Einheitliches FPGA-Framework für sichere Satellitenbildübertragung: Adaptive orthogonale Momente mit integrierter Verwirrungs-Diffusions-Kryptographie

Satellitenbildübertragungssysteme stehen vor einer doppelten Herausforderung: effiziente Komprimierung und robuste Verschlüsselung. Bestehende Ansätze behandeln diese Anforderungen nacheinander, was zu doppelter Latenz und Energieaufwand führt, während in der Literatur keine FPGA-Implementierung orthogonaler Momente existiert. Diese Arbeit präsentiert das erste einheitliche FPGA-Framework, das adaptive orthogonale Momente in duale Kompressions-Verschlüsselungs-Vektoren transformiert. Das System implementiert vier Momentfamilien (Charlier, Hahn, Meixner, Krawtchouk) auf dem Xilinx ZedBoard Zynq-7000, mit Echtzeit-adaptiver Auswahl (93,8 % Genauigkeit) und Verwirrungs-Diffusions-Chaosverschlüsselung, die direkt auf die Koeffizienten angewandt wird. Drei wesentliche Beiträge werden gezeigt: (i) erste FPGA-Hardwarearchitektur für orthogonale Momente mittels hybrider PC/FPGA-Strategie, (ii) adaptives Multi-Familien-Framework optimiert für Satelliten-Energieeinschränkungen, (iii) einheitliche Pipeline zur Eliminierung von Zwischenstufen. Implementiert mit 125 MHz auf ZedBoard erreicht das System eine PSNR von 27–36 dB für Sentinel-2-Bilder mit Formel: siehe Text Pixeln (4,6:1 Kompression), 728 ns Latenz und robuste Sicherheit (7,99 Bits Entropie, Korrelationen Formel: siehe Text).