空天通信系统纠错加密融合编码理论与关键技术

Aimed at highly efficient, reliable and safe transmission requirements of space communication links, we explore the physical-layer security transmission theory based on joint encrypting and error correcting codes, and study design methods of space communication links based on integrative optimization which gives consideration to both transmission performance and security performance. Specific study includes: ① Physical-layer reliable and secure transmission theory; ② Design methods of a large set of sparse and random matrices; ③ Key algorithms for joint encrypting and error correcting codes; ④ Low-cost and highly reliable physical layer dynamic password update and synchronization technology; ⑤ Polydomain joint iterative decoding and receiving technology. The target of this project is to develop a secure transmission scheme where the information security and the communication link reliability are guaranteed simultaneously, and thus to promote the application of novel physical-layer secure transmission technology to space communication systems.

针对空天通信链路的高效、高可靠和安全传输需求，探索基于纠错加密融合编码的物理层安全传输理论，研究传输性能与加密性能整体优化的空天通信链路设计方法。具体研究内容包括：①物理层可靠安全传输基础理论；②海量稀疏随机矩阵联合设计技术；③纠错加密融合编码传输关键算法；④低开销高可靠物理层动态密码更新与同步等技术；⑤多域联合迭代译码接收技术。本项目的研究目标是形成同时保障传输信息安全和链路可靠性的安全传输方案，推动新型物理层安全传输技术在空天通信系统中的应用。

本项目面向空天通信链路的高效、高可靠和安全传输需求，探索纠错加密融合的空天通信物理层安全传输理论，研究传输性能与安全性能联合优化的广义稀疏随机编码设计与系统实现方法，以期形成若干创新突破，形成同时保障传输信息安全和链路可靠性的新型空天通信安全传输方案，为解决未来空天信息网络中高效、高可靠、安全的物理层传输难题提供有效技术途径。.项目的主要研究进展包括：.①在基础理论及模型研究层面，针对空天通信网络高效、高可靠与安全的信息传输难题，提出了一种安全与效率兼顾的安全通信架构模型，提出了实现通信效率和通信安全联合优化的动态矩阵纠错加密融合编码传输方法、基于结构化联防的空天网络安全架构，可为构建高效、高可靠、安全的未来空天信息网络提供有效方案和关键技术支撑；.②在关键技术研究层面，针对非高斯恶劣空天信道下的高性能编码设计难题，提出了基于高维代数码约束扩展的广义稀疏随机编码技术，突破了基于动态随机结构的高性能纠错加密融合编码设计方法，可实现接收率仅为千分之一的极端恶劣信道下可靠信息接收，为解决恶劣信道下高效可靠的空天信息安全传输提供有效技术手段；.③在应用验证层面，结合实际通信场景开展了广义稀疏随机编码及其通信体制的应用研究，完成了在空间抗干扰通信、卫星-直升机通信、5G超高可靠低时延通信、量子安全直接通信中等典型通信场景下广义稀疏随机编译码器模块的设计实现和应用测试，初步验证了项目提出的广义稀疏随机编码技术在高效、高可靠和安全传输方面的性能优势和应用价值。.课题组相关研究共发表论文27篇，其中SCI一区论文11篇，并有1篇论文获得Light Sci Appl期刊2020年度杰出论文奖；获得授权发明专利11项。