超短波無線通信保密技術探討

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1跳頻保密技術

1.1技術組成。跳頻保密技術指的是通過基于超短波跳頻通信系統的保密技術，頻率合成器與偽隨機碼產生器屬于跳頻通信系統的主要構成。值得注意的是，跳頻通信系統具備較強的抗外部干擾能，但高斯白噪聲很容易對該系統造成較大的干擾和影響，這種干擾和影響理應得到相關業內人士的重視。1.2特點分析。跳頻保密技術具備保密性強、抗干擾能力強、多址組網能力、抗多徑能力、抗衰落能力等特點，如抗干擾能力強是由于跳頻保密技術能夠較好應對寬頻帶阻塞式干擾、跟蹤式干擾，但這種應對需建立在跳頻速率足夠快、跳頻范圍足夠寬、頻點數目足夠多等基礎上；保密性強是由于跳頻保密技術可實現載波的快速跳變，信息的截獲難度因此大大提升，跳頻圖案的偽隨機性也能夠較好保證跳頻保密技術的保密性[1]。1.3關鍵技術。跳頻圖案、頻率合成器、同步技術屬于組成跳頻保密技術的關鍵技術，3種技術的特點如下。1）跳頻圖案。跳頻圖案指的是跳頻序列控制下載波頻率跳變的規律，跳頻序列則指的是控制載波頻率跳變的地址碼序列。在跳頻圖案的設計中，一般需保證跳頻圖案的產生電路較為簡單、具備較大的線性復雜度和較好的隨機性、具備較為優秀的均勻性，而為了實現最大化處理效益，必須保證每一個跳頻圖案均可以使用頻隙集合中的所有頻隙；偽隨機碼也可以屬于跳頻圖案的組成，其序列具有雙值自相關函數，且擁有周期內0和1出現的次數近似相等特點，結合表1所示的跳頻用偽隨機碼性能比較，即可更深入了解跳頻保密技術。2）頻率合成器。作為跳頻保密技術的核心，可變頻率合成器涉及的跳頻速率、跳變頻率總和直接影響跳頻保密技術的抗干擾能力。相較于普通的頻率合成器，跳頻保密技術應用的頻率合成器具備跳變頻率足夠快、受跳頻序列控制特點，這使得頻率合成器能夠較好應對外部的轉發性干擾，且跳頻保密技術的處理效益能夠隨著跳頻數增加得到顯著提升。值得注意的是，跳頻保密技術對頻率合成器的要求較為苛刻，因此必須保證頻率合成器可供選擇的頻率數N足夠大，且頻率鎖定時間小、頻率轉換時間短、跳頻圖案轉換速度快。3）同步技術。同步技術指的是應用跳頻保密技術的收發兩端的跳變頻率需具備嚴格的對應關系，而為了真正實現該目標，同步技術必須保證發射機跳頻圖案與接收機跳頻圖案一致，通過提取接收信號的載波頻率進行相關檢測可較好實現該目標。同步技術存在多種實現方法，如獨立信道法、同步字頭法、參考時鐘法、插入特殊碼字同步法、步進串序搜索法、匹配濾波器法、自同步法，但這類方法的應用均需要保證同步建立速度較快、具備較強的抗干擾能力、滿足跳頻保密技術的組網要求，且同步信號需具備較強的抗偵察能力和較強的隱蔽性[2]。

2仿真試驗

2.1基于組合混沌序列的超短波無線通信保密系統。2.1.1組合混沌序列。本文提出了一種組合映射產生混沌序列的方法，通過結合Logistic映射和Tent映射產生混沌序列，即可較好服務于超短波無線通信的保密技術應用。式（1）、式（2）分別為Logistic映射的定義和Tent映射的定義，式（1）中的xn為狀態且0＜xn＜1，式（2）中的0＜a＜1且0≤[x]≤1。（1）（2）通過計算，可確定參數µ=4.0時，Logistic映射產生的混沌序列均值為0.5，其互相關函數為0，自相關為δ函數，且擁有與白噪聲一致的概率統計特性，由此可確定具體的混沌跳頻序列的產生步驟：1）確定混沌映射的參數值（a和µ），Logistic映射、迭代初始值x0與y0的迭代次數為M，Tent映射的迭代次數為N。2）經過M-1次迭代運算后，Logistic映射、Tent映射均可得到模擬實值序列，分別為、。3）采用相鄰混合方式混合模擬實值序列，取M=N，可得到混合的模擬實值序列{}111100,,,,,,NN−−YxyxyxL。4）進行{}111100,,,,,,NN−−YxyxyxL中2N元素的由小到達培訓，在隊列理論的排序方法支持下，可獲得1個有序序列，并確定有序序列中各元素的十進制位置，由此取代模擬實值序列各元素，即可最終求得十進制序列{}Naaa221,,,L，x0在有序序列中的位置使用a1表示。5）將{}Naaa221,,,L作為跳頻碼，可得到2N個跳變頻率跳頻圖案{}Naaafff221,,,L。2.1.2系統具體構成。基于組合混沌序列的超短波無線通信保密系統信道的數學模型由輸入、多徑信道、噪聲、人為干擾、輸出組成，因此本文使用MATLAB建立了仿真系統，該系統可細分為四部分，分別為數字信號的產生、跳頻系統和信道部分、頻率合成器（偽隨機序列控制）、信號的檢測和觀測，具體組成如下。1）數字信號的產生。信號頻率設置為1s，模塊用于產生信源信號，隨后進行傳輸信道和跳頻系統。2）頻率合成器。可根據不同的輸入值產生不同頻率的載波，通過在混沌序列中取m個信號，即可合成為2m個離散頻率，不同頻率載波的生成可通過控制輸入的值實現。3）跳頻系統和信道部分。采用2FSK信號，主要由傳輸延遲模塊、混沌模塊、調解模塊、2FSK的調制模塊、低通濾波器模塊組成，并采用高斯白噪聲信道。其中的混頻模塊采用了點乘模塊，濾波器的截至頻率為325Hz。4）信號的檢測和觀測部分。由示波器模塊、顯示模塊、誤碼率計算模塊組成，示波器負責波形觀測。2.2仿真分析。設置試驗仿真時間為20s，可得出系統的仿真結果，對比序列的跳頻、解跳后的序列、恢復的序列，可發現混沌序列的各項特性在實質混沌序列轉化為數字序列的過程中得到了一定限制，但這種情況可通過選擇適當的初值避免，而為了克服數字化帶來的序列特性下降，可在實際應用中進行混沌序列的微擾，更長周期的序列也能夠由此實現。更深入分析不難發現，基于組合混沌序列的超短波無線通信保密系統不僅能夠較好完成通信，其能夠實現較高水平的信號加密與解密工作，跳頻保密技術在超短波無線通信系統中的應用價值也由此得到了較好證明，而結合誤碼率顯示模塊不難發現，一直為0的誤碼率直觀證明了基于組合混沌序列的超短波無線通信保密系統具備的較高通信質量。

3結論

綜上所述，超短波無線通信的保密技術具備較為廣闊的發展潛力，在此基礎上，本文涉及的基于組合混沌序列的超短波無線通信保密系統、仿真試驗等研究內容，則提供了可行性較高的超短波無線通信保密技術應用路徑，而為了更好發揮這類技術的優勢，跳頻及混沌跳頻同步技術的研究、高技術含量的頻率合成器研究均需要得到重點關注。

參考文獻

[1]毛九平，鄭霖，劉爭紅.超短波無線認知傳感器網絡節點的設計與實現[J].計算機工程，2017，43（7）：80-85.

[2]林振華.跳頻保密技術在超短波無線通信系統中的應用研究[J].信息通信，2016（6）：210-211.

作者:肖青 吳罡 姚殿民 單位:中國船舶重工集團有限公司第七二二研究所