研究取得了很大进展，并陆续提出了一系列优秀的水印嵌入算法。进而关于彩色图像的水印嵌入算法、多功能水印嵌入算法等也相继出现，以及数字水印与其它技术相结合的研究也取得了一些重要成果。这使得数字水印技术的应用越来越广泛而受到人们的关注。

2.数字水印技术

2.1 数字水印概念

数字水印技术[2]是利用数字作品中普遍存在的冗余数据与随机性，将数字、序列号、文字、图像标志等版权信息嵌入到被保护的数字作品本身中，通过检测和提取水印，可以标识和验证出数字化图像、视频和音频作品的作者、拥有者、发行者或授权消费者的信息，还可以追溯数字作品的非法传播，从而起到版权保护、秘密通信、数据文件的真伪鉴别和产品标识等作用。

水印技术中，隐蔽性和鲁棒性是最基本的要求，影响隐蔽性和鲁棒性的因素主要是水印的结构和嵌入方法。水印容量与鲁棒性构成了一对基本矛盾，即嵌入的水印信息越多，算法的鲁棒性越差。

2.2 应用

数字水印主要在以下几个领域[3]：

（1）版权保护

（2）篡改提示

（3）票据、证件防伪

（4）隐蔽通信

2.3 数字水印典型算法

数字水印算法大致可以分为两类：空域算法和变换域算法。空域算法直接修改图像像素值的数值，将数字水印直接加载在载体上。常见的有LSB（least significant bits）算法、拼凑算法（Patchwork）和纹理映射算法、文档的结构微调算法。空域算法实现简单，而且可以根据信号的局部特征进行自适应，但鲁棒性差，难以抵抗各种攻击。

变换域算法也即频域算法，由于频域中能量分布集中，有利于保证水印算法的隐蔽性，逐渐成为研究重点。常见的变换域算法有离散傅里叶变换算法（DFT）、离散余弦变换算法（DCT）、离散小波变换算法（DWT）及提升小波变换算法（LWT）。本文重点介绍离散小波及提升小波变换算法在数字水印中的应用。

3.提升小波变换

3.1 提升小波变换基本原理

1995年Sweldens提出一种不依赖于傅里叶变换的新的小波构造方法—提升格式（Lifting Scheme）[4]，称之为第二代小波变换。基于提升方法的小波变换既保持了传统小波的优点，又克服了它的局限性，正好可以将它的这些特点应用到数字水印技术中。提升小波变换很容易实现整数小波变换，可以使小波变换用于信号的无损压缩。一个完整的提升小波方案包含了三个步骤，即分裂（Split）、预测（Predict）和更新（Update）。

3.2 提升小波变换的分解

（1）分裂：将原始数据列分解为两个互不相交的子集，通常为偶数列和奇数列，表达式如下：

（2）预测：利用数据间的相关性，用偶序列预测奇数序列，预测过程表达式为：

（3）更新：通过算子产生一个数据子集来代替，表达式为：

通过上述三个过程，可将原始信号分解为下一级分辨率的低频信号和高频信号。至此，完成了一次提升，相当于小波的一层分解。对于低频信号可继续进行同样的分解。

一个完整的提升小波分解如图1所示。

与传统的第一代小波变换相比，LWT具有以下优点[11]：a）继承了第一代小波的多分辨率特征；b）不依赖于傅里叶变换；c）效率高，利用复合幅值，减少了浮点运算量，实现结构将更简单，运算速度快；d）小波变换后的系数是整数，可方便实现整数到整数的小波变换；e）图像的恢复质量与变换时边界采取何种延拓方式无关；f）计算时无须额外的存储开销，实现了本位操作，节省了内存。

4.现有算法分析

Kundun等人[5]提出一种按照小波分解层次自适应的数字水印算法，水印信号是一个二值图像，但原图是水印图像大小的2m次方倍。原图经过L层小波变换，水印图像也经过一层的小波变换。Kundun等人在嵌入水印时还考虑了（HVS），加入了与局部HVS特征相关的水印强度系数，提高了算法的性能。但是此水印检测时仍需要原图，为非盲水印。文献[6]也是基于DWT的数字水印，且考虑了HVS特征。它用一个全局阈值来选取需要嵌入水印的系数，且实现了盲水印。

单纯的基于小波变换在内的各种时频分析的水印算法，如果不辅以其他改进措施，很难抵抗剪切、旋转、放缩等几何攻击。2004年，图像的奇异值分解[7]对于几何失真（转置、镜像、旋转、放大、平移）具有不变性的理论一经证明，奇异值分解便很快被应用于数字水印技术中，并取得了一些重要的科研成果。

Liu等[8]提出了一种基于奇异值的水印算法，具有较好的鲁棒性。

文献[9]提出了一种改进型的基于分块奇异值分解（Block—SVD）的数字水印算法，该方法采取了分块的思想，将原始图像矩阵分成8×8的小块，因此无需计算整个图像矩阵的SVD，从而缩短了水印嵌入和提取的时间，尤其对大图像效果明显。同时文献[9]引入了检测器失真补偿技术来提高取出的水印的视觉质量。

奇异值矩阵可以作为嵌入水印的宿主信号，而正交矩阵中同样也可以嵌入水印信息[10]。

王丽佳[11]设计了一种改进的基于提升小波的彩色水印算法，在彩色的Cb分量上嵌入二值水印信息，采用自适应阈值调整的方法在中低频子带分块嵌入水印，提取时采用集合校正提高算法的鲁棒性，并且不需要原始图像，实现了盲提取。仿真实验证明该算法不仅有较好的隐蔽性，而且对噪声攻击、JPEG压缩、旋转、剪切攻击等具有很强的鲁棒性，但是难以抵抗低通滤波操作的破坏。

上述算法都只实现了一种水印嵌入，具有单一的功能，安全性、保密性都不能满足实际需求。多频道或多功能水印嵌入算法在早期的国外研究中就已经出现[12]。Rashmi Agarwal等[13]提出基于奇异值的多频道数字水印算法。首先分离彩色图像的R，G，B三个颜色通道，然后分别作奇异值分解，提取正交矩阵。第二步将三幅不同的水印图像分别作奇异值分解，同样提取正交矩阵，最后将三个不同的正交矩阵按顺序分别嵌入到宿主图像的三个颜色通道的正交矩阵中。该算法的新颖之处在于不仅在一幅图像中嵌入了不同的水印图像，实现最大数量水印信息的嵌入，还同样适用于一种水印的嵌入，而且仿真实验证明该算法的鲁棒性较好，同样又兼顾了水印的不可见性。但在水印检测时需要原图像，为非盲水印。

国内关于多种水印的嵌入算法研究也取得了一些重要成果。[14]首先对每个颜色通道进行三级离散小波变换（DWT），然后修改不同分辨率层间小波系数，并利用它们之间的相关性来嵌入版权保护和操作跟踪数字水印。该算法对有损压缩攻击具有很好的稳健性，而且在数字水印的提取过程中不需要原始图像。该算法不仅嵌入多种水印，且实现了多种功能，仿真实验表明该算法具有较强的鲁棒性，并对区域认证和完整性验证更为有效。

王向阳[15]等提出了一种半脆弱水印算法，该算法同时具备版权保护及内容认证功能。首先将原始彩色图像转换到YCbCr彩色空间，然后对亮度Y进行小波分解，用混沌序列对分解后的小波近似系数调制生成基于图像内容的数字水印信号，最后对亮度及色度均进行小波分解，结合HVS及局部系数相关特性，通过分块量化将水印信号嵌入到载体图像的小波域中，从而实现了版权保护和内容认证。在选取量化步长时，引入反映人眼视觉系统的感知计算模型，依据小波域相邻子带的相关性，利用相同分解级的两个相邻子带内相同位置的视觉感知特性值来预测小波系数上嵌入的量化步长值。但是，该算法只实现了一种嵌入算法，安全性不够高，同时又主要是用于内容认证，版权保护功能不能充分发挥。

陈光喜等[16]结合提升小波设计出一种新的多功能水印算法。首先将图像进行一级LWT，选取低频子带嵌入版权水印，选取中频子带嵌入认证水印。具体步骤为：首先对低频子带系数进行自适应量化取整，选取量化取整后的较高比特位（如第4到第6六位中的一位）异或运算，结果和待嵌入的水印对应位再进行异或运算，得到密钥，通过可以验证并恢复出水印。这样不直接将版权水印嵌入图像，并未改变原图像内容，从而提高了图像的质量。在嵌入内容认证水印时，则采用系数抖动调制的方法。首先将中频子带分块，在每个子块中任意选取一个系数，用量化步长量化，再根据量化结果将系数重新调整到区间中心，在每个子块嵌入1比特的水印信息。这样水印比特不仅具备了一定的抗干扰能力，且能够被正确检测出来。这里量化步长的选取仍采用了文献[15]的方法。该算法实现了多功能水印的不同算法嵌入，实验表明能够很好地实现数字图像版权保护、篡改检测和定位，提取出的双水印的峰值信噪比（PSNR）高于文献[15]的，同时兼顾了隐蔽性和鲁棒性之间的平衡。但是因为系数的选取是随机的，如果选取了一些不重要的、较大的或者很小的系数，水印信息很容易遭到滤波、几何攻击的操作破坏。

通常，嵌入的水印信息越多，图像的质量就越受到影响。因此，多功能（多种）水印的嵌入算法仍然需要完善和改进，特别是如何减小对原始图像质量的影响以及提高水印的鲁棒性。

另外，一些作者还将数字水印技术与其他技术领域相结合，也取得了一些重要成果，主要有以下几方面：

（1）与生物识别技术的结合。生物特征具有唯一性、与生俱来、易于识别等特点，安全性高。因此，将生物特征作为水印，可以作为身份、版权的唯一标识，达到更好的版权保护。郭小晋[18]设计一种基于指纹的数字水印方案。首先将原始图像和加密后的水印图像分别分成8×8的小块，然后对每一个小块分别进行离散余弦变换（DCT），对个子块的DCT系数按Zigzag排序，取出水印图像排序后的前20个系数作为水印嵌入原始图像中。在嵌入水印时，根据人眼视觉系统（HVS）的特性选取嵌入水印的DCT系数位置，再根据嵌入公式嵌入水印信息。这里分别进行了不同嵌入强度的仿真实验，最后确定嵌入强度为0.8。该方案因采用分块的方法，嵌入的水印信息量较大；水印是能够表明身份的指纹图像，安全性高；有很强的抗剪切、抗JPEG压缩能力。

（2）数字水印处理技术与压缩编码算法的结合。乔社娟，张菊香等[18]提出基于PDF417和提升小波的数字图像水印算法。首先对原始图像进行三级提升小波变换，选取低频子带嵌入水印信息。水印预处理过程则是先用PDF417对其编码，结合密钥采用混沌序列进行置乱加密，得到加密后的二值水印信息嵌入到原始图像低频子带中。该算法利用PDF417编码特性，采用Reed—Solomon校验码，具有强检错、纠错功能，提高了水印的质量，实现对水印信息的双重安全保护。但是水印是嵌在低频子带中，抗几何攻击的能力不高，且很可能在经过低通滤波时水印信息就被滤掉。

除了PDF417编码技术，Vongpradhip，S.等提出基于QR编码的水印算法。首先对原始图像进行QR编码，再进行离散余弦变换将其分解成不同的频带，选取中频子带嵌入水印信息。仿真实验证明该算法具有较强的抗JPEG压缩和抗噪声攻击的能力。

基于压缩编码技术的数字水印在抗击压缩方面有着突出的优势，但是难以抵抗滤波操作（低通和高通），而水印信息通常是在滤波的时候被去掉的。因此，仅仅靠压缩编码技术提高水印的鲁棒性是不够的，可以根据实际情况辅以其他措施，来提高水印的安全性和稳健性。

5.结束语

数字水印技术是近年来信息隐藏技术中兴起的一个前沿研究领域，与信息安全、数据加密等有着密切的关系，应用也非常广泛，特别是针对现代网络技术的迅速发展，更具现实意义。而提升小波变换因其独特的优点也会越来越被广泛应用于数字水印技术中。今后数字水印技术仍将着重于多功能（多种）数字水印、水印信息加密技术、稳健性、稳健性与隐蔽性之间的平衡以等方向，如何将这些技术运用到音频水印、视频水印中也值得去探讨。因此，数字水印技术仍是一项具有挑战的研究课题。

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