深空通信的高效安全编码技术研究

随着深空探测的广泛展开，实现高效安全的深空通信编码成为深空通信的迫切要求。本课题将研究具有加密功能的低密度图码，以及基于低密度图码的联合信源信道编码，以实现适于深空通信的高效安全编码。高效安全的深空通信联合信源信道编码，可由加密结构的联合信源信道编码实现。高效安全的深空通信联合信源信道编码，以具有加密功能的低密度生成矩阵编码实现信源压缩编码；以具有加密功能的低密度校验矩阵编码实现信道纠错编码；以具有加密功能的低密度Raptor编码实现信道纠删编码；通过低密度生成矩阵编码、低密度校验矩阵编码和低密度Raptor编码联合设计的低密度图码，实现高效安全的深空通信联合信源信道编码私钥密码系统。这种系统，以一个分层结构的低密度图码，同时实现信源编码、信道纠错编码、信道纠删编码和加密编码，可保证高性能和高安全性，同时具有简单的编解码结构，适于深空通信系统。

高效安全的编码技术可以为深空通信提供高性能且可加密的编码系统，具有重要的研究意义。本课题对面向深空通信的图码技术进行了深入的研究。（1）提出了多边缘二分图实现低密度生成矩阵码（Low-density generator-matrix codes，LDGM码）的限幅消解和滤波消解算法，并用二次交织多项式的系数作为密钥，实现对LDGM码的随机化，实现基于块结构LDGM码(Block-LDGM码)的低复杂度信息压缩编码。（2）基于二次交织多项式的加密功能，并采用对系统码进行加密掩盖的方法，设计了一种加密的块结构低密度奇偶校验码(block low-density parity-check codes, Block-LDPC码)，实现保障信息安全和纠正误码的信道传输。（3）联合可加密Block-LDPC码和随机LT码，构成了一个可加密块结构Raptor码(Block-Raptor码)，实现对删除信道下数据丢失分组的纠删和加密，在没有损失Raptor码纠删性能的基础上，同时具有较高的保密能力。（4）基于可加密Block-LDGM码的信源编码和可加密Block-LDPC码的信道编码的一致二分图结构，将两个图码的二分图连接在一起，实现了一个基于低密度图码的联合信源信道编码，通过LDPC码软信息实现LDGM码的译码，实现了高性能的联合信源信道编码；同时，设计了可面向各种图码的译码器，实现面向卷积码、Turbo码和LDPC/LDGM码的多模式译码器，通过可配置的结构，可以自适应的在各种码间切换，从而用同一块硬件实现各种不同码的联合使用。课题采用统一的图码技术，实现对各种信源压缩编码、信道纠错编码、数据包纠删编码和安全技术的统一设计，并实现了图码的联合应用技术。.本课题申请4项国内发明专利，发表了6篇学术论文（含1篇SCI论文）。本课题解决了面向深空通信的信源编码、信道编码、网络包编码和安全编码的统一设计，开发了基于同一块硬件的各种不同码的联合使用硬件，将有助于促进未来深空通信编码的技术发展、标准制定和产业发展。