超短波无线通信保密技术探讨

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1跳频保密技术

1.1技术组成。跳频保密技术指的是通过基于超短波跳频通信系统的保密技术，频率合成器与伪随机码产生器属于跳频通信系统的主要构成。值得注意的是，跳频通信系统具备较强的抗外部干扰能，但高斯白噪声很容易对该系统造成较大的干扰和影响，这种干扰和影响理应得到相关业内人士的重视。1.2特点分析。跳频保密技术具备保密性强、抗干扰能力强、多址组网能力、抗多径能力、抗衰落能力等特点，如抗干扰能力强是由于跳频保密技术能够较好应对宽频带阻塞式干扰、跟踪式干扰，但这种应对需建立在跳频速率足够快、跳频范围足够宽、频点数目足够多等基础上；保密性强是由于跳频保密技术可实现载波的快速跳变，信息的截获难度因此大大提升，跳频图案的伪随机性也能够较好保证跳频保密技术的保密性[1]。1.3关键技术。跳频图案、频率合成器、同步技术属于组成跳频保密技术的关键技术，3种技术的特点如下。1）跳频图案。跳频图案指的是跳频序列控制下载波频率跳变的规律，跳频序列则指的是控制载波频率跳变的地址码序列。在跳频图案的设计中，一般需保证跳频图案的产生电路较为简单、具备较大的线性复杂度和较好的随机性、具备较为优秀的均匀性，而为了实现最大化处理效益，必须保证每一个跳频图案均可以使用频隙集合中的所有频隙；伪随机码也可以属于跳频图案的组成，其序列具有双值自相关函数，且拥有周期内0和1出现的次数近似相等特点，结合表1所示的跳频用伪随机码性能比较，即可更深入了解跳频保密技术。2）频率合成器。作为跳频保密技术的核心，可变频率合成器涉及的跳频速率、跳变频率总和直接影响跳频保密技术的抗干扰能力。相较于普通的频率合成器，跳频保密技术应用的频率合成器具备跳变频率足够快、受跳频序列控制特点，这使得频率合成器能够较好应对外部的转发性干扰，且跳频保密技术的处理效益能够随着跳频数增加得到显著提升。值得注意的是，跳频保密技术对频率合成器的要求较为苛刻，因此必须保证频率合成器可供选择的频率数N足够大，且频率锁定时间小、频率转换时间短、跳频图案转换速度快。3）同步技术。同步技术指的是应用跳频保密技术的收发两端的跳变频率需具备严格的对应关系，而为了真正实现该目标，同步技术必须保证发射机跳频图案与接收机跳频图案一致，通过提取接收信号的载波频率进行相关检测可较好实现该目标。同步技术存在多种实现方法，如独立信道法、同步字头法、参考时钟法、插入特殊码字同步法、步进串序搜索法、匹配滤波器法、自同步法，但这类方法的应用均需要保证同步建立速度较快、具备较强的抗干扰能力、满足跳频保密技术的组网要求，且同步信号需具备较强的抗侦察能力和较强的隐蔽性[2]。

2仿真试验

2.1基于组合混沌序列的超短波无线通信保密系统。2.1.1组合混沌序列。本文提出了一种组合映射产生混沌序列的方法，通过结合Logistic映射和Tent映射产生混沌序列，即可较好服务于超短波无线通信的保密技术应用。式（1）、式（2）分别为Logistic映射的定义和Tent映射的定义，式（1）中的xn为状态且0＜xn＜1，式（2）中的0＜a＜1且0≤[x]≤1。（1）（2）通过计算，可确定参数µ=4.0时，Logistic映射产生的混沌序列均值为0.5，其互相关函数为0，自相关为δ函数，且拥有与白噪声一致的概率统计特性，由此可确定具体的混沌跳频序列的产生步骤：1）确定混沌映射的参数值（a和µ），Logistic映射、迭代初始值x0与y0的迭代次数为M，Tent映射的迭代次数为N。2）经过M-1次迭代运算后，Logistic映射、Tent映射均可得到模拟实值序列，分别为、。3）采用相邻混合方式混合模拟实值序列，取M=N，可得到混合的模拟实值序列{}111100,,,,,,NN−−YxyxyxL。4）进行{}111100,,,,,,NN−−YxyxyxL中2N元素的由小到达培训，在队列理论的排序方法支持下，可获得1个有序序列，并确定有序序列中各元素的十进制位置，由此取代模拟实值序列各元素，即可最终求得十进制序列{}Naaa221,,,L，x0在有序序列中的位置使用a1表示。5）将{}Naaa221,,,L作为跳频码，可得到2N个跳变频率跳频图案{}Naaafff221,,,L。2.1.2系统具体构成。基于组合混沌序列的超短波无线通信保密系统信道的数学模型由输入、多径信道、噪声、人为干扰、输出组成，因此本文使用MATLAB建立了仿真系统，该系统可细分为四部分，分别为数字信号的产生、跳频系统和信道部分、频率合成器（伪随机序列控制）、信号的检测和观测，具体组成如下。1）数字信号的产生。信号频率设置为1s，模块用于产生信源信号，随后进行传输信道和跳频系统。2）频率合成器。可根据不同的输入值产生不同频率的载波，通过在混沌序列中取m个信号，即可合成为2m个离散频率，不同频率载波的生成可通过控制输入的值实现。3）跳频系统和信道部分。采用2FSK信号，主要由传输延迟模块、混沌模块、调解模块、2FSK的调制模块、低通滤波器模块组成，并采用高斯白噪声信道。其中的混频模块采用了点乘模块，滤波器的截至频率为325Hz。4）信号的检测和观测部分。由示波器模块、显示模块、误码率计算模块组成，示波器负责波形观测。2.2仿真分析。设置试验仿真时间为20s，可得出系统的仿真结果，对比序列的跳频、解跳后的序列、恢复的序列，可发现混沌序列的各项特性在实质混沌序列转化为数字序列的过程中得到了一定限制，但这种情况可通过选择适当的初值避免，而为了克服数字化带来的序列特性下降，可在实际应用中进行混沌序列的微扰，更长周期的序列也能够由此实现。更深入分析不难发现，基于组合混沌序列的超短波无线通信保密系统不仅能够较好完成通信，其能够实现较高水平的信号加密与解密工作，跳频保密技术在超短波无线通信系统中的应用价值也由此得到了较好证明，而结合误码率显示模块不难发现，一直为0的误码率直观证明了基于组合混沌序列的超短波无线通信保密系统具备的较高通信质量。

3结论

综上所述，超短波无线通信的保密技术具备较为广阔的发展潜力，在此基础上，本文涉及的基于组合混沌序列的超短波无线通信保密系统、仿真试验等研究内容，则提供了可行性较高的超短波无线通信保密技术应用路径，而为了更好发挥这类技术的优势，跳频及混沌跳频同步技术的研究、高技术含量的频率合成器研究均需要得到重点关注。

参考文献

[1]毛九平，郑霖，刘争红.超短波无线认知传感器网络节点的设计与实现[J].计算机工程，2017，43（7）：80-85.

[2]林振华.跳频保密技术在超短波无线通信系统中的应用研究[J].信息通信，2016（6）：210-211.

作者:肖青 吴罡 姚殿民 单位:中国船舶重工集团有限公司第七二二研究所