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再入遥测系统中加密及LDPC编码技术的应用研究

刘建豪  
【摘要】:再入遥测系统是一种变参的多径衰落系统。它存在多种形式的快衰落和慢衰落。而多径衰落信道对遥测数据有着直接的影响。由于遥测数据中含有大量重要信息,包括电子战侦察信息,飞行器飞行状态信息等。为防止多径衰落信道对遥测数据数据的影响,同时防止第三方截获或利用这些信息,要求对无线传输的遥测数据进行有效的纠错和加密编码。因此,加密和纠错编码成为再入遥测领域研究的关键技术之一。 论文的主要研究内容包括:加密技术在PCM/PPK遥测系统中的应用及PCM/PPK系统性能分析;LDPC译码算法的改进及其在PCM/FM系统中的应用。论文的主要工作和成果如下: 1. PCM/PPK再入遥测系统是一种多进制脉冲位置调制系统。它具有抵抗码间干扰能力强、能量效率高的特性。在该系统中,码元之间不相互独立。利用PCM码的群码特性分析了在择大检测下PCM/PPK系统的误码性能和误差特性,并与固定门限判决下的误码和误差性能进行了比较。仿真结果表明:在小信噪比时,择大检测劣于固定门限检测;而在大信噪比时,择大检测优于固定门限检测。 2.为解决开放空间中遥测数据传输存在信息被窃取的安全隐患问题,提出了基于PCM/PPK遥测体制的数据加密方案。该方案采用钟控序列密码对信源PCM数据加密,在双遥测体制中该方案具有节约系统资源的优点。还提出了后向密钥同步方案,该同步方案实时性强、易于实现。在实际的遥测系统框架基础上,建立了PCM/PPK遥测系统仿真模型,该系统模型简单易于仿真实现。最后,对系统误码性能进行了理论分析和仿真验证,并讨论了系统的安全性。仿真和分析表明:通过加密保证了遥测数据的安全且没有引起误码扩散。 3.由分析得到的中短码长LDPC码错误帧所对应校验节点对数似然比(Logarithm Likelihood Ratio, LLR)及校验和变化的规律,提出了一种基于消息振荡及校验更新的改进BP译码算法。该算法通过提前结束迭代译码的准则,来减少在低信噪比区的平均迭代次数。并通过修正校验节点的更新来削弱LLR值的振荡以提高译码性能。仿真结果表明,相对于BP算法:在低信噪比区,该算法减少了平均迭代次数且译码性能没有损失;而在中高信噪比区,其提高了译码性能,而平均迭代次数无增加。 4.基于Offset最小和算法和差分译码算法,提出了一种改进的LDPC译码算法。该算法在二分图上传递的是概率的差分值。与Offset最小和算法相比,该算法在实现时,量化精度高,可减少量化带来的性能损失;对于校验节点的处理采用Offset最小和算法,与原始差分算法相比降低了计算复杂度。在PCM/FM系统中的仿真表明,与传统差分译码算法及Offset最小和算法相比,该算法收敛速度快,无明显性能损失。 5.建立了基于matlab和MFC的PCM/FM系统仿真平台,仿真和分析了LDPC码在PCM/FM系统中的性能,包括不同码长的仿真、不同译码方案的仿真。


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