卫星隐蔽信号波形设计理论与方法研究

Satellite communications has the advantages of wide coverage, large capacity and high transmission rate. However, due to the openness of satellite channels, the communication information is easily leaked and the communication concealment is poor. Therefore, how to enhance the concealment performance of the satellite communication and the anti-interception capability of the signal waveform so as to improve the confidentiality of the communication are significant problems which are urgently needed to be solved. This project aims at improving the capability of anti-interception of satellite signal and reliable data transmission. By studying anti-interception theory based on large signal coverage, deep anti-interception theory of low spreading complexity and anti-interception based on information assisted chaotic sequence code hopping method and signal physical waveform anti-intercept ability theory to measure the index to solve the problem of signal anti-interception capability and demodulation loss balance under large signal coverage, simultaneous transmission of initial low-complexity synchronization spread and initial value of chaotic sequence mapping equation, Communication physical signal waveform anti-interception ability. Through the research of this project, the development of new mechanisms and methods for the covert transmission and anti-interception of satellite communications has laid the theoretical and technical foundation for the anti-interception of the physical layer of spatial information transmission.

卫星通信具有覆盖范围广、容量大、传输速率高等优点。然而由于卫星信道的开放性，通信信息极易泄漏，通信隐蔽性较差，如何增强卫星通信的隐蔽性能和信号波形的抗截获性，进而提高通信的保密性是急需解决的重大问题。本项目以卫星信号抗截获性和数据可靠传输为目标，通过研究基于大信号掩盖的抗截获理论、低处理复杂度的深度扩频抗截获理论、基于信息辅助的混沌序列跳码扩频抗截获方法和信号物理波形抗截获能力理论衡量指标，解决大信号掩盖下信号抗截获能力和解调损失平衡、深度扩频低复杂度同步接收和混沌序列映射方程初始值跳变传递等问题，提升卫星通信信号波形抗截获能力。通过本项目的研究，发展卫星通信隐蔽传输与抗截获的新机理、新方法，为未来空间信息传输物理层抗截获奠定理论和技术基础。

本项目围绕提高卫星信号抗截获能力和数据传输可靠性的目标开展研究，包括基于大信号掩盖的抗截获理论、低处理复杂度的深度扩频抗截获理论、基于信息辅助的混沌序列跳码扩频抗截获方法和信号物理波形抗截获能力评估指标。取得的研究成果包括：针对基于大信号掩盖的抗截获理论，提出了一种基于数据分级的大信号掩盖技术，将单用户传输数据进行分级，隐蔽性要求级别低的数据采用大信号携带传输，隐蔽性要求高的数据采用功率较弱的机密信号携带传输。针对大信号掩盖下的机密信号同步检测问题，提出了基于干扰消除和FFT累积联合处理的全比特频域并行算法，依赖自干扰消除输出参数和检测反馈实现数据缓存长度和FFT累加次数控制。针对基于信息辅助的混沌序列跳码扩频抗截获问题，采用Logistic混沌系统产生的混沌序列作为跳码图案密钥，该序列也可作为跳码集合的扩频序列。为了提高卫星信号抗截获能力，提出了一种新的卫星通信信号波形设计方法，采用多种非平稳方式对信号进行处理，通过频域非平稳性处理增加非合作方截获信号的难度，通过时域、码域和调制域的非平稳处理使得非合作方即使截获了较多的隐蔽信号，也无法解调出信号中隐藏的信息。针对低处理复杂度的深度扩频抗截获问题，提出了基于时间参数的混沌序列扩频通信方法以及基于跳频和跳码扩频双图案的能量检测算法，其中基于时间参数的混沌序列扩频通信方法利用混沌序列对机密信号进行扩频处理，生成混沌序列的初始值、分形参数以及迭代次数，这些参数由卫星钟面时间信息来确定，由于时间的不断变化，生成的混沌序列也随之不断改变，增大了非合作方的截获难度。针对伪随机序列产生器随机性有限的问题，提出一种方案使序列生成器生成的伪随机序列特征随时间变化而改变，使用生成的时变伪随机码作为控制序列选择当前信号使用的扩频码、跳频频点和调制方式，提高抗截获性能。信号波形抗截获能力采用截获概率、盲检测概率、盲估计误差等指标来反映。本项目研究提高了卫星通信安全性。