[发明专利]基于多波束协作的天基安全调制方法

权利要求书

1.一种基于多波束协作的天基安全调制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、设计包含多个阵列的信号发射系统，实现星地间多波束协作通信；

针对卫星波束地面覆盖范围广，窃听威胁隐藏范围大，安全性不足的问题，通过控制多个波束在地面相交得到一个小的多波束交汇区域，并将多波束交汇区域设定为安全服务区域，实现卫星波束对服务用户的小范围精准覆盖，缩小窃听威胁隐藏范围；

所述多个阵列的信号发射系统主要由基带调制模块、噪声叠加模块、射频链路和D个天线阵列组成；其中射频链路包括功率放大器和相移器两部分，在射频链路中可通过对每根天线所发送符号的相位和幅值调节来控制D个波束主瓣交叠；在该系统中信源首先经过基带调制模块进行相位调制，随后分别达到D个子发射系统进行传输；每个子发射系统又由N条射频链路、一个包含N条天线的天线阵列和一套噪声叠加模块组成，其中每条射频链路控制一根天线；在每一个调制符号到达子发射系统时，每个子系统的噪声添叠加模块都会发送一个噪声，并随机产生一个天线子集L；在每个子系统中，天线子集L中包含M个天线元素(MN)，射频开关根据每个传输符号对应的天线子集L选择噪声添加的射频链路；由于每发送一个符号均随机选择添加噪声的射频链路和发射阵列，这样就将随机性引入到信号发射系统中，为后续干扰波束非叠加区域非合法用户提供了手段；

步骤2、基于多天线理论对各个阵列的传输信道进行建模，得到各个阵列的传输信道模型；

步骤3、采用波束赋形技术控制多个波束相交，在地面得到一个小的多波束交汇区域；

步骤4、采用天线选择技术添加人工噪声，将随机性引入到非期望方向上的星座图中；

步骤5：设置噪声窗口保证添加人工噪声只对非安全区域用户造成干扰，实现卫星波束对服务用户的小范围精准覆盖，缩小窃听威胁隐藏范围，有效提升通信的安全性。

2.如权利要求1所述的一种基于多波束协作的天基安全调制方法，其特征在于：步骤2实现方法为，

由于毫米波的信道衰减大，只考虑LOS通信；线性均匀阵列是由多个天线均匀的排列在一条直线上所形成的天线阵列；每个子发射系统的中的线性均匀阵列包含N根天线，且天线之间的间距为d，d≤λ/2，λ为载波波长；基于多天线理论，单个线性均匀天线阵列与沿θ方向的单天线接收用户之间的信道表示为h^*(θ)，形式如下：

3.如权利要求2所述的一种基于多波束协作的天基安全调制方法，其特征在于：步骤3实现方法为，

为使多个波束在地面相交得到一个小的交叠区域，实现卫星波束对服务用户的小范围精准覆盖，设定D个均匀直线阵列所发射波束主瓣方向分别朝向θ₁,θ₂,···,θ_M，单天线接收用户沿θ方向接收到第i个天线阵列发出的信号表示为：

y_i(k,θ)＝h_i^*(θ)X_i(k)+n_i(3)

其中，X_i(k)是第i个天线阵列传输向量，n_i为加性噪声；

进一步在时刻k传输向量X_i(k)表示为：

X_i(k)＝w_i(k)x(k)(4)

其中，w_i(k)为第i个波束赋形向量，x(k)为阵列k时刻的传输符号；第i个天线阵列通过设定使主瓣沿着θ_i方向传播。