【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新型人工电磁材料领域，具体涉及一种基于极化调制策略的安全无线通信系统设计方法。
技术介绍
1、超表面通过加载变容二极管或pin二极管等有源器件，进一步演变成可编程超表面，通过实时动态切换多种电磁功能以满足不同的工作要求。可编程超表面已经广泛应用于动态全息图、可重构智能表面、微波斗篷等领域。此外，可编程超表面可以与信息科学和数字信号处理直接建立联系，进化出信息超表面，更加有利于构建新型无线通信系统。超表面辅助无线通信方案相比于传统无线通信方式，其发射架构大大简化，能够直接在超表面上进行相位、幅度或频率等物体特性的信息调制，而不需要复杂且昂贵的射频组件。常见的调制方案包括开关键控(ook)、正交相移键控(qpsk)、二进制频移键控(bfsk)和正交振幅调制(qam)，已逐渐应用于超表面无线通信系统中。
2、然而，由于缺乏多自由度的可编程超表面极化转换器，关于极化调制方案的报道更是鲜有提出。目前大多数关于动态超表面极化转换器的工作往往只限于同极化波和交叉极化波之间的转化，或者线性极化波和圆形极化波之间的转换。尽管最近提出的时变超表面可以通过提供时变电压序列，从而获得更多自由度的极化调控，但这种基于谐波分量的调控方式，会浪费重要的频谱资源，增加了应用的难度。事实上，极化调制作为一种矢量调制方式，能够为载波信息提供另一种调制方案，也是高度安全的无线通信的备用选项。因此，发展基于超表面的高安全性无线通信，迫切需要多自由度的动态极化操纵策略。
3、随着计算能力的迅速提高，传统无线通信中所使用的经典密码学技
技术实现思路
1、本专利技术目的：在于提供一种基于极化调制策略的安全无线通信系统设计方法，以提高无线通信系统的信息安全、信道容量和空间利用率，并降低系统的复杂性。
2、为实现以上功能，本专利技术设计一种基于极化调制策略的安全无线通信系统设计方法，在至少一个信道中，执行如下步骤s1-步骤s4，完成在发送端对目标图像的加密和发送，以及在接收端对目标图像的接收和解密：
3、步骤s1：根据正交极化对，建立极化掩码，基于目标接收用户所在位置所对应的极化掩码k，对目标图像进行加密，获得加密图像，使用最低有效位隐写术将加密图像隐藏到伪装封面图像中，获得加密图像和伪装封面图像相结合的伪装图像；其中伪装封面图像是具有欺骗性质的图片，而其最低有效位隐藏无线通信中所要传输的目标加密信息；
4、步骤s2：将伪装图像向目标接收用户所在位置发送；
5、步骤s3：目标接收用户接收伪装图像和极化掩码k；
6、步骤s4：提取伪装图像中所隐藏的加密图像，通过极化掩码k对加密图像进行解密，获得目标图像。
7、作为本专利技术的一种优选技术方案：步骤s1的具体步骤如下：
8、步骤s1.1：分别针对平面经度线圈和平面纬度线圈不同位置的极化状态进行编码，其形式为极化编码和数字编码构成的正交极化对；其中极化编码为二进制编码，数字编码为0或1；根据目标接收用户所在位置，将其在平面经度线圈和平面纬度线圈上分别所对应的正交极化对构成一组正交极化对；
9、步骤s1.2：根据目标接收用户所在位置对应的正交极化对，构建极化掩码k，极化掩码k为基于正交极化对所获得的矩阵，极化掩码k的行对应p0，极化掩码k的列对应p1，极化掩码k中第m行、第n列元素由p0的第m个元素和p1的第n个元素的异或运算获得，其中p0和p1分别为正交极化对中数字编码0和数字编码1所对应的极化编码的组合；
10、步骤s1.3：将待发送的目标信息分为三部分，并分别转化为三幅目标图像，分别将目标图像转化为二进制码，与极化掩码k进行异或运算，获得三幅尺寸与伪装封面图像相同的加密图像；
11、步骤s1.4：将加密图像转换为二进制图像，分别隐藏到伪装封面图像的r、g、b通道的最低有效位中，获得伪装图像。
12、作为本专利技术的一种优选技术方案：最低有效位隐写术方法如下：
13、使用隐写术分别将伪装封面图像的r、g、b通道图像划分为8层，将加密图像分别替换伪装封面图像的r、g、b通道图像中第一层的二进制矩阵，从而将加密图像隐藏到伪装封面图像中。
14、作为本专利技术的一种优选技术方案：步骤s1.1中所述正交极化对的形式为极化编码/数字编码，平面经度线圈上从0°开始，以45°间隔顺时针方向正交极化对依次为：0000/0、0001/1、0010/1、0011/1、0100/1、0101/0、0110/0、0111/0；平面纬度线圈上从0°开始，以45°间隔顺时针方向正交极化对依次为：0000/0、1000/0、1001/1、1010/1、0100/1、1011/1、1100/0、1101/0。
15、作为本专利技术的一种优选技术方案：步骤s2中将伪装图像切割为相等的左半和右半部分，转化为二进制码，将二进制码按照伪装图像的r、g、b通道的顺序发送。
16、作为本专利技术的一种优选技术方案：步骤s4的具体步骤如下：
17、步骤s4.1：目标接收用户使用最低有效位隐写术提取伪装图像的加密图像，转化为二进制码；
18、步骤s4.2：将二进制码与所获得的极化掩码k进行异或运算，获得解密图像。
19、作为本专利技术的一种优选技术方案：基于安全无线通信系统实现，包括发射端和接收端；
20、在发射端，旋转45°放置的x波段超材料透镜天线固定在极化调制信息超表面前方70cm处，并连接在载波信号发生器上，以产生工作频率为10ghz的入射平面波，在发射端的目标用户根据预定相位与偏置电压的映射关系，通过主机系统实时向数字电压控制模块发送控制信号，进而为极化调制信息超表面上加载的变容二极管提供时变的偏置电压；最后，包含数字信息的极化调制波由目标接收用户所在位置相对应的信息通道发出；
21、在接收端，极化判别天线固定在极化调制信息超表面的直线距离130厘米上，摆放于目标接收用户所在位置方向，并连接在四通道示波器上，用于实时观察和接收极化调制波，并通过网络电缆将接收到的极化调制波发送到主机中，执行数据处理和解密以恢复目标图像。
22、有益效果：相对于现有技术，本专利技术的优点包括：
23、1.本专利技术中的基于极化调制策略的安全无线通信系统设计方法，将传统计算加密算法与物理层加密相结合，根据此设计方法，设计完成的无线通信系统是具有信息伪装、多通道和高安全性等特点。
24、2.本专利技术中的基于极化调制策略的安全无线通信系统设计方法，是利用可编程本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于极化调制策略的安全无线通信系统设计方法，其特征在于，在至少一个信道中，执行如下步骤S1-步骤S4，完成在发送端对目标图像的加密和发送，以及在接收端对目标图像的接收和解密：
2.根据权利要求1所述的一种基于极化调制策略的安全无线通信系统设计方法，其特征在于，步骤S1的具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的一种基于极化调制策略的安全无线通信系统设计方法，其特征在于，最低有效位隐写术方法如下：
4.根据权利要求2所述的一种基于极化调制策略的安全无线通信系统设计方法，其特征在于，步骤S1.1中所述正交极化对的形式为极化编码/数字编码，平面经度线圈上从0°开始，以45°间隔顺时针方向正交极化对依次为：0000/0、0001/1、0010/1、0011/1、0100/1、0101/0、0110/0、0111/0；平面纬度线圈上从0°开始，以45°间隔顺时针方向正交极化对依次为：0000/0、1000/0、1001/1、1010/1、0100/1、1011/1、1100/0、1101/0。
5.根据权利要求1所述的一种基于极化调制策
6.根据权利要求1所述的一种基于极化调制策略的安全无线通信系统设计方法，其特征在于，步骤S4的具体步骤如下：
7.根据权利要求1所述的一种基于极化调制策略的安全无线通信系统设计方法，其特征在于，基于安全无线通信系统实现，包括发射端和接收端；
...【技术特征摘要】
1.一种基于极化调制策略的安全无线通信系统设计方法，其特征在于，在至少一个信道中，执行如下步骤s1-步骤s4，完成在发送端对目标图像的加密和发送，以及在接收端对目标图像的接收和解密：
2.根据权利要求1所述的一种基于极化调制策略的安全无线通信系统设计方法，其特征在于，步骤s1的具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的一种基于极化调制策略的安全无线通信系统设计方法，其特征在于，最低有效位隐写术方法如下：
4.根据权利要求2所述的一种基于极化调制策略的安全无线通信系统设计方法，其特征在于，步骤s1.1中所述正交极化对的形式为极化编码/数字编码，平面经度线圈上从0°开始，以45°间隔顺时针方向正交极化对依次为：0000/0、0001/1、0010/1、0011/1、01...
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