[发明专利]一种无线信道特征综合信息融合方法

说明书

技术领域

本发明属于通信领域，涉及一种通信信号的特征提取及融合应用方法。

背景技术

随着无线电通信技术的发展，对通信过程中的安全性要求越来越高。通过利用无线信道特征生成对称密钥，可以使通信双方在通信过程中实时生成并分发真随机的、具有高度安全性的密钥。这种方式可以用于导弹武器和在轨飞行器的无线通信数据链中，极大提高数据链的抗截获能力。

现有的利用无线信道特征生成对称密钥的方法，主要采用接收信号强度作为密钥来源，少数采用多普勒频移作为密钥来源。这些方法存在的不足之处有：在信道特征变化较缓慢的时候，采用单一的信道特征作为密钥来源会导致密钥生成速率过低、其随机性会较差，因而被敌方破解的可能性会提高，且单一的信道特征不能保证在所有环境条件下具备类似的适应能力和性能。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种无线信道特征综合信息融合方法，该方法解决了现有的利用无线信道单一特征生成对称密钥时导致的生成速率过低、随机性较差、环境适应能力弱的问题，实现了将多种无线信道特征共同用于生成对称密钥的目的，提供了较高的密钥生成能力、密钥安全性和环境适应能力，有力支撑了下一代对称密钥技术的发展。

本发明的技术解决方案是：一种无线信道特征综合信息融合方法，包括如下步骤：

(1)从无线通信系统中获取通信信号，分别计算得到通信信号的强度、相位和多普勒频移并采用二进制形式表示为R＝{r₁,r₂,…,r_x}、P＝{p₁,p₂,…,p_y}、D＝{d₁,d₂,…,d_z}，其中R、P和D分别表示强度、相位和多普勒频移，集合元素r₁,r₂,…,r_x、p₁,p₂,…,p_y、d₁,d₂,…,d_z均为二进制字符，x、y、z分别表示三个二进制数集合中二进制元素的个数；

(2)采用相同的方法分别计算二进制序列R、P和D的信息熵，用H(R)、H(P)和H(D)表示，计算信息熵的公式为H＝q(log₂q+1)/N，其中N为二进制序列的元素个数，q为将二进制序列切分成不重叠的片段的个数；

(3)将步骤(2)计算获得的H(R)、H(P)和H(D)分别与预先设定的信息熵阈值进行比较，如果H(R)、H(P)和H(D)均不大于或者仅有一个大于信息熵阈值，则返回步骤(1)；如果H(R)、H(P)和H(D)中有两个或者三个大于信息熵阈值，则转下一步；

(4)针对步骤(3)中筛选出来的不小于信息熵阈值的H(R)、H(P)和H(D)中的两个或者三个中的每一个对应的物理量，各自生成对称密钥；

(5)对步骤(4)得到的两种或者三种对称密匙进行融合，得到最终密匙；具体方法为，将每一种对称密匙的对应位分别抽取出来组成一个位片段，然后按照位数由小到大的顺序，将各个位片段组合起来得到最终密匙，最终密匙的位数等于各种对称密匙的个数的总和。

所述步骤(1)中信号强度的计算方法是：射频信号经过解调之后得到I、Q两路信号，根据两路信号的幅值A_I和A_Q计算强度值：相位的计算方法是，射频信号经过解调之后得到I、Q两路信号，根据两路信号的幅值A_I和A_Q计算相位值θ：

多普勒频移的计算方法是：采用一般性地基于FFT的频谱分析法进行计算。

所述的信息熵阈值为0.1。所述的生成对称密钥的方法为CASCADE密钥协商协议或者WINNOW密钥协商协议。

所述的q的计算方法为：假设给定一个长为N的比特串其中x_i∈{0,1},1≤i≤N，给定一个内容为空的比特串数组T；

(21)中的第1个比特x₁为第1个片段，即B₁＝x₁；

(22)将中的第2个比特x₂放入比特串数组T中，即T＝x₂；