随着无线通信技术的迅猛发展,低截获通信被广泛应用于军事通信、保密通信及安全通信领域。对于传统通信而言,信号具有循环平稳性和各态历经性,截获方通过一些信号检测手段很容易获得其通信参数。为了打破传统通信信号的固有参数特征,本文从物理层安全出发设计出一种具有非平稳性的低截获传输波形。低截获传输波形的构造原理是将符号域、时间域、频率域三个维度引入时变的通信参数,来打破固定参数引起的循环平稳特性。换句话说,通过构造短时间的循环平稳信号来拼接成一个长时间的非平稳信号,从而保证传输波形在抗噪声、抗干扰的情况下,尽可能提高其抗截获性能。首先,阐述了低截获通信的基本原理,主要包括低截获通信概述,物理层安全概述及扩频通信理论基础。对于扩频通信来说,简单分析了直扩、跳频、混合扩频通信的区别,以及多进制扩频通信的原理。接下来,详细描述了低截获传输波形的构造原理,从物理层波形安全设计出发,引入时变的通信参数来打破固定参数引起的循环平稳特性或周期平稳特性,即符号域、时间域和频率域分别独立随机化来构造低截获传输波形。接着,提出了一种基于联合随机化的低截获无线通信系统的传输波形整体设计方案,其中涉及参数设计、帧结构设计及完整的传输波形处理流程设计。该方案弱化了随机化的独立性,降低了硬件实现的复杂度,且仍具有良好的抗截获性能。为了设计出更好的传输波形,扩频方式采用四元多进制扩频,并对比了不同非相干接收方案对最终误码性能的影响,表明分段相关接收方案具有一定的抗频偏作用。同时,从载波频率估计和码片速率估计出发,比较不同信号检测手段下低截获信号与扩跳频信号的抗截获性能,证明了低截获信号具有更好的抗截获性能。最后,针对前面提出的低截获无线通信传输波形整体设计方案,在FPGA平台上进行原理样机的实现,主要包括发送机关键模块,接收机关键模块和跨时钟域处理接口模块的RTL代码编写及Modelsim仿真波形验证。同时,对系统原理样机进行带宽测试和误比特率性能测试。内场测试结果表明,在低信噪比-18d B条件下能够实现低误码率的正常通信,满足项目技术指标。