[发明专利]一种船载卫星通信系统物理层安全传输方法

说明书

本发明公开了一种船载卫星通信系统物理层安全传输方法，包括船载卫星发射机发射信号的过程，船载卫星发射机发射信号的过程包括以下步骤：S11：将航运过程中船载发射机的待发射信号进行幅相调制；S12：设计发射信号的快速极化跳变图案，发射机根据快速极化跳变图案将调制后的信号映射成对应的极化状态，同时得到两路信号；S13：将步骤S12得到的两路信号上变频到射频，然后通过船载正交双极化天线发射出去。本发明通过设计一种快速极化跳变图案用于承载调制信息，形成一种发射信号的自干扰；使得合法接收机可以通过已知的快速极化跳变图案进行极化匹配，从而进行正常解调；窃听者由于无法获取快速极化跳变图案，无法进行解调，导致误码率很高。

技术领域

本发明涉及卫星通信领域，特别是涉及一种船载卫星通信系统物理层安全传输方法。

背景技术

全球90％的贸易运输由海运承担，海运已成为国家的战略性产业。卫星通信由于不受地域限制，是海上通信的首选手段。海运业的发展变化对海上卫星通信提出了更高的要求。

由于航运卫星的广播特性以及无线电的无界性，随着计算机速度的不断提高以及量子计算的发展，以计算复杂度为保证的高层加密技术面临着巨大挑战。而航运卫星通信系统往往需要传输许多商业机密信息，若卫星信号被截获，将会带来巨大的经济损失，因此对航运卫星通信系统信息安全保密能力的提升具有重要意义。

航运卫星通信系统长时间在海上航行，而海洋与陆地情况有所不同，海洋上没有建筑、植被等的遮挡，其物理信道基本可以视为加性高斯白噪声信道。对于高斯信道，传统的实现物理层方法，例如零空间人工噪声、协作干扰等，无法实现安全传输。在固定卫星通信系统中要想实现物理层安全传输，可行的方案是让窃听者无法截获发射的信号。例如直接序列扩频技术、直接序列跳频技术、波束成型技术以及猝发通信技术等。在频谱资源严重紧张的背景下，直接序列扩频技术和直接序列跳频技术由于对频谱资源利用率不高，使得其使用价值需要重新衡量。波束成型技术实现安全传输需已知窃听者位置，但在实际卫星通信系统中，窃听者的位置很难发现。猝发通信技术虽然具有较好的安全传输特性，但由于其长时间传输间隔使得平均吞吐量不高，也限制了其广泛的应用。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种船载卫星通信系统物理层安全传输方法，提高了对频谱资源的利用率和平均吞吐量，无需已知窃听者的位置。

技术方案：本发明所述的一种船载卫星通信系统物理层安全传输方法，包括卫星发射机发射信号的过程，卫星发射机发射信号的过程包括以下步骤：

S11：将待发射信号进行幅相调制；

S12：设计快速极化跳变图案，根据快速极化跳变图案将调制后的信号映射成对应的极化状态，得到两路极化信号；

S13：将步骤S12得到的两路极化信号上变频到射频，然后通过正交双极化天线发射出去。

进一步，所述步骤S13中，上变频之前，先根据反馈信道的信息对步骤S12 得到的两路极化信号进行预补偿。这样能够消除酉矩阵对极化状态的刚性旋转以及对角矩阵的耦合效应。

进一步，所述预补偿为的线性补偿，为信道矩阵奇异值分解后右边酉矩阵的共轭转置，为信道矩阵奇异值分解对称矩阵的逆。

进一步，所述步骤S12中的快速极化跳变图案通过以下步骤设计：

S12.1：生成两个二进制独立的伪随机序列PN1和PN2；

S12.2：确定需要的极化跳变对的数目；