基于混沌矢量扰动和变换域预编码的融合安全通信方法与流程

本发明涉及物理层安全通信领域，特别是指一种基于混沌矢量扰动和基于广义加权分数阶傅里叶变换(generalized weighted-type fractional fourier transform，gwfrft)的变换域预编码的保密通信方法。

背景技术：

1、伴随着信号检测截获技术的快速发展，传统物理层安全通信方法面临着严峻的信息安全挑战。混沌矢量扰动技术和基于gwfrft的变换域预编码技术作为两种新型的物理层安全技术，受到了国内外学者的广泛青睐。

2、混沌矢量扰动技术自提出至今一直受到国内外学者的广泛关注，经历了从单维的频域、时隙、星座扰动到多维联合的发展过程。该技术利用混沌序列对信号的物理层特征矢量进行扰动，使得信号特征难以预测；混沌序列的引入赋予了该技术巨大的参数空间，可防止暴力破解，降低非合作接收方直接获取有用信息的可能性。

3、gwfrft作为一种新型的变换域信号处理手段，具备离散算法简单、加权系数配置灵活和工程易实现等优秀特性。在物理层安全领域中，学者们提出了利用gwfrft对信号进行预处理的安全传输方案，充分发挥其星座裂变与星座模糊特性，定向重塑信号物理特征，提升信号抗截获性能；另一方面，在非合作接收方未知gwfrft的变换参数条件下，即使截获信号也难以恢复原信号并破译信息。

4、但是，目前两种物理层安全技术在独立应用时均存在一定的技术缺陷，混沌矢量扰动技术的信号特征随机性强，但是分布形式难以控制；gwfrft技术的定向重塑能力强，但是参数空间较小，在非合作接收方的计算能力较强时，存在被暴力破解的风险。因此需将二者充分结合，实现长短互补。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了基于混沌矢量扰动和变换域预编码的融合安全通信方法。该方法融合混沌矢量扰动和gwfrft技术，进一步提高了无线通信系统的安全性能，兼具混沌矢量扰动技术的大参数空间优势和变换域预编码技术的信号特征定向重塑特性。

2、本发明采用的技术方案为：

3、基于混沌矢量扰动和变换域预编码的融合安全通信方法，包括以下步骤：

4、步骤1，收发两端基于约定的混沌发生器初始参数，配置基于三维lorenz混沌映射模型的混沌序列发生器，其形式如下：

5、

6、其中，a、β和γ为初始参数，这里初始参数与混沌模型产生混沌序列的混沌状态相关；x、y、z为混沌序列，初值均设置为0，t为时间；

7、步骤2，在发送端，当通信请求到来时，驱动混沌序列发生器进行循环迭代，产生混沌序列，并将其输入控制因子生成模块，生成控制因子；

8、步骤3，混沌矢量扰动模块利用控制因子，对信号星座分布进行置换、旋转和伸缩处理，实现对星座图的隐蔽，得到信号星座图隐蔽后的结果；

9、步骤4，将步骤3的结果输入变换域预编码模块进行处理，得到信息加密后的结果，作为信息位，其中，变换域预编码模块的变换参数由控制因子决定；

10、步骤5，将控制因子进行α阶的4-wfrft变换，实现对控制因子的隐蔽，作为加密位；将加密位作为帧头，信息位作为帧结构的有用信息，组成帧结构并经过射频模块进行传输；

11、步骤6：接收端通过射频模块对接收到的信号进行处理，得到基带数据，基带数据的帧头部分经过-α阶的4-wfrft变换，得到解密参数；

12、步骤7：利用步骤6得到的解密参数，进行gwfrft逆变换，得到广义加权分数傅里叶变换后的结果；

13、步骤8：利用步骤7得到的结果，以及解密参数中的星座图控制参数，得到星座图解调结果，完成整个通信过程。

14、本发明的有益效果如下：

15、1、利用混沌矢量和变换域的安全通信，整个方法既弥补了变换域参数的周期性问题，又有效补充了矢量扰动的安全传输性能。

16、2、利用4-wfrft进行控制因子的隐蔽得到加密位作为帧头，有效避免了非合作方窃听的风险，进一步增加物理层传输的安全性。

技术特征：

1.基于混沌矢量扰动和变换域预编码的融合安全通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明提出了基于混沌矢量扰动和变换域预编码的融合安全通信方法，属于物理层安全通信领域。其中，发送端产生混沌序列，生成控制因子；混沌矢量扰动模块利用控制因子，实现对星座图的隐蔽；经过变换域预编码模块处理，得到信息加密后的结果，作为信息位；将控制因子进行α阶的4‑WFRFT变换，实现对控制因子的隐蔽，作为加密位，将加密位作为帧头，信息位作为帧结构的有用信息，组成帧结构并进行传输；接收端从接收信号中得到基带数据，获取解密参数；利用解密参数，得到广义加权分数傅里叶变换后的结果；经过解密参数中的星座图控制参数，得到星座图解调结果。本发明兼具混沌矢量扰动技术的大参数空间优势和变换域预编码技术的信号特征定向重塑特性。技术研发人员：李勇,宋志群,刘丽哲,王毳,李红雨,李行健,王斌,徐文博受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所技术研发日：技术公布日：2024/8/1