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2007-2011代表性成果五
2013-04-17 17:42 ISN ISN   (已浏览:)
代表性成果五:多域隐蔽通信方法和系统

隐蔽通信是一类低截获概率的通信方式,以其通信可靠、安全性高、抗干扰能力强的显著特点,广泛应用于现代各通信领域中,是本室长期持续的特色研究方向之一。本专题针对军事通信需求,从空域、时域、频域等方面研究隐蔽通信的多种技术与系统。具体地说,对量子通信、流星余迹突发通信、高速跳频通信等隐蔽通信中的关键技术及其应用进行了系统深入的理论和实验研究,取得了丰硕的研究成果。

本成果是在国家自然科学基金项目:“流星突发通信中的极低信噪比信号检测和传输技术”、“突发通信中的信号处理技术”、“正交时分复用技术研究”;“十一五”XXXX演示验证项目:“流星余迹通信演示验证系统”,国家863项目:“HF-VHF频段极低谱密度信号检测和传输技术”,国防预研项目:“XXXX通信关键技术”、“激光通信XX”、“基于XXX量子通信技术”、“XXX有效载荷抗干扰技术研究”、“XX重叠通信技术研究”,教育部“新世纪优秀人才计划”项目:“流星余迹最低限度通信保障体系”,部委预研项目:“基于XXX的隐蔽通信技术”和实验室自主课题“多模式通信系统”,“高安全性认知跳频理论与关键技术”,“量子通信网络体系研究”,“量子通信实验网研究与实现”“量子通信协议与编码技术研究”等支持下完成的。
1主要的科技创新贡献
A.提出了一种用于流星余迹通信中极低谱密度条件下的弱信号检测方法,构建了新一代流星余迹通信系统。

针对流星余迹通信持续时间短、准确同步和频差校正要求很高的特点,提出了采用迭代法进行载波频率偏移的估计,并通过对载波偏移的频率和相位补偿,使相关谱峰值至最大值的方法,提高了在-20dB以下的极低信噪比环境中系统的接收性能,并提出了适合流星余迹通信特点的高效调制解调技术、突发传输、前向纠错和自适应变速率等方法。

根据流星余迹信道的特征提出了全双工自适应流星余迹通信系统的实现方案,研制成功新一代流星余迹通信系统试验设备(如下图所示),并分别在距离600公里、1200公里、1500公里的多条线路上完成了线路试验和演示验证,为我国建立最低限度战略通信系统起到了重要的演示验证作用。《新一代流星余迹应急通信系统》科技成果鉴定会,一致认为:“研制出我国新一代流星余迹应急通信系统,填补了相关领域的空白,解决了最低限度应急通信的急需。该项目成系统研制出新一代流星余迹应急通信设备,整体技术国内领先,可作为我军应急通信的杀手锏装备。”

出版了我国该领域的第一本专著《流星余迹通信理论与应用》,对流星余迹通信领域所涉及的基本理论、基本方法、最新研究进展和应用进行了全面的总结和系统的比较分析,提出了适合于流星余迹信道特点的全双工、半双工、点对点与点对多点的通信协议,给出了快衰落多径信道估计与均衡,自适应功率控制,自适应噪声抑制和多种传输模式综合利用等方法。
 

                  
新一代流星余迹通信系统

B.提出基于分组密码理论的跳频序列族产生理论基于近似熵的跳频序列复杂度检验理论,成功设计了跳频加密芯片并获得广泛应用。

提出了基于分组密码理论的跳频序列族产生理论,生成序列具有安全性、随机性、均匀性、汉明相关性、长周期性、高复杂度、理想游程特性、滞留特性、低敏感度、组网特性等10项优异的综合性能指标,解决了国内外现有产生跳频序列的方法性能不均衡问题。将物理学和信息论的信息熵思想引入到序列的复杂度检验中,提出了基于近似熵的跳频序列复杂度检验理论,推导了理论极限和参数选取范围。典型序列的检验范围可达8.77×10E-4到2.077,比现有的LC、LCP和k-error LC测度更为精确,开辟了跳频序列复杂度检验的新理论领域。

结合相应理论成果研制了跳频加密芯片(如下图所示),获得多项发明专利授权并顺利实现成果转让。在系统时钟96MHz的情况下最高可支持1400000hops/s的高速跳频通信。在《跳频多址传输技术与应用》科技成果鉴定会上,沈绪榜院士等鉴定委员会成员一致认为:“该成果在理论上具有原创性,达到国内领先水平。已在卫星通信、通信电台等数十种型号产品和设备中得到应用,获得了显著的军事和经济效益。”获得教育部科学技术进步二等奖和陕西省科学技术二等奖。
 


跳频加密ASIC芯片

C.提出了频率时间联合调制的量子密钥分发方案和基于单光子的单向直传协议,提出并验证了分层量子通信网络架构。

提出了一种采用频率和时间联合调制的量子密钥分发方案,克服了偏振调制受光纤偏振模色散影响较大和相位调制对干涉计的稳定性过度依赖的缺点,与BB84协议相比,在干涉对比度为0.7时安全传输距离提高了65km。提出了基于单光子的单向直传协议,具有传输效率高,易于实现等优点。研制成功数据获取模块;建立了量子通信演示系统,并实现了图片传输。提出了分层量子通信网络的构想以及基于纠缠的量子多用户网络通信方案,并研制成功量子交换机,在其控制单元中设置呼叫/连接控制模块、路由控制模块、路由信息数据管理模块、链路资源管理模块、网络通信模块和接口模块,这些模块通过一套完整的协议相互协作,实现对用户呼叫进行有效处理,管理链路资源和连接,并自动建立路由,采用了光交叉连接器,在控制单元的控制下实现各量子通信端口的全连接,用户不需要直接准备多个不同波长的激光器,大大降低了用户设备的复杂度。鉴定委员会成员一致认为:“该项技术应用背景明确,指标高、技术难度大,创新性强。通过该项目的研究成功,推动了我国量子通信网络及量子通信技术的发展。项目成果填补了国内空白,达到国际先进水平。”
 


量子通信演示系统

D.提出了一种基于星上FDMA/CWTDM转换的卫星隐蔽通信新体制

提出了一种基于星上FDMA/CWTDM转换的卫星通信新体制,并基于该体制研制成功的星地综合抗干扰通信系统原理样机。性能测试结果表明,其抗干扰能力极强,达到国内领先、国际先进水平。采用UWB技术构成了一种长距离的低速无线通信系统,其信号带宽非常宽,发射功率谱密度特别低,采用特殊的通信体制、对通信信号波形进行特殊设计,显著提升了信号隐蔽性和抗侦察干扰能力。创新点包括特殊的扩频调制体制的提出、抗侦察定位能力很强的超宽带时频闪烁信号的设计、特别的高增益扩频信号的实时捕获算法、大幅度提升干扰容限的强干扰剔除预处理技术等,已在研制出超宽带隐蔽通信原理样机的基础上,定型小批量生产,正在国家某重点部分进行实际应用。
 


卫星隐蔽通信原理样机

 

在研制出多种卫星隐蔽通信原理样机的基础上,研制出了小批量定型产品,通过了外交部通信总台的测试验收和试用;正在进行实际应用,并将进一步改进,推广应用到多个方面。
E.构建了远距离大气激光通信系统

通过实测研究了远距离大气激光信道的特性,特别是海面大气激光的衰减特性,取得了宝贵的第一手资料,为今后的进一步研究提供了很好的基础。提出了一种新的信道特性的测试方法,即同时进行接收信号强度和误码率的测量,从而有利于分析传输发生差错的原因;研制成功一种新的通信距离可达10km、传输速率可达100Mb/s的大气激光传输链路系统。为了提高通信的隐蔽性,克服大气的衰减效应及湍流效应,采用了高定向激光发射天线、大孔径高精度非球面镜接收天线、大光敏面光探测器,还采用了与ARQ相结合的突发传输技术,使链路传输的最终误码率小于10-9,而传输时延基本等于快衰落引起的瞬时中断时间(小于50ms);为了提高通信的可靠性,采用了以激光为主、微波为辅的光波与微波相结合的无线通信体制;提出并设计了“双通道单切换”的链路切换控制方法。可以用于海岛之间、近海岛屿与大陆之间的通信,还可用于火炮、导弹发射场等阵地通信、分布式指挥所的各个单元之间的通信等。该研究对于发展外层空间激光通信具有参考价值。
(2)国内外影响的主要证据
A. 完成了“十一五”XXXX演示验证项目:“流星余迹通信演示验证系统”(评审结果为“优”),国家自然科学基金项目:“流星突发通信中的极低信噪比信号检测和传输技术”(评审结果为“特优”)、“突发通信中的信号处理技术”(评审结果为“优”),国家863项目:“HF-VHF频段极低谱密度信号检测和传输技术”,国防预研项目:“XXXX通信关键技术”(评审结果为“优”)、“基于XXX量子通信技术”、“激光通信总体技术”、“XXX有效载荷抗干扰技术研究”、“XX重叠通信技术研究”,“正交时分复用技术研究”,教育部“新世纪优秀人才计划”项目:“流星余迹最低限度通信保障体系”,部委预研项目:“基于XXX的隐蔽通信技术”等多项课题。
B. 获教育部高等学校科学研究优秀成果科学技术进步二等奖1项,陕西省科学技术二等奖1项。
C. 相关成果已获得专利授权8项,另外已申请专利26项。
D. 在国内外重要期刊上发表论文160余篇,其中SCI、EI检索文章已过百篇。
E. 出版专著《流星余迹通信理论与应用》,该书是我国第一本流星余迹方面的专著,并获得国家科学技术学术著作出版基金和电子信息科技专著出版专项资金资助。

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