基于WFRFT-TDCS的宽带认知卫星多重隐蔽通信关键技术研究

The project targets an enhancement to the satellite signal hidden, taking advantages of a rather new time-frequency mathematical tool–Weighted-type Fractional Fourier Transform (WFRFT) and Cognitive Radio (CR), considering a combination of baseband and frequency band, a co-ordination of time domain, frequency domain and transform domain, a transform domain satellite communication system expecting an effect of multi-tiered covert using cascade connection scheme as baseband digital encryption--WFRFT—TDCS—channel overlay would be given. With the emphasis on the research of how to design the spectral sensing algorithms for wideband satellite channel and the composite signal WFRFT-TDCS with advantages both WFRFT and TDCS. By analysing the various properities of WFRFT-TDCS, such as the statistic characteristics, Low Probability of Intercept(LPI), Low Probability of Detection (LPD), the detection sensitivity of parameter, as well as the impact of different pattern of single or multiple parameter,the methods to solve the local optimum for single system and the global optimum for multi-tiered system would be given. To validating the methods and algorithms, the experimental platform of WFRFT-TDCS baseband system would be set up. Therefore, the task could provide theoretical and technical guidance for future development of satellite covert communication system.

本项目以增强卫星信号隐蔽性为目标，利用时频联合数学分析工具WFRFT和认知无线电技术，基于基带/频带结合、时域/频域/变换域统筹的新思路，期望构建一个“基带数字加密--WFRFT--TDCS--信道搭载”的级联多重变换域卫星隐蔽通信系统。重点研究与探索WFRFT-TDCS组合隐蔽信号的结构设计与特征,期望利用WFRFT的时域鲁棒性与星座旋转性，TDCS隐蔽性、基函数的伪随机性等，寻求解决WFRFT-TDCS单层隐蔽的局部最优和多层隐蔽的全局最优的技术方法与策略，分析单/多层隐蔽系统低概率截获和低概率检测的统计特性、抗扫描特性，以及在单/多参数作用下的变化规律，解决基于认知无线电的宽带卫星信号频谱感知问题,搭建WFRFT-TDCS基带收发实验平台，验证提出的技术原理与算法。该课题的预期研究可为我国未来卫星隐蔽通信发展提供理论指导，对新一代卫星隐蔽通信系统设计提供技术支持。

本项目采用CR技术、WFRFT技术及TDCS技术相结合的方式，以增强卫星信号隐蔽性为目标，基于基带/频带结合、时频域/变换域统筹的新思路，期望构建一个“频谱感知-基带数字加密-WFRFT-TDCS-信道搭载”的级联多重变换域卫星隐蔽通信系统。重点研究与探索WFRFT-TDCS组合信号的结构设计与特征，期望利用WFRFT的时域鲁棒性与星座旋转性，TDCS隐蔽性、基函数的伪随机性等，寻求解决WFRFT-TDCS单层隐蔽的局部最优和多层隐蔽的全局最优的技术方法与策略。搭建WFRFT-TDCS基带收发实验平台，验证部分技术原理与算法。项目主要取得以下研究成果：（1）信号频谱感知方法。基于分布式压缩感知理论，提出一种宽带协作频谱感知方案；根据压缩抽样匹配追踪方法，提出一种协作频谱感知的ScoSaMP算法；为实现卫星隐蔽通信提供可选频带，提出一种基于感知帧结构的谱效提升策略。（2）WFRFT-TDCS信号结构与特征。基于TDCS基带调制波形的伪随机性和WFRFT星座模糊、裂变等特性，建立组合隐蔽信号星座裂变模型，并利用混合整数规划和遗传算法进行优化设计；探索分析WFRFT信号与其他技术（混沌扰码、极化调制等）相结合的性能。（3）WFRFT信号调制识别性能。从WFRFT信号的统计特性和抗扫描特性出发，探究WFRFT-TDCS信号的低概率截获特性；研究采用高阶累积量进行WFRFT信号调制识别的方法，并分析多参WFRFT的抗调制识别性能。（4）WFRFT系统抗干扰性能。论证零均值高斯白噪声对WFRFT变换的免疫性；针对多径衰落情景构建基于WFRFT的混合载波频域均衡系统；针对窄带干扰频域分布相对集中的特点，提出一种WFRFT与TDCS联合窄带干扰抑制的设计方法。（5）WFRFT-TDCS基带收发平台搭建与实验。基于所提出的WFRFT-TDCS卫星隐蔽通信方案搭建仿真实验平台，并利用USRP、SDR，结合LabVIEW开发工具对联合系统的安全隐蔽性能进行测试评估，验证所提技术方案。共发表学术论文57篇（SCI 27篇，EI 19篇，中文核心11篇），参加学术会议40人次，申报国家专利3项。培养博士研究生7名、硕士研究生9名。本项目的成果对实现安全、可靠的宽带认知卫星多重隐蔽通信具有重要的理论价值与实际参考意义。