[發明專利]一種基于時變測量矩陣的信號加密方法

在審

• 申請號: 202010733879.6
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111900995A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 張寅升;張國明;尚倩
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: H03M7/30
• 分類號: H03M7/30;H04L9/06;H04L9/08;H04L29/06
• 代理公司: 上海思牛達專利代理事務所(特殊普通合伙) 31355
• 代理人: 丁劍

本發明公開了一種基于時變測量矩陣的信號加密方法，涉及壓縮感知信號傳輸技術領域，包括以下步驟：信號發生端和接收端同時部署時變測量矩陣產生器；所述時變測量矩陣產生器獲取傳入的時間戳和預先設定的采樣比，調用偽隨機算法產生特定的時變測量矩陣；信號發生端在t時刻使用相應的時變測量矩陣對信號源完成亞能奎斯特采樣，并將采樣后的信號xs和時間戳t一并發給接收端。本發明實現在信號傳輸程中，即使非法竊聽者捕獲了壓縮感知后的信號xs，由于缺少時變測量矩陣產生器模塊，竊聽者無法獲得采樣時刻t對應的測量矩陣，因此無法重建原始信號，從而達到了數據加密和安全傳輸的效果。

技術領域

本發明涉及壓縮感知信號傳輸技術領域，具體來說，涉及一種基于時變測量矩陣的信號加密方法。

背景技術

壓縮感知是2000年以來信號處理領域迅速發展的一個理論。壓縮感知突破了傳統Shannon-Nyquist采樣定理的限制，可以進一步降低滿足特定稀疏條件的信號的采樣頻率要求。

壓縮感知包含以下步驟：1)確定一個變換矩陣Ψ，在該變換下，原始信號x在變換域中得到稀疏表示z，即x＝Ψz。Ψ是酉矩陣，通常使用DFT(離散傅里葉變換)、DCT(離散余弦變換)等。2)設計測量矩陣Φ，矩陣維度為kn×n，n為原始信號維度，k為采樣比，通常k1。3)使用測量矩陣Φ對原始信號進行亞能奎斯特采樣，得到采樣后信號xs，即x＝Ψz。采樣后信號xs的維度為kn，一般遠小于原始信號x的維度。4)信號傳輸。由于xs的維度低，可以極大減少傳輸的數據量，并降低帶寬要求。5)信號重建。定義A＝ΩΨ為測度矩陣。A是行滿秩矩陣(行數kn小于列數n),因此Az＝x_s對應一個欠定線性方程組。通過求解L1范數優化問題，得到變換域中z的稀疏解，然后通過域的逆變換還原到原始信號域，求出復原信號xr。

目前信號在傳輸過程中存在安全隱患，因此本文提出一種基于時變測量矩陣的信號加密方法。

發明內容

針對相關技術中的問題，本發明提出一種基于時變測量矩陣的信號加密方法，以克服現有相關技術所存在的上述技術問題。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種基于時變測量矩陣的信號加密方法，包括以下步驟：

步驟S1，信號發生端和接收端同時部署時變測量矩陣產生器；

步驟S2，所述時變測量矩陣產生器獲取傳入的時間戳和預先設定的采樣比，調用偽隨機算法產生特定的時變測量矩陣；

步驟S3，信號發生端在t時刻使用相應的時變測量矩陣對信號源完成亞能奎斯特采樣，并將采樣后的信號xs和時間戳t一并發給接收端。

進一步的，所述時變測量矩陣，包括以下步驟：

獲取時間戳t確定初始紀元以來的秒數，其表示為偽隨機數發生器的種子；

偽隨機數發生器根據輸入的種子產生一系列非重復隨機數的序列，其序列長度為n，序列元素取值范圍為[0,n-1]；

生成一個n維的單位矩陣。

進一步的，其測量矩陣Φ，包括以下步驟：

所述隨機數的序列中選取前kn個元素，并將這幾個元素作為序號選取單位矩陣的kn行，其中，k為壓縮感知的采樣比，0k≤1；

確定測量矩陣Φ。

本發明的有益效果：