基于改进Logistic相位扰码的抗截获通信

为进一步提高卫星信号的隐蔽性能,结合加权分数阶傅里叶变换(WFRFT)的星座混淆特性与混沌映射轨迹的抗截获特性,提出一种基于混沌加密的卫星物理层安全调制方案.通过扩展WFRFT加权项参数,增加了卫星信号处理的多样性,在此基础上引入逻辑斯蒂(Logistic)相位扰码,提高了信息破解的难度,利用改进型Logistic映射方法生成相位旋转因子.仿真结果表明:所提出的加密调制方法在保持原WFRFT信号的星座特征和统计特性的基础上,具有更好的抗截获特性,窃听者误码率始终保持在0.5左右.     

联合多层WFRFT与人工噪声的抗截获通信技术

针对卫星通信安全性不高、易被截获的问题,提出一种多层加权类分数阶傅里叶变换(WFRFT)与人工噪声联合的卫星抗截获通信技术.首先,对WFRFT进行改进,提出多层WFRFT,并用其调制对信号进行加密,同时与多入多出(MIMO)技术相结合,使调制信号具有多个调制阶数而加密性更强;其次,通过在合法信道的零子空间上加入人工噪声来恶化窃听方的信道质量,并对人工噪声功率占比进行了优化设计,使得合法方误码率(BER)性能满足通信需要的同时,能够极大降低窃听方接收性能;最后,通过理论分析和仿真验证,表明采用WFRFT与人工噪声联合的抗截获通信技术,在合法方BER曲线右移小于1 dB时,可使得窃听方BER大于1×10~(-2),即基本不能正确解调信号,且此时系统仍具有较高的安全容量.     

基于加权分数阶傅里叶变换的IRS安全通信

利用四阶加权分数傅里叶变换(4-WFRFT)和人工噪声(AN),提出了一种基于人工噪声和加权分数阶傅里叶变换的智能反射表面(IRS)辅助的多进多出(MIMO)无线通信系统.为了提高信道质量,在基站(BS)、合法接收者(LU)和窃听者(Eve)组成的通信系统中引入智能反射面;进一步,为了提高该系统的安全性能,引入人工噪声并使用加权阶傅里叶变换.以最大保密速率(SR)为目标,以发射功率限制和智能反射面相移单元模为约束,联合优化了基站的发射预编码(TPC)矩阵、AN的协方差矩阵和智能反射面相移.由于所提问题是一个非凸问题,因此利用块坐标下降(BCD)算法交替更新变量,同时保持安全速率不递减,最后通过仿真结果验证了该方法提高系统安全性的有效性.     

WFRFT MIMO卫星抗截获通信系统

针对卫星通信安全性不高、易被截获的问题,提出一种采用加权类分数阶傅里叶变换(WFRFT)与多入多出(MIMO)技术相结合的卫星抗截获通信系统。系统采用多层WFRFT调制信号,WFRFT的层数与发射天线数目相同,每层WFRFT采用不同的调制阶数。原始信号经WFRFT调制后具有时频域特性,能有效抵抗参数扫描,MIMO能有效提高频谱利用率及系统容量。经理论分析,采用WFRFT-MIMO通信系统可以高效地恢复原始信号,同时窃听方无法截获信号。以2发1收天线为例,分别从合法方与窃听方误码率(BER)性能对比、接收性能与WFRFT阶数偏差关系进行仿真,当窃听方调制阶数误差均为0.1,信噪比为20dB时,其误码率为10-3,与合法方相差4dB。并通过对不同收发天线组的性能仿真,信噪比为10dB时,3发4收天线的性能较2发1收天线提高了4.5dB。     

基于加权型三次相位函数和FRFT的LPI信号识别研究

针对低截获概率雷达信号难以识别和分类的问题,提出了基于加权型三次相位函数和分数阶傅里叶变换的低截获概率雷达信号识别算法。用短时傅里叶变换剖析了应用较广的八种低截获概率雷达信号的时频特性,然后依据调频率将其分为两类。先用加权型三次相位函数估计信号的调频率,然后再用分数阶傅里叶变换获得信号的各分量峰值,根据峰值能量比进行细分类。通过大量的实验仿真验证,本算法在信噪比为0 d B的条件下,正确识别率能够达到95%以上。     

基于短时分数阶傅里叶变换的非线性调频类信号检测

在复杂的电磁环境下,低截获概率(low probability of intercept,LPI)机载雷达能够有效地降低无源探测系统对作战飞机的作用距离及跟踪制导精度,从而能够有效地提高作战飞机的突防能力和生存能力。低截获概率机载雷达多使用宽带调制信号,通过使用信号的能量在频域上展开,从而降低雷达辐射信号被敌方截获接收机截获的概率。低截获概率机载雷达信号中最常见的是线性调频类信号(包括线性调频信号和相位编码信号)和非线性调频类信号(包括Costas码信号和Barker码信号)。本文通过分析非线性调频类信号中的Costas码和Barker码信号的固有特征,采用短时分数阶傅里叶变换,探讨截获接收机对非线性调频类信号的检测方法。由于Costas码和Barker码信号分段可视为近似线性调频信号,而分数阶傅里叶变化是最适于线性调频信号检测的时频变换方法,所以本文利用短时分数阶傅里叶变换对非线性调频类信号的每个调频持续时间内的信号能量进行聚焦,从而对信号进行能量检测。由于常见的时频分析方法,如Choi-Williams时频分析,有对信号进行时频变化后信号能量不能集中的缺陷,所以短时分数阶傅里叶变换较Choi-Williams时频分析方法更有利于对非线性调频类信号进行能量聚集,从而有利于进行信号检测。仿真分析表明截获接收机对不同的非线性调频类信号具有不同的检测性能。     

基于分数阶傅里叶变换步态特征提取

针对短时傅里叶变换等时频分析方法不能提取由腿部和手臂运动产生的细致微多普勒特征这一问题,提出了采用分数阶傅里叶变换的雷达步态信号分析方法.在短时傅里叶分析的基础上,应用分数阶傅里叶变换对步态回波信号进行处理,由实测步态数据生成分数阶傅里叶变换谱图并进行了详细分析.结果表明,通过分数阶傅里叶变换可以从步态数据中提取出手臂、腿部摆动的细致微多普勒特征.     

分数阶傅里叶变换的数值实现

信号及其傅里叶变换可以分别反映信号在时频两域内的信息。傅里叶变换是一种常用的数学工具，在数学、物理及工程技术领域都得到了十分广泛的应用。介绍了一种崭新的信号分析工具——分数阶傅里叶变换，并用经典的傅里叶变换的观点对分数阶傅里叶变换进行了解释。对于分数阶傅里叶变换的实现，因一般情况下分数阶傅里叶变换给不出解析表达式，故分数阶傅里叶变换的数值算法的研究是十分重要的。给出了分数阶傅里叶变换的较准确的数值计算方法。利用此方法对被线性调频函数污染混叠的高斯信号进行了滤波分离。     

基于CR-WFRFT的物理层安全认证方法

作为安全认证的重点研究方向,物理层认证能够节省上层的认证资源,对提高有限资源的利用具有重要意义。针对物理层认证过程安全性不高的问题,提出了一种加权分数傅里叶变换(WFRFT)与星座图旋转角度相结合的物理层认证方法。利用WFRFT的低截获性,基于星座图旋转角度的加权分数傅里叶变换物理层认证系统,能够在不对信号传输过程造成影响的前提下,通过提高计算复杂度降低认证信号的被识别概率。仿真结果表明:经过CR-WFRFT系统输出的信号被识别概率可无限接近于0,且误码率能够与原QPSK理论值相近。CR-WFRFT系统的物理层认证安全性得到了极大提高,进一步保证了信息的有效传输。     

卫星混合载波混沌相位扰码安全传输方案

针对卫星通信信号在传输过程中易被截获的问题,提出一种混合载波混沌相位扰码(HCLogistic)传输方案。首先将信号源在基带上进行QPSK映射,映射所得信号经过加权类分数阶傅里叶变换处理后,再将该信号与Logistic映射产生的混沌相位扰码结合,得到最终的基带加密信号;最后将信号经数模转换和上变频过程后送入卫星信道。仿真结果表明,信号经HC-Logistic方案加密,星座图的特征难以识别,且由于Logistic映射具有初值敏感性,截获该方案所需的计算代价是传统加权类分数阶傅里叶变换的10~(20)倍。