CN110138539B - 一种基于混沌映射参数池的wfrft安全通信方法 - Google Patents

Abstract

一种基于混沌映射参数池的WFRFT安全通信方法：利用Tent映射的良好特性，结合Tent序列输出范围特性，其通过参数变换可以满足WFRFT调制阶数周期，为此通过Tent映射以及参数变换处理建立参数池构造函数，并生成参数池。进一步，每个参数选择周期，从参数池中顺序选择参数，以此参数作为调制阶数，将此时刻的待传输信息进行WFRFT处理。接收端则通过相同的Tent混沌方程产生实值序列，并通过参数变换处理生成与发射端相同的参数池，进而对接收信号进行WFRFT逆处理，从而恢复出传输信息。通过混沌序列形成类随机特性的调制阶数参数池，从而大大增加了非授权用户扫描难度，增加了原始信息传输的隐蔽性和安全性。

Description

一种基于混沌映射参数池的WFRFT安全通信方法

技术领域

本发明涉及混沌技术以及保密通信技术领域，尤其是一种基于混沌映射参数池的WFRFT安全通信方法。

背景技术

加权类分数傅里叶变换(Weighted Fractional Fourier Transform,WFRFT)是无线通信系统中新兴的一种变换域信号处理分析手段。WFRFT信号表现为一种时频域信号融合的信号形式，加权分数域是处于传统时域以及频域的中间状态，基于WFRFT的特征在保留了传统时、频域信号各自优势的基础上，衍生出新的物理特性。WFRFT在信息光学、图像加密等工程技术方向已得到广泛应用，逐渐又拓展到图像加密、信号分数域采样、重构以及通信信号处理等领域。然而，使用WFRFT技术通信过程中，非授权接收机能够在有限的时间内通过参数扫描获得解调参数。由此对于具有快速扫描能力的非授权接收机而言，其保密性能也受到影响。因此，具有更强保密性能的WFRFT通信方法研究势在必行。

发明内容

本发明的目的是为解决现有的常规WFRFT的隐蔽局限性问题，引入混沌技术，进而建立类似随机特性的调制阶数参数池，从而提出一种基于混沌映射参数池的WFRFT安全通信方法。

采用的技术方案是：

一种基于混沌映射参数池的WFRFT安全通信方法：

利用Tent映射的良好特性，结合Tent序列输出范围特性，其通过参数变换可以满足WFRFT调制阶数周期，为此通过Tent映射以及参数变换处理建立参数池构造函数，并生成参数池。进一步，每个参数选择周期，从参数池中顺序选择参数，以此参数作为调制阶数，将此时刻的待传输信息进行WFRFT处理。接收端则通过相同的Tent混沌方程产生实值序列，并通过参数变换处理生成与发射端相同的参数池，进而对接收信号进行WFRFT逆处理，从而恢复出传输信息。

通过混沌序列形成类随机特性的调制阶数参数池大大增加了非授权用户扫描难度，增加了原始信息传输的隐蔽性和安全性。

其优点在于：

本方法可以解决现有的常规WFRFT的隐蔽局限性问题，而且通过混沌序列形成类随机特性的调制阶数参数池，从而大大增加了非授权用户扫描难度，增加了原始信息传输的隐蔽性和安全性。

附图说明

图1是本发明一种基于混沌映射参数池的WFRFT安全通信方法原理图。

具体实施方式

1)Tent映射的Lyapunov指数值相对较高，即对初值有更好的初值敏感依赖性，而且Tent映射的满映射的分形参数范围较广，应用空间更大，为此建立基于Tent映射的参数池构造函数。Tent序列由公式(1)的迭代方程产生，Tent映射的初值范围为[0,1),为此x_m序列值范围也为[0,1)。

2)进而利用Tent映射输出序列进行参数变换处理，如公式(2)，从而使得变换后的参数y_m取值区间为[0,4),取值区间符合调制阶数的0～4周期特性。

y_m＝4x_m-1 (2)。

3)随着序列位次m的增长，利用实值参数y_m形成参数池，m∈{1，2，3…，N}，m的取值上限根据一个周期内调制阶数的切换次数N确定，N也等于待传输信息的分割次数，N的计算如公式(3)所示。其中，R_b为待传输信息速率，T为从参数池中顺序选择参数的周期。

N＝R_b·T (3)。

4)第i个T时间，从参数池y_m中顺序选择参数y_i，利用y_i作为调制阶数，将此时刻的待传输信息进行WFRFT处理。WFRFT处理中的调制阶数即是此实值序列y_i，从而，对待传输的数据s(n)进行y_i阶WFRFT处理过程为公式(4)所示。

为y_i阶WFRFT处理函数，四种“状态函数”s(n)、S(n)、s(-n)、S(-n)是数据s(n)分别进行0、1、2、3次傅里叶变换的结果。加权系数ω_l(y_i)的定义如公式(5)所示。

5)在接收端接收到的信号r(n)被定义为公式(6)，其中除传输信号

外还存在噪声λ₀(n)的影响。

6)WFRFT对信号处理的过程可以看作是将输入信号s(n)在时频平面进行旋转，从而实现信号能量在时频重分配的过程。因此只有当接收端将通信信号

以相反的方向旋转相同角度时，方可实现信号能量的聚集。而当接收端的调制阶数选取错误时，会造成信号能量的损失，从而造成接收性能的损失，降低非合作接收机的接收性能。

从而，为保证逆过程的调制阶数与发射方的同步，接收端则通过相同的Tent混沌方程产生实值序列，依据公式(1)～(2)，生成相同的参数池y_m，并且每T时间从参数池中顺序选择参数，第i个T时间，选择参数y′_i。进一步利用-y′_i作为调制阶数，对接收信号r(n)进行WFRFT处理，如公式(7)所示。

7)当参数池中选择的参数顺序相同，且切换时间能够同步，则y_i'＝y_i，进而带入公式(7)，得到公式(8)。

可见，此时如果噪声影响在一定程度时，可以正确接收并输出原始信息s(n)。而对于非授权接收机而言，非授权接收机接收端WFRFT逆变换的调制阶数y_Δ与发射端的调制阶数y_i不能完全相同或同步，为此，当不能完全同步时等效原始信息被进行了调制阶数为y_i-y_Δ的WFRFT处理，从而对于非授权接收机而言无法接收正确信息s(n)。

Claims (1)

1.一种基于混沌映射参数池的WFRFT安全通信方法，其特征在于包括下列步骤：

1)建立基于Tent映射的参数池构造函数；Tent序列由公式[1]的迭代方程产生，Tent映射的初值范围为[0,1),为此x_m序列值范围也为[0,1)；

α的含义为Tent映射的控制参数；

2)进而利用Tent映射输出序列进行参数变换处理，如公式[2]，从而使得变换后的参数y_m取值区间为[0,4),取值区间符合调制阶数的0～4周期特性；

y_m＝4x_m-1 [2]；

3)随着序列位次m的增长，利用实值参数y_m形成参数池，m∈{1，2，3…，N}，m的取值上限根据一个周期内调制阶数的切换次数N确定，N也等于待传输信息的分割次数，N的计算如公式[3]所示；其中，R_b为待传输信息速率，T为从参数池中顺序选择参数的周期；

N＝R_b·T [3]；

4)第i个T时间，从参数池y_m中顺序选择参数y_i，利用y_i作为调制阶数，将此时刻的待传输信息进行WFRFT处理；WFRFT处理中的调制阶数即是此实值序列y_i，从而，对待传输的数据s(n)进行y_i阶WFRFT处理过程为公式[4]所示；

为y_i阶WFRFT处理函数，四种状态函数：s(n)、S(n)、s(-n)、S(-n)是数据s(n)分别进行0、1、2、3次傅里叶变换的结果；加权系数ω_l(y_i)的定义如公式[5]所示；

5)在接收端接收到的信号r(n)被定义为公式[6]，其中除传输信号

外还存在噪声λ₀(n)的影响；

6)将WFRFT对信号处理的过程看作是将输入信号s(n)在时频平面进行旋转，从而实现信号能量在时频重分配的过程；因此只有当接收端将通信信号

以相反的方向旋转相同角度时，方可实现信号能量的聚集；而当接收端的调制阶数选取错误时，会造成信号能量的损失，从而造成接收性能的损失，降低非合作接收机的接收性能；

从而，为保证逆过程的调制阶数与发射方的同步，接收端则通过相同的Tent混沌方程产生实值序列，依据公式[1]～[2]，生成相同的参数池y_m，并且每T时间从参数池中顺序选择参数，第i个T时间，选择参数y′_i；进一步利用-y′_i作为调制阶数，对接收信号r(n)进行WFRFT处理，如公式[7]所示；

7)当参数池中选择的参数顺序相同，且切换时间能够同步，则y′_i＝y_i，进而带入公式[7]，得到公式[8]；

可见，此时如果噪声影响在一定程度时，可以正确接收并输出原始信息s(n)；而对于非授权接收机而言，非授权接收机接收端WFRFT逆变换的调制阶数y_Δ与发射端的调制阶数y_i不能完全相同或同步，为此，当不能完全同步时等效原始信息被进行了调制阶数为y_i-y_Δ的WFRFT处理，从而对于非授权接收机而言无法接收正确信息s(n)；

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