本发明专利技术公开了一种适用于L‑DACS系统的物理层安全增强方法，属于民航通信安全技术领域。由于空地无线链路具有广播性，L‑DACS系统传输的航空控制、数据及语音等信息易被第三方窃听。本发明专利技术充分考虑测距仪信号带来的脉冲干扰对L‑DACS系统安全容量的影响，在合法用户接收端采用脉冲干扰抑制以改善其传输，同时，在发送端加入人工噪声以降低窃听者的窃听质量。针对理想脉冲熄灭、峰值门限脉冲熄灭、峰值门限脉冲限幅三种干扰抑制技术，分别确定在采用人工噪声与脉冲干扰抑制联合的物理层安全增强方法时，L‑DACS系统安全容量的闭式表达式。本发明专利技术可有效提高L‑DACS系统安全容量，为改善民航通信安全提供了理论依据。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于民航通信安全，具体涉及一种适用于l-dacs系统的物理层安全增强方法。
技术介绍
1、近年来，全球民用航空运输业的飞速发展给民航空中交通管理带来巨大挑战。为保障民航安全、可靠、高效地飞行，新一代空中交通管理系统对未来民航移动通信系统提出了更高的要求，其中，航空通信系统的无线传输安全问题备受关注。l频段数字航空通信系统(l-dacs)作为极具竞争力的新一代航空无线通信系统标准，有望提供安全可靠的民航通信。然而，由于空地无线链路具有开放式广播性，l-dacs系统所传输的航空控制、数据及语音等信息易被第三方窃听，威胁民航通信安全。
2、物理层安全是信息安全领域中的重要分支。作为上层加密安全技术的补充，物理层安全技术利用无线传输的随机性与各用户无线信道随机特性的差异，保障信息传输安全。由于l-dacs系统的频谱以内嵌的方式部署在航空测距仪的波道间，测距仪信号将对l-dacs系统传输形成严重的脉冲干扰，传统的无线通信物理层安全方法难以适用于l-dacs系统。l-dacs系统亟需新的物理层安全方法以保障航空管理、控制等信息的私密性，防止第三方的窃听、攻击等行为。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提供一种适用于l-dacs系统的物理层安全增强方法，通过脉冲干扰抑制对合法用户无线传输进行改善的同时，利用人工噪声技术对窃听者的接收进行抑制，从而提升l-dacs系统的无线传输物理层安全，保证民航信息的可靠传输。
2、本专利技术提供如下的技术方案：
3、一种适用于l-dacs系统的物理层安全增强方法，其特征在于，包括以下步骤：
4、步骤1、确定l-dacs系统发送端天线数目，合法用户与窃听者位置信息；
5、步骤2、在发送端添加人工噪声，确定人工噪声信号与有用信号；
6、步骤3、在合法用户接收端进行脉冲干扰抑制，分别采用理想脉冲熄灭、峰值门限脉冲熄灭、峰值门限脉冲限幅三种脉冲干扰抑制方法，确定合法用户接收信号；
7、步骤4、确定在采用人工噪声与脉冲干扰抑制联合的物理层安全增强方法时，l-dacs系统的安全容量。
8、进一步，步骤2中，发送信号s可拆分为有用信号su与人工噪声信号sa，通过以下公式确定：
9、
10、其中，pt为发送功率，φ∈[0，1]为功率分配因子，有用信号su服从复高斯分布，即其功率假定w是有用信号的归一化波束成形矢量，为增强合法用户信号，w位于主信道方向且||w||2＝1；为人工噪声矢量，为人工噪声波束成形矢量，其各列分量组成hb的零空间的一组基，并且归一化为
11、进一步，步骤3中，经过脉冲干扰抑制处理后的合法用户接收信号通过以下公式确定：
12、a.采用理想脉冲熄灭
13、
14、其中，为合法用户信道矢量，其各分量服从复高斯分布，即表示合法用户信道中的高斯白噪声，βb为伯努利变量，表示合法用户信道中的脉冲干扰标志因子，βb＝1表示合法用户信道中的脉冲干扰存在，其概率为pb，βb＝0表示合法用户信道中的脉冲干扰不存在，其概率为(1-pb)；
15、b.采用峰值门限脉冲熄灭
16、
17、其中，tth表示脉冲干扰抑制门限值，ib＝βbgb且表示合法用户的脉冲干扰噪声功率；
18、c.采用峰值门限脉冲限幅
19、
20、其中，arg(yb)表示接收信号yb的相位信息。
21、进一步，步骤4中，采用人工噪声与脉冲干扰抑制联合的物理层安全增强方法时，l-dacs系统的安全容量分别通过以下公式确定：
22、a.采用理想脉冲熄灭
23、
24、其中，b为信道带宽，为窃听者的信道矢量，其各分量服从复高斯分布，即pe表示窃听者信道中的脉冲干扰存在的概率，ge表示窃听者的脉冲干扰噪声功率，服从复高斯分布，即
25、b.采用峰值门限脉冲熄灭
26、
27、其中，
28、c.采用峰值门限脉冲限幅
29、
30、其中，α、β、σa2、σb2的确定公式与情形b相同。
31、本专利技术的有益效果在于：
32、本专利技术充分考虑脉冲干扰对l-dacs系统安全容量的影响，在合法用户接收端采用脉冲干扰抑制技术以改善其传输，同时，在发送端加入了人工噪声以降低任意位置窃听者的窃听质量。本专利技术从信息论的视角出发，利用强大的数学理论工具，分别针对理想脉冲熄灭、峰值门限脉冲熄灭、峰值门限脉冲限幅三种脉冲干扰抑制方法，建立系统模型，确定在采用人工噪声与脉冲干扰抑制联合的物理层安全增强方法时，l-dacs系统的安全容量的闭式表达式。仿真结果表明，本专利技术通过人工噪声与脉冲干扰抑制联合的方式，可有效提高系统的安全容量。本专利技术的工程实现简单、适应性强，为提高民航通信物理层安全提供了依据。
本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于L-DACS系统的物理层安全增强方法，其特征在于，包括如下内容：
2.根据权利要求1所述的适用于L-DACS系统的物理层安全增强方法，其特征在于，所述步骤2中，发送信号s可拆分为有用信号su与人工噪声信号sa，通过以下公式确定：
3.根据权利要求1所述的适用于L-DACS系统的物理层安全增强方法，其特征在于，所述步骤3中，经过脉冲干扰抑制处理后的合法用户接收信号通过以下公式确定：
4.根据权利要求1所述的适用于L-DACS系统的物理层安全增强方法，其特征在于，所述步骤4中，采用人工噪声与脉冲干扰抑制联合的物理层安全增强方法时，L-DACS系统的安全容量分别通过以下公式确定：
【技术特征摘要】
1.一种适用于l-dacs系统的物理层安全增强方法，其特征在于，包括如下内容：
2.根据权利要求1所述的适用于l-dacs系统的物理层安全增强方法，其特征在于，所述步骤2中，发送信号s可拆分为有用信号su与人工噪声信号sa，通过以下公式确定：
3.根据权利要求1所述的适用于l-dacs系统的...
【专利技术属性】
技术研发人员：钱磊，徐恒浩，石嘉，闫淑霞，李秀艳，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。