導(dǎo)語：極化信號安全傳輸技術(shù)探析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星通信特別是在軍事領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但隨著軍事斗爭日趨嚴(yán)峻復(fù)雜，對衛(wèi)星通信的安全性和抗干擾能力提出了更高的要求。我們在衛(wèi)星通信保障和訓(xùn)練中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)天線饋源組件的極化角度一旦發(fā)生變化，信號的強(qiáng)度也隨著發(fā)生變化。信號的極化特性在器件非線性應(yīng)對、頻譜資源緊張緩解、抗干擾等方面均有著不俗表現(xiàn)。本文將就衛(wèi)星通信中極化信號的安全傳輸技術(shù)作進(jìn)一步的分析和探討。

1衛(wèi)星通信安全傳輸技術(shù)分析

通過研究，我們發(fā)現(xiàn)在空域、頻域和時(shí)域難以處理的抑制干擾問題，可基于極化濾波實(shí)現(xiàn)較好的處理。極化濾波器和干擾信號極化參數(shù)識別技術(shù)在其中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用，極化濾波器的濾波效果，在很大程度上受到極化參數(shù)識別的精確度影響，而隨著近年來其他技術(shù)的引入，如聯(lián)合極化空間抗干擾方法，其極化抗干擾的實(shí)用性正不斷提升。但值得注意的是，受云計(jì)算等技術(shù)的影響，近年來不斷增強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力使得加密技術(shù)可靠性不斷下降，訪問敏感衛(wèi)星數(shù)據(jù)、惡意節(jié)點(diǎn)成功破解加密的風(fēng)險(xiǎn)不斷提升，這種風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對需更好地利用信號極化特性，如極化抗干擾技術(shù)、快速雙極化跳變系統(tǒng)、方向極化調(diào)制技術(shù)等，本文對基于傳統(tǒng)的代表性技術(shù)的優(yōu)化升級展開探索。

2衛(wèi)星通信中的極化信號安全傳輸技術(shù)

2.1基于卡爾曼濾波的極化抗干擾技術(shù)。極化參數(shù)識別可基于卡爾曼濾波技術(shù)實(shí)現(xiàn)，這一過程的干擾信號濾除可應(yīng)用斜投算子。在技術(shù)的具體應(yīng)用中，干擾極化狀態(tài)估計(jì)的方法需通過極化模型解釋，并隨之建設(shè)可用于極化濾波器設(shè)計(jì)的卡爾曼遞推方程。為最終實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信抗干擾，需進(jìn)一步引入斜投影濾波算子的運(yùn)算性質(zhì)及原理，圖1為極化抗干擾系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。基于圖1進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，正交雙極化天線（合法用戶配備）可負(fù)責(zé)EH和EV的（極化信號）接收，分別經(jīng)過I/Q支路的EH和EV會被分解，并得到IV、QV、IH和QH四路信號，圍繞四路信號的干擾信號極化參數(shù)識別需采用卡爾曼濾波算法，以此得出的結(jié)果需引入斜投影濾波算子，以此基于其性質(zhì)同時(shí)實(shí)現(xiàn)干擾信號的濾除和目標(biāo)信號的完整保留。開展具體仿真，設(shè)置εj、δj分別為45°、0°，采用25dB的干噪比，在完成干擾信號的極化參數(shù)設(shè)置后，即可開展針對性的仿真實(shí)驗(yàn)，并得到極化參數(shù)仿真曲線。極化抗干擾技術(shù)相較于LMS算法在相等收斂速度下?lián)碛懈鼮閮?yōu)秀的跟蹤性能，在具體的仿真計(jì)算中，該極化抗干擾技術(shù)擁有0.003s的平均運(yùn)算消耗時(shí)間，LMS算法的平均運(yùn)算消耗時(shí)間則為0.03s，在時(shí)間消耗層面優(yōu)勢明顯。卡爾曼濾波動態(tài)跟蹤識別在衛(wèi)星通信中可較好處理干擾信號極化參數(shù)，配合斜投影濾波算子，該技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信抗干擾，而相較于LMS算法，該極化抗干擾技術(shù)在收斂性和魯棒性方面的表現(xiàn)更為優(yōu)秀，且耗時(shí)短更短。2.2改進(jìn)型快速雙極化跳變技術(shù)。對于PSK的調(diào)制方式來說，傳統(tǒng)的快速雙極化跳變系統(tǒng)在防竊聽方面的表現(xiàn)較差，這一問題可通過新型的快速雙極化跳變算法解決。該算法的相調(diào)制信號承載采用一對新的快速跳變極化狀態(tài)，需首先進(jìn)行系統(tǒng)模型建設(shè)（基于衛(wèi)星信道），并以此完成盲識別的信號極化狀態(tài)方案介紹，隨后需進(jìn)行新的雙極化狀態(tài)信號設(shè)計(jì)，并最終完成收發(fā)信機(jī)的設(shè)計(jì)，跳變圖樣的生成采用偽隨機(jī)序列。對于具體的信號極化盲識別來說，其流程可概括為圖2。基于圖2，在具體的信號極化盲識別過程中，接收端需首先接收極化信號（利用雙極化天線），正交雙極化信號EH和EV的獲取需通過載波下變頻和信號采樣實(shí)現(xiàn)，對于Eve（竊聽用戶）來說，I/Q分解EH和EV可得到四路信號，四路信號處理采用卡爾曼濾波，即可得到極化狀態(tài)γR和δR。對于PSK的調(diào)制方式，傳統(tǒng)的跳極化僅能夠在nφ上實(shí)現(xiàn)信息承載，對于不含γs的相位來說，竊聽用戶仍能夠由此完成信號的正確解調(diào)，防竊聽目標(biāo)自然無法順利實(shí)現(xiàn)。在新的技術(shù)應(yīng)用中，信號疊加可基于新的雙極化狀態(tài)實(shí)現(xiàn)，這相當(dāng)于γs/α均增加于各個(gè)相位，因此基于新的發(fā)送信號開展極化參數(shù)識別并引入極化匹配，即可最終得到式（1）所示的信號表達(dá)式（極化調(diào)制消除后）。（1）基于式（1）可知，信號幅度和相位在極化匹配后直接受到γs影響，且信息是否僅承載于相位，Eve（竊聽用戶）均無法實(shí)現(xiàn)信號的正確解調(diào)，衛(wèi)星通信中信息的安全傳輸由此可得到保障。開展QPSK和16QAM在初值情況下的誤碼率性能仿真可以確定，合法用戶在新型算法影響下不會受到影響，可實(shí)現(xiàn)信息的正確接收。總的來說，改進(jìn)型快速雙極化跳變技術(shù)可嚴(yán)重惡化竊聽者的誤碼率，防竊聽性能可實(shí)現(xiàn)長足提升，最終實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信中信息的安全傳輸。2.3方向極化調(diào)制技術(shù)。方向極化調(diào)制技術(shù)基于傳統(tǒng)的極化調(diào)制發(fā)射機(jī)，方向極化調(diào)制發(fā)射機(jī)采用改進(jìn)式設(shè)計(jì)，基于成本最低和硬件改動最小原則，其原理如圖3所示。基于圖3進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，通過功分和相移單元，數(shù)據(jù)信號的極化狀態(tài)映射可順利實(shí)現(xiàn)，利用載波上變頻為射頻信號配合幅相校準(zhǔn)屬于傳統(tǒng)極化調(diào)制模塊部分，方向調(diào)制發(fā)射機(jī)的信號發(fā)射需利用極化信號的水平和垂直分量，同時(shí)在理想方向信道的零空間添加人工噪聲，方向極化調(diào)制發(fā)射機(jī)可由此構(gòu)成。深入分析可以發(fā)現(xiàn)，方向調(diào)制與傳統(tǒng)極化調(diào)制發(fā)射機(jī)的結(jié)合可獲得新型的方向極化調(diào)制發(fā)射機(jī)，單一天線的傳統(tǒng)極化調(diào)制發(fā)射機(jī)可被基于采用天線陣的方向調(diào)制發(fā)射機(jī)代替，配合人工噪聲的針對性添加，圖2信號極化盲識別流程圖3方向極化調(diào)制發(fā)射機(jī)原理合法接收機(jī)在期望方向上接收的極化信號屬于未畸變、不含人工噪聲的信號，而竊聽接收機(jī)在非期望方向接收的極化信號則屬于畸變的具有人工噪聲信號。分析傳統(tǒng)方向調(diào)制和方向極化調(diào)制得到的各方向誤碼率可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過下變頻、信號采樣和幅相校準(zhǔn)，配合最大似然準(zhǔn)則解調(diào)信息，即可對比0°～180°各方位角上（期待方向?yàn)?0°時(shí)）傳統(tǒng)方向調(diào)制的誤碼率，以及0°～180°各方位角上（期待方向?yàn)?0°時(shí)）方向極化調(diào)制的誤碼率。通過對比可直觀發(fā)現(xiàn)，方向極化調(diào)制相較于傳統(tǒng)方向調(diào)制具有上升更快的非期望方向誤碼率。由此可見，方向極化調(diào)制技術(shù)具有較強(qiáng)的抗干擾性能。結(jié)論：綜上所述，本文對基于卡爾曼濾波的極化抗干擾技術(shù)、改進(jìn)型快速雙極化跳變技術(shù)、方向極化調(diào)制技術(shù)等內(nèi)容，進(jìn)行了深入地分析和探討。必將對現(xiàn)有部隊(duì)衛(wèi)星通信裝備抗干擾性能的改造具有一定的借鑒意義和啟發(fā)作用。

作者:李新科 程相波 單位:武警士官學(xué)校