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序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇航空航天發展方向范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。
一、美國的航天工業
美國的航天工業經過數十年的發展已形成了龐大的科研生產體系，從事航天工業的員工人數近百萬人，其中科研和工程技術人員約占到總數的近80%。美國從事與航天有關的研究與咨詢活動的研究機構及學會等約有200多家。按照航天產品和導彈的總體、動力系統和電子設備三大部分的主要承包商統計，約有370多家公司；如果將有關設備、儀器儀表、地面設備、電子元器件及原材料企業也計算在內，則為航天產品配套的公司有1000多家。美國大型航天和導彈公司大多從事航空航天業務，同時經營多種業務，有雄厚的技術開發設計能力。
美國將空間開發與利用作為綜合國力新的增長點，確立了發展空間能力為基本國策，不斷加強國家對航天工業的協調，實施商業化空間政策，對民用和軍用航天計劃在技術開發、發射和服務支持方面進行最大限度的協作，并廣泛參與世界范圍的競爭。美國已形成了一套比較完善的航天與導彈工業管理體制。總統與國會為決策層，總統負責航天和導彈工業發展的戰略決策和方針政策，國會進行航天和工業管理的立法，監督政府有關部門的航天和導彈工業管理工作，并通過預算撥款和政策對航天和導彈工業進行宏觀調控。國防部與國家航空航天局（NASA）為計劃層，國防部是軍用航天和導彈的主管部門，NASA是美國民用航天活動的政府主要管理部門，并承擔部分軍用航空航天計劃，NASA還與其它政府部門負責商業航天規劃的實施。承包商（工業界）、科研部門、大學等為實施層。
美國在航天工業上的投資遠遠超出其它國家，2001年達到288億美元，約占世界所有國家航天預算總和的75%。
到目前為止，美國不僅形成了龐大的航天和導彈研發、生產和管理體系，而且不論是航天運載工具和航天器、還是各類導彈，均形成種類齊全、型號繁多的體系。美國具有世界上最強大的航天運載能力，擁有重型、大、中、小型等多種系列運載火箭，目前只有美國的航天飛機是世界上唯一投入使用的可重復使用的運載器，在研的及預研的可重復使用的運載器數量最多時達到十幾種；美國載人航天和空間探測技術發展成熟，目前領導和管理著龐大而復雜的國際空間站工程，數十個空間探測器探測了月球、行星和星際，各類在軌的衛星門類齊全。自人類發射第一顆人造地球衛星以來，各國發射了5000余顆衛星，其中美國占了將近一半。
美國的航天和導彈技術始終處于世界領先地位，這與其長期保持雄厚的航天工業基礎和持續的創新能力分不開。航天與導彈技術屬于綜合技術和系統工程技術，需要以各專業技術為基礎。美國十分重視國防技術基礎的發展，國防部制訂的15項國防關鍵技術，其中12項都用于航天和導彈的研發。而這些關鍵技術的絕大多數在世界居領先地位。
二、俄羅斯航天工業
俄羅斯繼承了蘇聯大部分航天與導彈工業的科研設計機構和工業企業，保留了規模巨大航天與導彈工業的基礎，以及雄厚的科研、生產、試驗和應用能力。獨立后，俄聯邦政府給航天與導彈工業的財政撥款銳減，許多已列入航天與導彈計劃的研制和生產項目被取消或推遲，航天與導彈工業受到巨大的影響。但由于蘇聯航天與導彈工業的龐大規模和堅實的基礎，使俄羅斯至今仍然保持著一個實力僅次于美國、許多領域可以與美國并駕齊驅的航天與導彈工業強國的地位。
俄羅斯非常重視航天工業的發展，在經費有限，航天與導彈發展規模縮小的情況下，突出保證國家航天與導彈重點項目的實施和發展，繼續保持重點航天與導彈技術在世界的領先地位。俄羅斯將核威攝力量做為國家安全的基石，保持和發展包括新型戰略導彈在內的戰略核力量，確保獨立研制、生產先進戰略導彈系統的能力。鼓勵航天與戰術導彈產品的出口，積極開展國際航天合作。
目前，俄羅斯航空航天局直接管理著從事航天與導彈系統及相關部件研制的研究設計機構和生產企業一百多家，另有航空航天局內外的45家企業通過合作參與航天器與導彈的研制生產，還有一些俄羅斯與國外合資的航天企業。從事航天與導彈研制與生產的雇員近30萬。從獨立后的1992年至2000年底，俄羅斯共進行了316次航天發射，先后發射了454個各種軌道的航天器。近5年來，俄羅斯平均每年約進行20～30次航天發射，發射數量大約是蘇聯時期的1/3。俄羅斯的航天產品包括各種航天運載器、衛星和深空探測器、載人飛船與空間站，建立了完整的航天飛行控制與測量系統，開展了全面的航天應用與豐富空間科學研究活動，是美國之外全球航天產品最齊全、設施最配套的國家。俄羅斯已經形成種類齊全、產品配套的導彈武器系統。總體上說，在許多領域俄羅斯導彈武器系統在品種、技戰術水平上都可與美國匹敵。
三、歐洲航天工業
法國是西歐第一航天大國，也是美國和俄羅斯之后的世界第三航天大國。它擁有強大的運載火箭與航天器制造能力和類型較齊全、規模較龐大的導彈研制生產能力。法國航天和導彈工業的規模在西歐居第一位，從業人數和銷售額均高居西歐各國之首。法國能獨立或為主研制各種大型運載火箭，通信、偵察和對地觀測衛星，較大型航天器以及各種類型的導彈，共研制過或正在研制約5個系列的運載火箭、約15種型號的衛星、3種型號的航天器和約60種型號的導彈，具備總體設計、推進、制導、結構、防熱等分系統設計與研制以及電池、火工品等零部件研制能力。法國研制生產的各種運載火箭、衛星 、航天器和導彈具有較高的技術和應用水平。其中，通信和遙感衛星性能接近世界先進水平，并帶頭打破了美國對國際商業通信衛星研制市場的壟斷，成為“阿拉伯衛星”和“土耳其衛星”的主承包商；反艦導彈、防空導彈、空空導彈的性能基本接近或達到美國同類武器系統的水平。法國航天大型企業的基礎雄厚、設備精良、技術先進，如在“阿里安”火箭總裝車間擁有現代化的機器人、加工中心、CAD／CAM、數學仿真、模擬仿真等設備，其設計、研制、管理手段均非常先進。
英國航天和導彈工業的規模，在西方國家中處于前列。英國有比較配套的航天工業產業結構和產品結構，研發、生產能力與水平在西方國家中處于前列。英國航天工業的研發和生產注重選擇重點發展方向，主要是在對地觀測衛星、小衛星和衛星軟件等領域的研發、生產中具有很強的實力；在通信衛星技術領域的研發中處于世界先進水平；能獨立研發、生產衛星整星和探空火箭，但不能獨立研發、生產運載火箭。英國雖然缺乏戰略導彈生產能力，但在戰術導彈領域，除了不具備獨立研制生產巡航導彈的能力外，其它戰術導彈不僅可以獨立研發和生產，而且其水平位居世界先進行列，至今已經生產了30多種型號的戰術導彈。英國的航天與導彈產品在國際市場上具有一定的競爭力，其中每年戰術導彈的出口貿易額達10多億英鎊。
德國近年來在航天器系統設計、制造、管理和工程總承包方面積累了豐富的經驗，掌握了許多領域的關鍵先進技術。在單、雙組元液體推進系統，硅太陽電池及復合材料電池板，衛星姿控系統，行波管放大器，光學儀器，電火箭發動機技術等領域擁有世界一流技術。在大型運載火箭第二級液體芯級、液體捆綁助推器、上面級液體火箭發動機、姿控發動機和火箭結構件的研制上具有豐富的經驗。德國具有應用衛星和科學實驗衛星整星研制的能力，并擁有很高衛星制造水平，尤其在衛星太陽電池系統、姿控系統、光學儀器、衛星通信有效載荷、衛星單組元和雙組元推力器及電推進系統領域擁有先進水平。德國近年來積極參與了歐洲阿里安4、阿里安5運載火箭的研制和生產，并自己研制了哥白尼德國郵政衛星。德國不生產戰略導彈產品，研制的導彈產品主要有地空導彈、空地導彈、空空導彈、反艦導彈、反坦克導彈等。
作為老牌世界軍事強國，俄羅斯的航天實力不容小覷。在蘇聯的光環下，俄羅斯航天業有著得天獨厚的既有條件，使得其在諸多航天領域獨具優勢。
航天基礎設施體系完善 莫斯科郊外的航天中心內，用于宇航員模擬太空練習的離心機正在工作。
20世紀美蘇的“星球大戰”推進了蘇聯航天業的快速發展，催生了強大完善的航天力量體系。蘇聯解體后，俄羅斯繼承了蘇聯85%以上的航天工業，這使得俄在航空航天領域的起點較高，起步較快。諸如航天與導彈工業的科研機構、空天武器裝備的生產制造單位、航天器的發射及監測基地等一整套完整的基礎設施體系為俄羅斯航天業的發展鋪平了道路。
空天核心技術較為成熟 1961年4月12日，蘇聯航天員尤里?加加林搭乘“東方”號載人航天飛船遨游太空，書寫了人類探索太空的新篇章。蘇聯時期的叱咤雄風并未隨蘇聯的解體而消散，其領先的核心技術在俄得以繼承。目前，在運載火箭、反導武器方面，俄可以說獨領。自1995年以來，美國軍方一直使用俄制RD-180火箭發動機來發射軍事和間諜衛星。迄今為止，“質子”-M大型運載火箭也運載了50多顆美國商用衛星。另外，俄正在發展的S-500防空反導系統，可攔截500千米外以5千米/秒速度高速飛行的彈道導彈或戰略彈道導彈，以及大氣層外的各種高速飛行器，其整體作戰效能遠遠超過全球任何一種現役的防空系統。 追夢路上困難重重
雖然俄羅斯在空天領域占有一定優勢，但較蘇聯來說，卻一直在走下坡路，體制機制上的詬病積重難返，基礎設施上的損耗也日益嚴重，這無形中給俄航天業的發展增加了巨大的阻力。
資金不足成為“拖油瓶” 此前，俄總統普京曾痛心疾首地指出，俄航天事業有淪為“航天馬車夫”的危險。現在看來，這種形勢依然不容樂觀。從俄羅斯航天集團公司在2016年1月公布的2016～2025年俄聯邦航天計劃草案來看，俄未來10年的航天預算將比此前計劃大幅縮水。受國際經濟形勢低迷和盧布匯率持續下跌影響，2016～2025年俄聯邦航天預算將由此前計劃的2萬億盧布降至1.4萬億盧布，降幅達30%。由此，俄未來10年的航天計劃將被迫大幅“瘦身”。例如通過重型運載火箭實施“繞月”探測的時間，將從此前計劃的2025年推遲到2025～2030年間實施;首次載人上月球的飛行時間將從2030年推遲至2035年;未來10年研制和發射的航天器數量也由此前計劃的185個降至150個;此外，還有數個研究計劃被從太空計劃中砍掉。由于經費問題，俄空天領域老化的舊武器系統得不到有效改進，先進的新裝備也無法列裝部隊。可以說，資金的短缺已經嚴重阻礙了俄航天工業的發展。
腐敗問題成為“攔路虎” 近年來，俄航天工業效率低下，航天事故頻發，多枚火箭發射失敗，俄目前在建的大型航天發射場―所謂的“東方航天港”也屢次因為資金問題而導致工程陷入停滯。在2014年，根據俄羅斯相關監管機構的調查結果，聯邦航天局內部被發現的金額竟超過18億美元。俄副總理羅戈津也直言：“在這樣的道德腐化程度之下，我們的航天發射屢屢發生事故也就不足為奇了。”所以，俄高層決心根除航天部門久治不愈的頑疾，俄航天集團公司也由此應運而生。
人才流失成為“絆腳石” 近年來，由于在政治、經濟等方面的保障及待遇不完善，使得俄國防科技人才大量外流。俄羅斯齊奧爾科夫斯基航天科學院專家卡拉什表示，許多一流專家沒有在一線工作，他們的興趣點也不在加速俄航天技術發展方面，而更關注自己的職位和薪水。雖然政府最近幾年在航空航天產業投入了大量資金支持其發展，但這些費用大都投給了新的研發項目，而投入到人才培養上的資金相對不足，造成了目前俄羅斯大部分掌握尖端技術的科學家仍都是年過半百的老科學家，年輕科學家和技術人員的比例越來越低，甚至出現“斷崖”。 砥礪前行，只為空天夢
俄羅斯曾是雄霸一時的世界大國，自然不甘愿淪當“航天馬車夫”。同時，俄羅斯也清楚，隨著新時期戰爭形態的深刻變革，空天領域將是未來敵我較量的主要戰場。因此，俄羅斯十分重視空天力量的發展，不斷采取措施以實現孜孜以求的空天夢。
整合結構，聚焦精干 未來作戰是體系間的作戰，構建完善的空天作戰防御體系顯得十分必要。俄羅斯從1993年就已經開始著手籌建太空作戰、預警和偵察系統，并于1997年合并完成了火箭部隊、軍事航天部隊和導彈防御部隊建設，到2001年已正式創建了“天軍”―航天部隊。2006年4月5日，俄羅斯總統批準了新的《空天防御構想》，明確了俄軍空天防御體系的建設原則、結構組成、作戰目標、建設步驟、未來發展方向等一系列重要的事宜。近年來，乘著“新面貌”軍改的浪潮，俄在2011年開始建立“集防空、反導和太空防御為一體”的“國家空天防御系統”，組建空天防御兵，并于2015年8月正式成立空天軍，整合了戰略預警、導彈防御、要地防空、外空監控、航天支援保障等力量，大大提升了空天作戰能力，實現了防空、反導、太空防御“三位一體”的目標要求。在2016年1月，俄又將國家航天局改為俄羅斯國家航天集團公司，旨在進一步精簡組織編制、改善指揮能力、增強作戰能力，加速落實“空天一體”的戰略構想。這一路走來，俄羅斯披荊斬棘，乘風破浪，不斷朝著精簡、高效的空天作戰防御體系邁進，大大推動了航天事業的發展。
防御為主，瞄準打贏 現今武裝斗爭的重心已轉向空天領域，未來武裝沖突的結局將主要由空天領域的對抗決定。2001年，美國單方面退出《反導條約》，在外空攻防對抗中采取“先發制人”的進攻戰略原則。近年來，美國不斷試飛X-37B空天飛機，使得全球快速打擊不再遙不可及，隱身飛機、精確制導武器的廣泛應用又給各國空天安全帶來嚴重挑戰。面對來自美國及其盟友咄咄逼人的空天威脅，俄羅斯結合目前的政治經濟現狀，認為優先發展空天防御、避免陷入軍備競賽、保證國家安全是當下的首要任務。為此，根據俄航天10年計劃，反衛星武器將是重點發展對象，積極推進反衛星武器的研究和部署，壓制和削弱美國的反導體系成為了工作的主要目標。目前，俄羅斯航天導彈防御部隊可監視8500個太空目標，能對美國全境內所有洲際彈道導彈發射場進行全天候監視，已建成15個快速反低軌道衛星系統發射臺，擁有100部導彈發射裝置。在武器系統上，俄羅斯主攻的“白楊”-M導彈及主守的S-400“凱旋”反導系統提供了尖銳的利器和堅實的盾牌，讓美國精心部署的空天攻防武器顯得“力不從心”。
衛星除了通信即信息傳遞外，還有對地觀測、感知太空和導航定位等用途。其中導航定位最為復雜，它靠建立幾十顆按一定規律運行的衛星組成的星座來實現。而北斗將會給人們提供超出想象的導航定位服務。
北斗的導航服務包括兩種類型，即開放服務和授權服務。開放服務包括在服務區內免費提供定位、測速和授時服務，定位精度可以到米級。授權服務可以向授權用戶提供更安全、精度更高的定位、測速、授時和通信服務以及系統完好性信息。所以從時間到空間，北斗導航可以提供基準，可針對不同用戶的需求提供服務，滿足各種不同用戶的需求，而今后高精度全球導航衛星系統毫米級定位技術成熟，將大大促進專業和科學研究應用的發展。
根據計劃，到2020年左右，我國將建成由30余顆衛星組成的北斗全球衛星導航系統，提供覆蓋全球的高精度、高可靠定位導航和授時服務，北斗將與全球定位系統（GPS）一樣，成為向全球提供服務的衛星導航系統。為人類貢獻了“司南”的中華民族，通過北斗計劃，進入了定位和授時的宇航時代。
超越想象力的導航應用
當前，中國衛星定位產業的發展速度有目共睹，數十年來，中國一直致力于研制自主的衛星導航系統。北斗計劃從最初的“最高機密”，到如今已逐步推廣應用。如今全球衛星導航定位技術的應用領域，上至航空航天，下至工業、漁業、農業生產和日常生活，可謂無所不在，甚至說是“僅受人類想象力的制約”。而當區域系統和全球系統建成以后，北斗的威力會成倍增加，將具備和GPS完全一樣的功能，產生巨大的經濟和社會效益。
據悉，海南省自2010年11月開始，投資7915萬元在全省6000多艘大中型漁船上安裝了北斗導航系統，對大中型漁船實施有效監控管理，系統運行一年以來，通過北斗監控平臺先后發送熱帶氣旋等危險氣象信息1.25萬余次，為漁民挽回經濟損失上億元。
位置云時代的發展機遇
我國導航領域的另一個重要發展方向是與移動通信結合的基于衛星導航的位置服務和集成應用。如今，全球的衛星導航系統已經進入了百姓生活，基于衛星導航的位置服務是具有社會特性的新興產業和創意型產業，機遇極多，且產值非常高，產業前景巨大。位置服務市場包含了國家地理信息基礎設施投入、電子地圖、移動互聯網、云計算、空間地理數據庫等各領域實現跨平臺、跨網絡、跨行業的全新市場。在可以預見的將來，位置云會像水和電一樣普通，每個行業、企業乃至個人都會頭頂“云朵”，從云中摘取想要的信息，位置云也會覆蓋全社會的各個角落，從專業應用到行業應用，再到特殊應用，導航與位置服務將徹底改善我們的生活。
（2012年3月24日《人民日報海外版》，有刪改）
[閱讀訓練]
1.文章開頭一段主要告訴我們什么信息？
2.請根據語段內容在文章中的括號內填上適當的小標題。
3. 根據文章內容說說北斗導航的開放服務和授權服務的不同之處。
1 對汽車發動機優化技術的研究和應用現狀
目前各類發動機研發工作的共同重點包括降低油耗、減少排放、減輕質量以及減少磨損等，為了達到這些目標，在發動機設計中應用優化技術是一個重要的手段。當前發動機的優化工作主要在發動機結構、材料、燃料及燃燒、排放以及多學科優化等幾個方面展開。
第一方面對發動機結構及材料優化技術：發動機結構優化主要是優化關鍵零部件的形狀以改善發動機性能。新型復合材料如碳化硅、氮化硅、氧化鋯、石墨及合成石墨等不斷用于發動機結構。通過建立發動機復合材料葉片各截面應力應變解析式和最大應力準則，對葉片進行最大強度的優化分析。第二方面是對發動機燃燒優化技術：隨著世界能源問題和環境污染問題的日趨嚴重，汽車作為污染環境和消耗能源的大戶，備受人們的關注。發動機燃燒過程直接影響節能和環保，對發動機燃燒過程優化的研究越來越受到重視。主要是從噴射系統、進氣管系、燃燒室形狀等幾方面對其進行優化設計。在發動機燃燒噴射系統方面，借助于先進電子控制技術，能準確地調節燃油供給，優化噴油定時和噴油次數，控制氣缸內的混合狀態、燃燒室內的燃油分布，降低排放污染。對新型脈動式電控燃油噴射系統的噴射定時問題，研究了發動機直接噴射技術的優化問題。第三方面是發動機多學科優化技術：發動機設計以結構、熱力、燃燒、強度、振動、流體、傳熱等多個學科為基礎，可變因素多，隨機性大，是一個可變互耦系統的優化問題。多學科設計優化通過充分利用各個學科之間的相互作用所產生的協同效應，獲得系統的整體最優解，主要體現在在以下幾個方面。第一是：多目標優化，發動機的優化涉及到多個目標，與單目標優化問題不同的是這些目標函數往往耦合在一起，且每一個目標具有不同的物理意義和量綱。它們的關聯性和沖突性使得對其優化變得十分困難。多目標優化方法可以分為如下兩大類并且已在發動機的優化設計中得到了應用；第二是不確定性優化：在發動機的生產及實際使用中，總是存在著材料特性、制造、裝配及載荷等方面的誤差或不確定性。雖然在多數情況中，誤差或不確定性很小，但這些誤差或不確定性結合在一起可能對發動機的性能和可靠性產生很大的影響。對于此類不確定性問題的優化，傳統的優化方法已無法解決，而必須求助于不確定性優化方法。第三方面是多學科優化的方法與策略多學科優化的主要思想是在設計的整個過程中集成各個學科的知識，應用有效的設計優化策略及相應的優化方法，組織和管理設計過程。其目的是通過充分利用各個學科之間的相互作用所產生的協同效應，獲得系統的整體最優解。第四方面是優化算法：在發動機設計中用到的優化算法，既有常規優化算法，也有遺傳算法、人工神經網絡等智能優化方法。
2 發展方向
1.引言
隨著信息媒體的數字化，特別是計算機網絡的迅速發展和廣泛應用，為信息的存取和傳遞提供了極大的便利，同時也提高了信息表達的效率和準確性。但是隨之而來的數字作品的版權問題和信息安全問題越來越引起人們的關注。數字水印（digital watermarking）技術[1]作為新興的信息安全技術，為解決數字作品的侵權問題提供了一個有效的解決途徑。近年來，數字水印技術研究取得了很大進展，并陸續提出了一系列優秀的水印嵌入算法。進而關于彩色圖像的水印嵌入算法、多功能水印嵌入算法等也相繼出現，以及數字水印與其它技術相結合的研究也取得了一些重要成果。這使得數字水印技術的應用越來越廣泛而受到人們的關注。
2.數字水印技術
2.1 數字水印概念
數字水印技術[2]是利用數字作品中普遍存在的冗余數據與隨機性，將數字、序列號、文字、圖像標志等版權信息嵌入到被保護的數字作品本身中，通過檢測和提取水印，可以標識和驗證出數字化圖像、視頻和音頻作品的作者、擁有者、發行者或授權消費者的信息，還可以追溯數字作品的非法傳播，從而起到版權保護、秘密通信、數據文件的真偽鑒別和產品標識等作用。
水印技術中，隱蔽性和魯棒性是最基本的要求，影響隱蔽性和魯棒性的因素主要是水印的結構和嵌入方法。水印容量與魯棒性構成了一對基本矛盾，即嵌入的水印信息越多，算法的魯棒性越差。
2.2 應用
數字水印主要在以下幾個領域[3]：
（1）版權保護
（2）篡改提示
（3）票據、證件防偽
（4）隱蔽通信
2.3 數字水印典型算法
數字水印算法大致可以分為兩類：空域算法和變換域算法。空域算法直接修改圖像像素值的數值，將數字水印直接加載在載體上。常見的有LSB（least significant bits）算法、拼湊算法（Patchwork）和紋理映射算法、文檔的結構微調算法。空域算法實現簡單，而且可以根據信號的局部特征進行自適應，但魯棒性差，難以抵抗各種攻擊。
變換域算法也即頻域算法，由于頻域中能量分布集中，有利于保證水印算法的隱蔽性，逐漸成為研究重點。常見的變換域算法有離散傅里葉變換算法（DFT）、離散余弦變換算法（DCT）、離散小波變換算法（DWT）及提升小波變換算法（LWT）。本文重點介紹離散小波及提升小波變換算法在數字水印中的應用。
3.提升小波變換
3.1 提升小波變換基本原理
1995年Sweldens提出一種不依賴于傅里葉變換的新的小波構造方法—提升格式（Lifting Scheme）[4]，稱之為第二代小波變換。基于提升方法的小波變換既保持了傳統小波的優點，又克服了它的局限性，正好可以將它的這些特點應用到數字水印技術中。提升小波變換很容易實現整數小波變換，可以使小波變換用于信號的無損壓縮。一個完整的提升小波方案包含了三個步驟，即分裂（Split）、預測（Predict）和更新（Update）。
3.2 提升小波變換的分解
（1）分裂：將原始數據列分解為兩個互不相交的子集，通常為偶數列和奇數列，表達式如下：
（2）預測：利用數據間的相關性，用偶序列預測奇數序列，預測過程表達式為：
（3）更新：通過算子產生一個數據子集來代替，表達式為：
通過上述三個過程，可將原始信號分解為下一級分辨率的低頻信號和高頻信號。至此，完成了一次提升，相當于小波的一層分解。對于低頻信號可繼續進行同樣的分解。
一個完整的提升小波分解如圖1所示。
與傳統的第一代小波變換相比，LWT具有以下優點[11]：a）繼承了第一代小波的多分辨率特征；b）不依賴于傅里葉變換；c）效率高，利用復合幅值，減少了浮點運算量，實現結構將更簡單，運算速度快；d）小波變換后的系數是整數，可方便實現整數到整數的小波變換；e）圖像的恢復質量與變換時邊界采取何種延拓方式無關；f）計算時無須額外的存儲開銷，實現了本位操作，節省了內存。
4.現有算法分析
Kundun等人[5]提出一種按照小波分解層次自適應的數字水印算法，水印信號是一個二值圖像，但原圖是水印圖像大小的2m次方倍。原圖經過L層小波變換，水印圖像也經過一層的小波變換。Kundun等人在嵌入水印時還考慮了（HVS），加入了與局部HVS特征相關的水印強度系數，提高了算法的性能。但是此水印檢測時仍需要原圖，為非盲水印。文獻[6]也是基于DWT的數字水印，且考慮了HVS特征。它用一個全局閾值來選取需要嵌入水印的系數，且實現了盲水印。
單純的基于小波變換在內的各種時頻分析的水印算法，如果不輔以其他改進措施，很難抵抗剪切、旋轉、放縮等幾何攻擊。2004年，圖像的奇異值分解[7]對于幾何失真（轉置、鏡像、旋轉、放大、平移）具有不變性的理論一經證明，奇異值分解便很快被應用于數字水印技術中，并取得了一些重要的科研成果。
Liu等[8]提出了一種基于奇異值的水印算法，具有較好的魯棒性。
文獻[9]提出了一種改進型的基于分塊奇異值分解（Block—SVD）的數字水印算法，該方法采取了分塊的思想，將原始圖像矩陣分成8×8的小塊，因此無需計算整個圖像矩陣的SVD，從而縮短了水印嵌入和提取的時間，尤其對大圖像效果明顯。同時文獻[9]引入了檢測器失真補償技術來提高取出的水印的視覺質量。
奇異值矩陣可以作為嵌入水印的宿主信號，而正交矩陣中同樣也可以嵌入水印信息[10]。
王麗佳[11]設計了一種改進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，采用自適應閾值調整的方法在中低頻子帶分塊嵌入水印，提取時采用集合校正提高算法的魯棒性，并且不需要原始圖像，實現了盲提取。仿真實驗證明該算法不僅有較好的隱蔽性，而且對噪聲攻擊、JPEG壓縮、旋轉、剪切攻擊等具有很強的魯棒性，但是難以抵抗低通濾波操作的破壞。
上述算法都只實現了一種水印嵌入，具有單一的功能，安全性、保密性都不能滿足實際需求。多頻道或多功能水印嵌入算法在早期的國外研究中就已經出現[12]。Rashmi Agarwal等[13]提出基于奇異值的多頻道數字水印算法。首先分離彩色圖像的R，G，B三個顏色通道，然后分別作奇異值分解，提取正交矩陣。第二步將三幅不同的水印圖像分別作奇異值分解，同樣提取正交矩陣，最后將三個不同的正交矩陣按順序分別嵌入到宿主圖像的三個顏色通道的正交矩陣中。該算法的新穎之處在于不僅在一幅圖像中嵌入了不同的水印圖像，實現最大數量水印信息的嵌入，還同樣適用于一種水印的嵌入，而且仿真實驗證明該算法的魯棒性較好，同樣又兼顧了水印的不可見性。但在水印檢測時需要原圖像，為非盲水印。
國內關于多種水印的嵌入算法研究也取得了一些重要成果。[14]首先對每個顏色通道進行三級離散小波變換（DWT），然后修改不同分辨率層間小波系數，并利用它們之間的相關性來嵌入版權保護和操作跟蹤數字水印。該算法對有損壓縮攻擊具有很好的穩健性，而且在數字水印的提取過程中不需要原始圖像。該算法不僅嵌入多種水印，且實現了多種功能，仿真實驗表明該算法具有較強的魯棒性，并對區域認證和完整性驗證更為有效。
王向陽[15]等提出了一種半脆弱水印算法，該算法同時具備版權保護及內容認證功能。首先將原始彩色圖像轉換到YCbCr彩色空間，然后對亮度Y進行小波分解，用混沌序列對分解后的小波近似系數調制生成基于圖像內容的數字水印信號，最后對亮度及色度均進行小波分解，結合HVS及局部系數相關特性，通過分塊量化將水印信號嵌入到載體圖像的小波域中，從而實現了版權保護和內容認證。在選取量化步長時，引入反映人眼視覺系統的感知計算模型，依據小波域相鄰子帶的相關性，利用相同分解級的兩個相鄰子帶內相同位置的視覺感知特性值來預測小波系數上嵌入的量化步長值。但是，該算法只實現了一種嵌入算法，安全性不夠高，同時又主要是用于內容認證，版權保護功能不能充分發揮。
陳光喜等[16]結合提升小波設計出一種新的多功能水印算法。首先將圖像進行一級LWT，選取低頻子帶嵌入版權水印，選取中頻子帶嵌入認證水印。具體步驟為：首先對低頻子帶系數進行自適應量化取整，選取量化取整后的較高比特位（如第4到第6六位中的一位）異或運算，結果和待嵌入的水印對應位再進行異或運算，得到密鑰，通過可以驗證并恢復出水印。這樣不直接將版權水印嵌入圖像，并未改變原圖像內容，從而提高了圖像的質量。在嵌入內容認證水印時，則采用系數抖動調制的方法。首先將中頻子帶分塊，在每個子塊中任意選取一個系數，用量化步長量化，再根據量化結果將系數重新調整到區間中心，在每個子塊嵌入1比特的水印信息。這樣水印比特不僅具備了一定的抗干擾能力，且能夠被正確檢測出來。這里量化步長的選取仍采用了文獻[15]的方法。該算法實現了多功能水印的不同算法嵌入，實驗表明能夠很好地實現數字圖像版權保護、篡改檢測和定位，提取出的雙水印的峰值信噪比（PSNR）高于文獻[15]的，同時兼顧了隱蔽性和魯棒性之間的平衡。但是因為系數的選取是隨機的，如果選取了一些不重要的、較大的或者很小的系數，水印信息很容易遭到濾波、幾何攻擊的操作破壞。
通常，嵌入的水印信息越多，圖像的質量就越受到影響。因此，多功能（多種）水印的嵌入算法仍然需要完善和改進，特別是如何減小對原始圖像質量的影響以及提高水印的魯棒性。
另外，一些作者還將數字水印技術與其他技術領域相結合，也取得了一些重要成果，主要有以下幾方面：
（1）與生物識別技術的結合。生物特征具有唯一性、與生俱來、易于識別等特點，安全性高。因此，將生物特征作為水印，可以作為身份、版權的唯一標識，達到更好的版權保護。郭小晉[18]設計一種基于指紋的數字水印方案。首先將原始圖像和加密后的水印圖像分別分成8×8的小塊，然后對每一個小塊分別進行離散余弦變換（DCT），對個子塊的DCT系數按Zigzag排序，取出水印圖像排序后的前20個系數作為水印嵌入原始圖像中。在嵌入水印時，根據人眼視覺系統（HVS）的特性選取嵌入水印的DCT系數位置，再根據嵌入公式嵌入水印信息。這里分別進行了不同嵌入強度的仿真實驗，最后確定嵌入強度為0.8。該方案因采用分塊的方法，嵌入的水印信息量較大；水印是能夠表明身份的指紋圖像，安全性高；有很強的抗剪切、抗JPEG壓縮能力。
（2）數字水印處理技術與壓縮編碼算法的結合。喬社娟，張菊香等[18]提出基于PDF417和提升小波的數字圖像水印算法。首先對原始圖像進行三級提升小波變換，選取低頻子帶嵌入水印信息。水印預處理過程則是先用PDF417對其編碼，結合密鑰采用混沌序列進行置亂加密，得到加密后的二值水印信息嵌入到原始圖像低頻子帶中。該算法利用PDF417編碼特性，采用Reed—Solomon校驗碼，具有強檢錯、糾錯功能，提高了水印的質量，實現對水印信息的雙重安全保護。但是水印是嵌在低頻子帶中，抗幾何攻擊的能力不高，且很可能在經過低通濾波時水印信息就被濾掉。
除了PDF417編碼技術，Vongpradhip，S.等提出基于QR編碼的水印算法。首先對原始圖像進行QR編碼，再進行離散余弦變換將其分解成不同的頻帶，選取中頻子帶嵌入水印信息。仿真實驗證明該算法具有較強的抗JPEG壓縮和抗噪聲攻擊的能力。
基于壓縮編碼技術的數字水印在抗擊壓縮方面有著突出的優勢，但是難以抵抗濾波操作（低通和高通），而水印信息通常是在濾波的時候被去掉的。因此，僅僅靠壓縮編碼技術提高水印的魯棒性是不夠的，可以根據實際情況輔以其他措施，來提高水印的安全性和穩健性。
5.結束語
數字水印技術是近年來信息隱藏技術中興起的一個前沿研究領域，與信息安全、數據加密等有著密切的關系，應用也非常廣泛，特別是針對現代網絡技術的迅速發展，更具現實意義。而提升小波變換因其獨特的優點也會越來越被廣泛應用于數字水印技術中。今后數字水印技術仍將著重于多功能（多種）數字水印、水印信息加密技術、穩健性、穩健性與隱蔽性之間的平衡以等方向，如何將這些技術運用到音頻水印、視頻水印中也值得去探討。因此，數字水印技術仍是一項具有挑戰的研究課題。
參考文獻
[1]R.G.van Schyndel，A.Z.Tirkel，C，F.Osborne.A digital watermark[A].IEEE proceeding onInternationalConferenceonImageProcessing[C].//Piscataway：IEEEPress，1994，2：86—90.
[2]Christine I，Zeng Wenjun.Image—Adaptive Watermarking Using Visual Models[J].IEEE Journal on Selected Areas in Communications，1998，4（8）：525—539.
[3]尹浩，林闖，邱鋒，丁嶸.數字水印技術綜述[J].計算機研究與發展.2005，42（7）：1093—1099.
[4]高世偉，郭雷，楊寧，杜亞琴，陳亮.提升小波變換及其在數字水印中的應用[J].計算機應用研究，2007，24（6）：201—203.
[5]D Kundur，D Hatzinakos.A robust digital image watermarking method using wavelet—based fusion[C].//In：Proceedings of the IEEE International Conference on Image Processing，ICIP 97，1997—10：544—547.
[6]Po—Chyi Su，Houng—Hyh，Mike Wang et al.Digital Image Watermarking in Regions of Interest[C].//In：pics99，1999：295—300.
[7]ZHOU B，CHEN J.A Geometric Distortion Resilient Image Watermarking Algorithm Based on SVD[J].Image and Graphics，2004，9（4）：506—512.
[8]LIU R，TAN T.An SVD—based watermarking scheme for protecting rightful ownership[J].IEEE Transactions on Multimedia，2002，4（1）：121—128.
[9]朱信忠，徐慧英，趙建民.一種基于改進型奇異值分解的數字水印算法及實現[J].計算機應用研究，2006，12：329—332.
[10]張志明，周學廣.采用奇異值分解的數字水印嵌入算法[J].微計算機信息，2006，22（7），69—71.
[11]王麗佳.基于小波變換的彩色圖像數字水印算法研究與實現[D].太原：太原理工大學，2011.
[12]M.Bami，F.Bartolini，andA.Piva，MultichannelwatermarkingofcolorImages[C].//Proc，IEEE Trans.Circuit Syst.Video Technol，2002，12（3），142—156.
[13]Agarwal，R.，S ANTHANAM，M.S.，Venugopalan，K.Multichannel digital watermarking of color images using SVD[C].//Image Information Processing （ICIIP），2011 International Conference on.2011：1—6.
[14]熊志勇，蔣天發.多功能彩色圖像數字水印方案[J].武漢大學學報（工學版），2004，37（6），97—100.
[15]王向陽，侯麗敏，楊紅穎.一種新的半脆弱彩色圖像數字水印算法[J].自動化學報，2007，33（6），561—566.
