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原文传递基于压缩感知的轨道移频信号压缩加密技术研究

论文题名：	基于压缩感知的轨道移频信号压缩加密技术研究
关键词：	压缩感知;轨道移频信号;混沌系统;观测矩阵;自动闭塞;小波包变换
摘要：	轨道移频信号已成为我国提速铁路、城际铁路、客运专线和高速铁路自动闭塞的主要制式，也是机车信号、列车运行监控记录器(LKJ)和动态监测系统(DMS)的基础地面信号。同时，轨道移频信号对车载设备存储负荷、车-地间无线传输安全和带宽要求以及传输时延的影响也越来越大。因此，研究快速高效、安全可靠的车载轨道移频信号压缩与加密方法具有重要意义。　　目前的轨道移频信号压缩方法主要是基于小波或小波包变换的方式，都是讨论高信噪比下的轨道移频信号且均为保留信号所在频带的对应子带的方式，很容易将落在子带外的列车异常有用信息舍去，从而导致该类方法处理失效。车-地间无线远程传输数据的安全主要是加密的方式来保证，但轨道移频信号数据量大，密文在无线远程传输过程中受带宽要求和传输时延的影响较大。对此，本文根据压缩感知理论的压缩特性和轨道移频信号频域稀疏的特点，对轨道移频信号压缩与加密的方法进行了研究。　　本论文的主要研究内容包括以下几个方面: 　　(1)概述压缩感知理论和轨道移频信号的基础知识。介绍了压缩感知理论的基本原理、处理信号的条件、应用以及常用的重建方法，同时分析了轨道移频信号的时频域特征及其用该理论处理的稀疏条件，说明基于压缩感知理论处理轨道移频信号的合理性。　　(2)针对车载设备存储负荷大、无线传输带宽要求高和现有技术压缩效率低的不足，提出了基于压缩感知理论的轨道移频信号压缩方法，该方法借鉴于压缩感知理论的压缩思想，结合轨道移频信号频域稀疏的特点，使用RIP特性较好的高斯随机矩阵对稀疏系数进行压缩观测与优化重构，有效提高了轨道移频信号的压缩效率与重构精度，压缩观测操作模式在减轻车载设备存储负荷、降低无线传输带宽要求和传输时延的同时也提高了信号数据无线传输的安全性。结果表明，该压缩方法具有压缩效率高、实时性好、重构误差小等优点。　　(3)结合混沌系统的优点和压缩感知理论处理轨道移频信号的压缩方案，给出了应用扩展帐篷映射构造密钥可控的观测矩阵实现轨道移频信号压缩与加密同时进行的方法，有效避免了存储或无线远程传输大量观测矩阵元素和信号数据，大大提高了无线网络传输数据的安全性。同时，混沌系统的使用，使得本文的观测矩阵可以根据输入参数的变化，提供了变维数的受控密钥矩阵，具有灵活性高。理论分析和实验结果表明，该方法对密钥初值极其敏感，具安全性高、保密性强、实时压缩效果好等优点。　　最后对文中所做的工作以及研究成果进行了总结，并对压缩感知理论处理轨道移频信号的未来研究进行了展望。
作者：	黄成周
专业：	交通信息工程及控制
导师：	王小线
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文