CN101834815A - 基于多路变参数的四项加权分数傅立叶变换的信号抗截获及抗干扰方法 - Google Patents

Abstract

基于多路变参数的四项加权分数傅立叶变换的信号抗截获及抗干扰方法，涉及通信技术领域。它克服了现有通信信号抗传输过程中的抗截获性能差、抗干扰性能差的问题。其方法是：发射端：数字信号经过基带调制后进行扩频编码，然后在动态加密参数α_i、动态加密矢量V_i的控制下进行四项加权分数傅立叶变换，经信号多路合成后的加密数据进行数字载波调制，再经D/A转换及上变频后送入信道传送；在接收端，经过下变频和A/D采样后的数据进行数字载波相干解调，然后经过信号多路分解再进行m次动态解密参数-α_i、动态解密矢量V_i控制的四项加权分数傅立叶变换后，进行基带解调。本发明适用于通信信号的传输场合。

Description

基于多路变参数的四项加权分数傅立叶变换的信号抗截获及抗干扰方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种通信信号抗截获及抗干扰方法。

背景技术

当今社会，信息已成为社会的重要财富，信息的保密越来越受到人们的重视。保密通信的目的是面对攻击者，在通信双方之间应用不安全信道进行通信时确保通信的安全。在保密通信的过程中，通信双发不希望或者不允许己方发送的通信信息被他方截获，否则就有通信泄密、被干扰、甚至被摧毁的危险。作为现代保密通信中重要的内容，信息的抗截获性质已引起人们的广泛重视。

分数傅立叶变换(Fractional Fourier Transform，FRFT)是一种重要的时频分析工具，近些年来得到了较为广泛的研究，并在一些工程技术领域得以应用。FRFT是对传统Fourier变换的推广，其根本特点可以理解为对Fourier变换特征值的分数化。参数取值的连续性、旋转相加性和对信号时频形式的统一性是FRFT的基本性质。由于对特征值分数化方式的不同，以及对FRFT性质约束的宽泛性，使得FRFT具有很多种不同的定义形式。根据这些定义各自的出发点和基本特征，可以大致将其划分为两类，即：经典类FRFT和加权类FRFT。

加权类分数傅立叶变换(Weighted FRFT，WFRFT)是由C.C.Shih在1995年首次提出。在此之后，多项和多参数WFRFT又先后被提出。根据既有的理论，连续WFRFT定义可以被推广到离散序列的WFRFT。推广之后离散序列的四项加权分数傅立叶变换(4-WFRFT)定义如下：

其中

$w_l(\mathrm{\α},m_k,n_k)=\frac{1}{4}\underset{k=0}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}\exp \{\±\frac{2\mathrm{\πi}}{4}[(4m_k+1)\mathrm{\α}(k+4n_k)-\mathrm{lk}\left]\right\},l=\mathrm{0,1,2,3}$

是由α、MV＝[m₀，m₁，m₂，m₃]和NV＝[n₀，n₁，n₂，n₃]等9个参数共同控制的加权系数形式，其中α为实数，MV和NV均为实向量；N为DFT变换点数；n为序列元素序号，与DFT中n和k的含义相同。令V＝[MV，NV]。X(n)与x(n)是离散傅立叶变换(DFT)对(经过变量代换n＝k)，DFT采用以下形式定义：

$\left\{\begin{array}{c}X\left(k\right)=\frac{1}{\sqrt{N}}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(n\right)e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{X}\mathrm{kn}}\\ x\left(n\right)=\frac{1}{\sqrt{N}}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)e^{j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{kn}}\end{array}\right.$

采用4-WFRFT技术的数字通信***，其发送信息具有类高斯的特征，因而具有一定的通信抗截获特性。

发明内容

本发明是为了克服现有通信信号抗传输过程中的抗截获性能差、抗干扰性能差的问题，从而提供一种基于多路变参数的四项加权分数傅立叶变换的信号抗截获及抗干扰方法。

基于多路变参数的四项加权分数傅立叶变换的信号抗截获及抗干扰方法，它由于以下步骤实现：

发射端：

步骤一、将数据源发出的数字信号进行数字基带调制，获得调制后的信号；

步骤二、将步骤一获得的调制后的信号进行m倍扩频编码，获得m路扩频编码后的信号；

步骤三、将步骤二获得的m路扩频编码后的信号中的每路信号分别进行四项加权分数傅立叶变换，获得m路变换后的信号，其中第i路信号进行四项加权分数傅立叶变换的动态加密参数为α_i、动态加密矢量为V_i；

步骤四、将步骤三获得的m路变换后的信号进行合成，获得合成后的信号；

步骤五、将步骤四获得的合成后的信号进行数字载波调制，获得调制后的信号；

步骤六、将步骤五获得的调制后的信号进行D/A变换和滤波，获得滤波后的信号；

步骤七、将步骤六获得的滤波后的信号进行上变频处理后通过信道发出；

接收端：

步骤八、将接收到的信号进行下变频处理，获得下变频处理后的信号；

步骤九、将步骤八获得的下变频处理后的信号进行滤波和A/D变换，获得变换后的信号；

步骤十、将步骤九获得的变换后的信号进行数字载波解调，获得解调后的信号；

步骤十一、将步骤十获得的解调后的信号进行分解为m路信号，并将每路信号分别进行四项加权分数傅立叶变换，获得变换后的m路信号；其中第i路信号进行四项加权分数傅立叶变换的动态加密参数为-α_i、动态加密矢量为V_i；

步骤十二、将步骤十一获得的变换后的m路信号扩频译码后获得译码后的信号；

步骤十三、将步骤十二获得的译码后的信号进行数字基带信号解调，获得解调后结果；

所述i＝1、2……m；

m为正整数。

步骤三中所述动态加密参数α_i的设定方法是：由时钟源控制伪码发生器输出伪随机码，将所述伪随机码和预先设定的动态加密参数变化图样进行联合，获得具体动态加密参数值。

本发明通过对同一组数据同时进行多次不同参数四项加权分数傅立叶变换，并将多次变换结果以交错的形式输出。以及通过伪随机序列来控制加密参数的动态变化，使得加密参数的变换规律呈现伪随机特性；同时，对同一数据块分别采用不同的加密参数并行加密后合成后进行串行传输，使得经过四项加权分数傅里叶变换后的信号在长时间观测中更具有噪声的特点，能够有效的抵抗随机和突发干扰，大幅度地提高通信信息传输的抗截获性能和抗干扰性能。

附图说明

图1是本发明的信号处理流程示意图；图2是本发明具体实施方式一中的动态加密参数变化策略示意图；图3是具体实施方式一中多路信号的合成示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，基于多路变参数的四项加权分数傅立叶变换的信号抗截获及抗干扰方法，它由于以下步骤实现：

发射端：

步骤一、将数据源发出的数字信号进行数字基带调制，获得调制后的信号；

步骤二、将步骤一获得的调制后的信号进行m倍扩频编码，获得m路扩频编码后的信号；

步骤三、将步骤二获得的m路扩频编码后的信号中的每路信号分别进行四项加权分数傅立叶变换，获得m路变换后的信号，其中第i路信号进行四项加权分数傅立叶变换的动态加密参数为α_i、动态加密矢量为V_i；

步骤四、将步骤三获得的m路变换后的信号进行合成，获得合成后的信号；

步骤五、将步骤四获得的合成后的信号进行数字载波调制，获得调制后的信号；

步骤六、将步骤五获得的调制后的信号进行D/A变换和滤波，获得滤波后的信号；

步骤七、将步骤六获得的滤波后的信号进行上变频处理后通过信道发出；

接收端：

步骤八、将接收到的信号进行下变频处理，获得下变频处理后的信号；

步骤九、将步骤八获得的下变频处理后的信号进行滤波和A/D变换，获得变换后的信号；

步骤十、将步骤九获得的变换后的信号进行数字载波解调，获得解调后的信号；

步骤十一、将步骤十获得的解调后的信号进行分解为m路信号，并将每路信号分别进行四项加权分数傅立叶变换，获得变换后的m路信号；其中第i路信号进行四项加权分数傅立叶变换的动态加密参数为-α_i、动态加密矢量为V_i；

步骤十二、将步骤十一获得的变换后的m路信号扩频译码后获得译码后的信号；

步骤十三、将步骤十二获得的译码后的信号进行数字基带信号解调，获得解调后结果；

所述i＝1、2……m；

m为正整数。

步骤三中所述动态加密参数α_i的设定方法是：由时钟源控制伪码发生器输出伪随机码，将所述伪随机码和预先设定的动态加密参数变化图样进行联合，获得具体动态加密参数值。

本实施方式的信号处理流程：数据源提供的二进制数据信息经数字基带调制后进行扩频编码，经过扩频编码后数据块的长度增加到原来的m倍；加密模块接收到数据动态加密参数α_i、动态加密矢量V_i(i＝1、2、3……m)控制下进行四项加权分数傅里叶变换；加密后的数据信号进行合成，并采用按列读入、按行读出的方式对数据进行处理；再经过数字载波调制、A/D转换、滤波、上变频处理后送入信道。信号分解与扩频译码部分与前面相反。信号的多路合成原理图如图3所示。

图2是本发明的一种动态加密参数变化策略示意图，参数α的全周期B_α＝4被分成了16组32份，其中同一组的两份相距2，分别对应于伪随机码为0和1时输出参数的取值区间。B_F为每一组参数区间的大小，也即每一帧数据变换时的参数保护范围。T_F为同一数据块经过扩频编码后持续的时间，T_C为参数跳变的周期，也即每一数据块持续的时间。

本实施例以m＝3为例，图中所示策略中T_F＝3T_C，这一比例可以根据需要调整。策略中参数变换的顺序为：

α₅，α₁₁，α₇，α₁₄，α₁₂，α₈，α₁，α₂，α₄，α₉，α₃，α₆，α₁₃，α₁₀，α₁₆，α₁₅，α₅，α₁₁，α₇，α₁₄，α₁₂……

这一顺序是预先设定的，也可以根据需要适时调整。从图2可知，信源的每一数据块都被传输了3次，也即进行了3倍的扩频传输，达到抗随机干扰和提高***性能的目的。

图3为n×m的分组结构信号合成框图。如图所示，分组结构是把nm个数据位放入一个n行m列的矩阵中，每次对nm个数据位进行合成。其中数据块

{a₁，0，a_1，1，…，a_1，n-1}，{a_2，0，a_2，1，…，a_2，n-1}，……，{a_m，0，a_m，1，…，a_m，n-1}

代表的信源信息一致，只是分别进行了不同变换阶数的四项加权分数傅里叶变换。信号合成器在工作时，将数据按列填入矩阵单元中，而在发送时按行读出。这样就产生了对原始数据以m个比特为周期进行分隔的效果。

本实施方式均可由DSP、FPGA或FPGA+DSP实现。本实施方式可以采用并行或串行的***结构，其中并行结构更适合于FPGA，串行结构更适合于DSP；若采用FPGA+DSP或其他硬件架构，则可根据实际情况适当调整***结构。

Claims (2)

1.基于多路变参数的四项加权分数傅立叶变换的信号抗截获及抗干扰方法，其特征是：它由于以下步骤实现：

发射端：

步骤一、将数据源发出的数字信号进行数字基带调制，获得调制后的信号；

步骤二、将步骤一获得的调制后的信号进行m倍扩频编码，获得m路扩频编码后的信号；

步骤三、将步骤二获得的m路扩频编码后的信号中的每路信号分别进行四项加权分数傅立叶变换，获得m路变换后的信号，其中第i路信号进行四项加权分数傅立叶变换的动态加密参数为α_i、动态加密矢量为V_i；

步骤四、将步骤三获得的m路变换后的信号进行合成，获得合成后的信号；

步骤五、将步骤四获得的合成后的信号进行数字载波调制，获得调制后的信号；

步骤六、将步骤五获得的调制后的信号进行D/A变换和滤波，获得滤波后的信号；

步骤七、将步骤六获得的滤波后的信号进行上变频处理后通过信道发出；

接收端：

步骤八、将接收到的信号进行下变频处理，获得下变频处理后的信号；

步骤九、将步骤八获得的下变频处理后的信号进行滤波和A/D变换，获得变换后的信号；

步骤十、将步骤九获得的变换后的信号进行数字载波解调，获得解调后的信号；

步骤十一、将步骤十获得的解调后的信号进行分解为m路信号，并将每路信号分别进行四项加权分数傅立叶变换，获得变换后的m路信号；其中第i路信号进行四项加权分数傅立叶变换的动态加密参数为-α_i、动态加密矢量为V_i；

步骤十二、将步骤十一获得的变换后的m路信号扩频译码后获得译码后的信号；

步骤十三、将步骤十二获得的译码后的信号进行数字基带信号解调，获得解调后结果

所述i＝1、2……m；

m为正整数。

2.根据权利要求1所述的基于多路变参数的四项加权分数傅立叶变换的信号抗截获及抗干扰方法，其特征在于步骤三中所述动态加密参数α_i的设定方法是：由时钟源控制伪码发生器输出伪随机码，将所述伪随机码和预先设定的动态加密参数变化图样进行联合，获得具体动态加密参数值。

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