[发明专利]一种基于虚拟运动天线的空间扩频安全通信方法

说明书

一、技术领域

本发明属于扩频通信技术领域，尤其涉及了采用新型扩频方法使位于不同方位的窃听接收机不能解调信息的安全通信技术。

二、背景技术

扩频技术在现代无线通信系统中具有广泛的应用，如码分多址移动通信系统，全球定位系统，卫星通信系统等。目前主要的扩频技术有直接序列扩频系统(DS-SS)，频率跳变扩频系统(FH-SS)，时间跳变扩频系统(TH-SS)，以及这三种基本方式组合的混合扩频系统。这些扩频技术扩频调制都是在信号时域完成的，信号经过放大器后由天线辐射，这样辐射信号在波束范围内(包括旁瓣辐射信号)的信号星座图是相同的。由于天线辐射方向图的原因，接收机在空间的任何方位只存在接收信号能量大小方面的差异，不同方位接收机接收信号仍然包含与主瓣方向相同的通信信息，只要接收机有足够的灵敏度，总是能够正确解调出通信信息的。为了对抗窃听接收，本发明用天线虚拟运动的扩频方式来增加调解难度，保护通信信息。

天线虚拟运动即通过天线快速切换实现频谱扩展，在天线快速切换方式上类似于时间调制阵。时间调制阵在天线阵方向图图综合方面有过报道，利用时间这个天线阵的第四维变量降低辐射方向图的旁瓣电平，但使用时间调制来综合方向图存在谐波分量，影响发射信号能量有效利用，方向图综合算法都在力求减小谐波分量，在接收机中需要采用滤波器滤除谐波分量。也有文献提出了采用两个一次谐波分量和基频分量构成一个单脉冲测向系统，这也仅仅将两个一次谐波分量应用到测向功能中。这些谐波分量中包含了与基频分量相同的信息含量，本发明的目的就是利用谐波分量和基频分量一起在空间形成一个空间扩频信号。与时间调制阵不同的是本发明中的虚拟运动每次仅用一个单元发射，不用复杂的多单元激励和方向图综合算法，随机切换天线的目的是扩展信号频谱，提高信号保密性。

三、发明内容

1、发明目的：本发明的目的是提供一种安全通信方法，为信息无线传输增加一项防窃听的保障措施。

2、技术方案：为了达到上述的发明目的，本发明包括下列步骤：

(1)设计了信号发射阵列：发射阵列中包含的阵元都是相同的全向辐射天线，阵元间距为其中λ为反射信号的波长，阵元分别用序号1，2，……R表示，并且所有的阵元都由高速的射频开关控制阵元的导通和关闭，对于每一段时间开关控制只有一个天线在辐射信号，利用切换天线实现发射天线的直线虚拟运动。发射阵元采用的激励信号为b_ne^jωt，其中b_n∈{+1，-1}为待发送的二进制比特信息，n＝1，2，……，N，ω为发射信号的角频率。

(2)根据选择的扩频码的不同选择发射天线：天线阵中发射天线的虚拟运动方式是由扩频码控制完成的，b_n∈{+1，-1}为待发送的二进制比特信息，其中n＝1，2，……，N，选择使用的扩频码记为q_m∈{+1，-1}，扩频码周期为M，其中m＝1，2，……，M，每一个二进制比特信息都在阵元总数为R的切换天线直线阵中选择M个单元进行发射，第m个扩频码片对应的发射天线序号为L_n，m，切换方法如下：

第一步：当q₁＝1时，L_n，1＝1，当q₁＝-1时，L_n，1＝2；

第二步：对于m＝2，3，……，M，计算L_n，m＝L_n，m-1+0.5(3+q_m·q_m-1)，得到的集合{L_n，m}，m＝1，2，……M就是信息码b_n对应的发射天线序号集合。

(3)根据期望接收机的方位设置天线阵阵元相移器相移：设期望接收机所在的空间方位为ψ，为了在ψ方位形成一个空间扩频信号，根据(2)中的天线选择方法，序号为L_n，m的天线对应的相移器相移大小为：