一种基于位置信息的高安全性正交分解混沌置乱方法与流程

技术特征：

1.一种基于位置信息的高安全性正交分解混沌置乱方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：构建是n×n的MIMO可见通信系统，发送端包括n个LED阵列，LED阵列用来做照明同时进行数据传输，接收端由n个光电探测器组成，光电探测器将光功率转换为电流；

S2：基于合法用户的通信角度和距离等私密位置信息设计位置信息嵌入矩阵，在位置信息嵌入矩阵中插入合法用户的入射角发送端的发射角φ以及发送端与接收端的距离d位置信息；

S3：应用基于混沌序列的移位矩阵对位置嵌入矩阵中的元素进行交错得到基于位置信息的混沌置乱矩阵；

S4：将基于位置信息的混沌置乱矩阵进行正交化分解，得到正交的置乱矩阵；

S5：采用正交的置乱矩阵对发送信息进行置乱并传输。

2.根据权利要求1所述的基于位置信息的高安全性正交分解混沌置乱方法，其特征在于，步骤S1中，构建是n×n的MIMO可见通信系统时，在发送端采用直接强度调制方法，用数字信号直接控制通过LED阵列的电流进而控制发送端输出的光功率；可见光通信系统采用不归零开关键控的调制方式，LED阵列开启表示1，关闭表示0；因为LED阵列的输出功率不能为负值，所以发送端发送信号时必须添加直流偏置；在接收端，采用直接检测的方法，将探测到的光功率直接转换为电流。

3.根据权利要求1所述的基于位置信息的高安全性正交分解混沌置乱方法，其特征在于，步骤S2中，位置信息嵌入矩阵S_LIE表示为：

式中⊙表示阿达玛乘积，表示合法用户的入射角，Ψ表示合法用户的入射角矩阵，φ表示发送端的发射角，Φ表示发送端的发射角矩阵，d表示发送端与接收端的距离，D表示发送端与接收端的距离矩阵；i表示发送端LED阵列的序号，j表示接收端的序号，式中(·)_i,j表示矩阵第i行第j列的元素，其中1≤i,j≤n。

4.根据权利要求3所述的基于位置信息的高安全性正交分解混沌置乱方法，其特征在于，步骤S3中，具体包括以下步骤：

S3.1：把矩阵S_LIE转换为n²×1的列向量S₁，转换过程表示如下：

(S₁)_(i-1)×n+j＝(S_LIE)_i,j

S3.2：通过混沌序列生成一个移位矩阵M，对列向S₁进行移位，得到移位后的列向量表示如下：

S₂＝M×S₁

S3.3：经过混沌置乱后，由向量S₂得到一个n×n的矩阵S₃如下：

(S₃)_i,j＝(S₂)_(i-1)×n+j。

5.根据权利要求4所述的基于位置信息的高安全性正交分解混沌置乱方法，其特征在于，矩阵M由混沌序列决定，推导方式如下表示：

C_MS＝M×C

M＝f_S(C_MS(1～n²)[C(1～n²)]^-1)

式中，C表示通过约定映射方式产生的混沌序列，C_MS表示将混沌序列C中的数字按由小到大的顺序排序后得到的序列，f_S为如下函数：

混沌序列C初值的选取方式如下：为了使合法用户距离矩阵D中的元素满足混沌序列初值需处于区间(0,1)的约束条件，用矩阵D中的最大值d_max和最小值d_min之和点除矩阵D如下：

式中表示点除，混沌序列C初值从矩阵S_UN的元素中随机选取。

6.根据权利要求4所述的基于位置信息的高安全性正交分解混沌置乱方法，其特征在于，步骤S4中，具体包括以下步骤：

应用迭代正交非负矩阵分解方法分解矩阵S₃，得到近似正交的混沌置乱矩阵并且减弱矩阵S₃和MIMO信道之间的相关性；K表示总的迭代次数，表示基矩阵，表示编码矩阵，并用U₀、V₀分别表示U_K、V_K的初始值，得到如下计算：

U₀＝H^T

V₀＝H^T

式中H为信道增益矩阵，(·)^T表示矩阵转置运算符，则第k个迭代矩阵，即U_k、V_k通过迭代得到如下：

经过迭代，S₃可以被近似分解为S₃≈U_KV_K，并且得到OFCS-LIE矩阵如下：

S_OFCS-LIE＝V_K

迭代总次数K由正交误差ε决定，可以如下计算：

$\mathrm{\ϵ}=\left|\right|S_{OFCS-LIE}{S}_{OFCS-LIE}^T-I\left|\right|$

式中I表示n×n的单位矩阵；因此，得到的S_oFCS-LIE是近似正交的，即：

$S_{OFCS-LIE}{S}_{OFCS-LIE}^T=I.$