一种基于逆时混沌匹配滤波器的语音通信加密方法技术

本发明专利技术公开了一种基于逆时混沌匹配滤波器的语音通信加密方法，包括：1)在发射端随机产生一系列二值序列；2)将一系列二值序列变成双极性序列；3)将双极性序列作为二阶逆时混沌系统的激励，产生所对应的逆时混沌信号；4)然后利用混沌掩码通信，将所要加密的语音信号在发射端调制到逆时混沌信号中；5)产生逆时混沌信号所需的密钥；6)在接收端接受发射端所传输的加密后的信号，得到输出信号；7)在整点时刻对输出信号进行采样得到采样输出信号，并将其二值化得到接收端的双极性序列；8)在接收端用恢复出的双极性序列产生接收端的逆时混沌信号，并利用密钥中的加密信号的幅值信息减去接收端的逆时混沌信号恢复出原始的语音信号。

A speech communication encryption method based on inverse time chaotic matching filter

The invention discloses a speech communication encryption method based on an inverse chaotic matched filter, which comprises: 1) randomly generating a series of binary sequences at the transmitter; 2) converting a series of binary sequences into bipolar sequences; 3) using bipolar sequences as the excitation of a second-order inverse chaotic system to generate the corresponding inverse chaotic signals; and 4) converting the binary sequences into bipolar sequences. Then, the speech signal to be encrypted is modulated into the inverse chaotic signal at the transmitter by using chaotic mask communication; 5) the key needed to generate the inverse chaotic signal; 6) the encrypted signal transmitted at the transmitter is received at the receiver, and the output signal is obtained; 7) the output signal is sampled at the whole time to obtain the output signal. The signal is binarized to get the bipolar sequence of the receiver. 8) The inverse chaotic signal of the receiver is generated by the recovered bipolar sequence at the receiver, and the inverse chaotic signal of the receiver is recovered by subtracting the amplitude information of the encrypted signal from the key.

【技术实现步骤摘要】
一种基于逆时混沌匹配滤波器的语音通信加密方法
本专利技术属于保密通信领域，具体涉及一种基于逆时混沌匹配滤波器的语音通信加密方法。
技术介绍
混沌系统是十分复杂的，对于混沌的定义况且尚未统一，那么关于混沌的判定至今也没有定论。尽管混沌的判定没有精确的论述，但是各领域的混沌判定方法大体相同，有如下几种1.对混沌系统进行数值仿真，建立相位图，观察对应的相位图是否为混沌结构；2.通过运算判断系统的熵是否大于0，若大于0，则存在混沌现象；3.若系统的关联维数不是整数，即是分数，则说明系统是混沌的；4.若功率谱密度函数为连续函数，那么可以表明系统具有混沌行为；5.结合计算机强大的运算功能，计算出李雅普诺夫指数，若李雅普诺夫指数大于零，则存在混沌现象。混沌加密具有一系列其他加密方法所不具备的优势，因此混沌系统对于保密通信领域有着广阔的应用前景，由于混沌的难预测性、貌似随机性等一系列的特点将注定混沌在保密通信领域将大放异彩。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于二阶逆时混沌匹配滤波器的语音通信加密方法，该方法利用二阶逆时混沌系统产生所需要的逆时混沌信号对原始的语音信号进行加密。本专利技术采用如下技术方案来实现的：一种基于逆时混沌匹配滤波器的语音通信加密方法，包括以下步骤：1)在发射端随机产生一系列二值序列；2)将步骤1)中所产生的一系列二值序列变成双极性序列；3)将上述所产生的双极性序列作为二阶逆时混沌系统的激励，产生所对应的逆时混沌信号；4)然后利用混沌掩码通信，将所要加密的语音信号在发射端调制到逆时混沌信号中；5)产生逆时混沌信号所需的逆时混沌信号初始值，二值序列，加密所使用的二阶逆时混沌系统以及加密后信号的幅值信息作为密钥；6)在接收端接受发射端所传输的加密后的信号，将其输入到二阶逆时混沌匹配滤波器中，得到输出信号；7)在整点时刻对输出信号进行采样得到采样输出信号，并将其二值化得到接收端的双极性序列；8)在接收端用恢复出的双极性序列产生接收端的逆时混沌信号，并利用密钥中的加密信号的幅值信息减去接收端的逆时混沌信号恢复出原始的语音信号。本专利技术进一步的改进在于，步骤3)中，二阶逆时混沌系统的数学表达式为：其中，u是所需要产生的逆时混沌信号，是u的二阶微分，是u的一阶微分，β和ω是该系统的控制参数，ω为角频率；激励函数s(t)描述为：s(t)＝sn,n＜t≤n+1(2)且有，逆时混沌信号的通解表示式为：逆时混沌信号的波形由ug叠加形成，将产生的一系列的双极性序列s0带入到公式(2)中得到输入信号s(t)；将得到的s(t)带入到公式(1)中得到所对应的逆时混沌信号u(t)。本专利技术进一步的改进在于，步骤4)中，将所需要加密的语音信号x(t)与逆时混沌信号u(t)进行叠加得到所需要的加密信号y(t)即；y(t)＝x(t)+u(t)(4)测量出y(t)的幅值ya(t)；模拟实际传输的信道，给加密信号添加噪声n(t)得到接收信号v(t)以及y(t)的幅值ya(t)；v(t)＝y(t)+n(t)(5)。本专利技术进一步的改进在于，步骤6)中，在接收端将v(t)输入到逆时混沌的匹配滤波器中；逆时混沌系统的匹配滤波器的数学描述为：r(t)是滤波器输入，即信道中发送的逆时混沌信号u(t)和噪声n(t)叠加后的信号，η(t)是中间变量，ξ(t)是滤波器输出信号；经过二阶逆时混沌匹配滤波器得到输出信号o(t)；对输出信号o(t)按照取样间隔T＝100进行采样得到整点时刻采样输出信号so0(i)。本专利技术进一步的改进在于，步骤7)中，对整点时刻采样输出信号so0(i)进行二值化；即当so(i)＞0时，取so0(i)＝1，否则就取so0(i)＝-1。本专利技术进一步的改进在于，步骤8)中，利用所得到的so0(i)带入到二阶逆时混沌系统中产生对应的逆时混沌信号u1(t)；然后用接收端所得到的y(t)的幅值ya(t)信号减去u1(t)得到恢复的语音信号x1(t)即；x1(t)＝ya(t)-u1(t)(7)。本专利技术具有如下有益的技术效果：本专利技术提供的一种基于逆时混沌匹配滤波器的语音通信加密方法，信号的加密方式简单，利用混沌掩码通信对语音信号进行加密；信号的加密性能好，信道中的传输信号是逆时混沌信号与语音信号的叠加；加密信号的频谱与逆时混沌信号的频谱几乎接近一致，难以用滤波器将语音信号恢复出来；信号的抗截获能力强，接收端只接受产生逆时混沌信号的双极性序列。附图说明图1是随机产生的二值序列图；图2逆时混沌信号；图3是逆时混沌信号的频谱；图4原始语音信号图5语音信号的频谱图6是加密信号；图7是加密信号的频谱图；图8是加密信号加噪声图；图9是接收信号的图；图10是匹配滤波器的输出图；图11是经过匹配滤波器输出后的整点时刻的采样图；图12是用采样所得的双极性序列的图；图13是利用采样所得的双极性序列所产生的逆时混沌信号的图；图14是恢复出的语音信号的图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的说明。本专利技术所采用的系统是二阶逆时混沌系统，数学表达式为：其中，u是所需要产生的逆时混沌信号，是u的二阶微分，是u的一阶微分，β和ω是该系统的控制参数，ω为角频率；激励函数s(t)可以描述为：s(t)＝sn,n＜t≤n+1(2)逆时混沌信号的通解可以写为：逆时混沌信号的波形可以由ug叠加形成。先随机产生一系列的双极性序列s0＝[1-1-11-1-1-11-111-111-1-1-11-111-1-11-11-1-111-1-11-111-11-1-1-11-1-11-111-1-11-1-11-1-1-11-111-111-11-1-11-1-1-11-111-111-1-1-11-111-1-11-11-1-111-1-11-111-1-11-1-1-11-111-111-1-1-11-111-1-11-11-1-111-1-11-111-11-1-1-11-1-11-111-1-11-1-11-1-1-11-111-111-11-1-11-1-1-11-111-111-1-1-11-111-1-11-11-1-111-1-11-111-1-11-1-1-11-111-111-1-1-11-111-1-11-11-1-111-1-11-111-11-1-1-11-1-11-111-1-11-1-11-1-1-11-111-111-11-1-11-1-1-11-111-111-1-1-11-111-1-11-11-1-111-1-11-111-1-11-1-1-11-111-111-1-1-11-111-1-11-11-1-111-1-11-111-11-1-1-11-1-11-111-1-11-1-11-1-1-11-111-111-11-1-11-1-1-11-111-111-1-1-11-111-1-11-11-1-111-1-11-111-1-11-1-1-11-111-111-1-1-11-111-1-11-11-1-111-1-11-111-11-1-1-11-1-11-111-1-11-1-11-1-1-11-111-111-11-1-11-1-1-11-111-111-1-1-11]；将上面所产生的双极性序列s0带入到公式(2)中得到输入信号s(t本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于逆时混沌匹配滤波器的语音通信加密方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在发射端随机产生一系列二值序列；2)将步骤1)中所产生的一系列二值序列变成双极性序列；3)将上述所产生的双极性序列作为二阶逆时混沌系统的激励，产生所对应的逆时混沌信号；4)然后利用混沌掩码通信，将所要加密的语音信号在发射端调制到逆时混沌信号中；5)产生逆时混沌信号所需的逆时混沌信号初始值，二值序列，加密所使用的二阶逆时混沌系统以及加密后信号的幅值信息作为密钥；6)在接收端接受发射端所传输的加密后的信号，将其输入到二阶逆时混沌匹配滤波器中，得到输出信号；7)在整点时刻对输出信号进行采样得到采样输出信号，并将其二值化得到接收端的双极性序列；8)在接收端用恢复出的双极性序列产生接收端的逆时混沌信号，并利用密钥中的加密信号的幅值信息减去接收端的逆时混沌信号恢复出原始的语音信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于逆时混沌匹配滤波器的语音通信加密方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在发射端随机产生一系列二值序列；2)将步骤1)中所产生的一系列二值序列变成双极性序列；3)将上述所产生的双极性序列作为二阶逆时混沌系统的激励，产生所对应的逆时混沌信号；4)然后利用混沌掩码通信，将所要加密的语音信号在发射端调制到逆时混沌信号中；5)产生逆时混沌信号所需的逆时混沌信号初始值，二值序列，加密所使用的二阶逆时混沌系统以及加密后信号的幅值信息作为密钥；6)在接收端接受发射端所传输的加密后的信号，将其输入到二阶逆时混沌匹配滤波器中，得到输出信号；7)在整点时刻对输出信号进行采样得到采样输出信号，并将其二值化得到接收端的双极性序列；8)在接收端用恢复出的双极性序列产生接收端的逆时混沌信号，并利用密钥中的加密信号的幅值信息减去接收端的逆时混沌信号恢复出原始的语音信号。2.根据权利要求1所述的一种基于逆时混沌匹配滤波器的语音通信加密方法，其特征在于，步骤3)中，二阶逆时混沌系统的数学表达式为：其中，u是所需要产生的逆时混沌信号，是u的二阶微分，是u的一阶微分，β和ω是该系统的控制参数，ω为角频率；激励函数s(t)描述为：s(t)＝sn,n＜t≤n+1(2)且有，逆时混沌信号的通解表示式为：逆时混沌信号的波形由ug叠加形成，将产生的一系列的双极性序列s0带入到公式(2)中得到输入信号s(t)；将得到的s(t)带入到公式(1)中得到所对应的逆时混沌信号u(t)。3.根据权利要求2所述的一种基于逆时混沌匹配滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立东，李毅，张照仑，郭晨，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61