一種基于混沌信號源的步進頻率雷達系統及通道構建方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于混沌信號源的步進頻率雷達系統，包括信號發射模塊、信號接收模塊、混沌信號源、數據重排模塊；混沌信號源產生混沌信號，一方面對發射脈沖串的發射頻率序列進行控制，另一方面對信號接收模塊接收到的回波信號進行重新排序控制。本發明還公開了一種混沌步進頻率雷達系統的通道構建方法，該方法使得每個混沌信號采樣值歸一化處理后均對應一組調頻序列，并控制信號發射模塊將該組調頻序列中對應的脈沖串進行發射，控制信號接收模塊對信號回波矢量進行按照脈沖頻率從小到大重排，該發明一方面使得發射信號具有更強的抗干擾能力、更低的截獲概率，同時解決了現有的步進頻體制中步進頻率信號的雜波抑制能力較差的問題。
【專利說明】一種基于混沌信號源的步進頻率雷達系統及通道構建方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于混沌信號源頻率步進雷達系統及通道構建方法，屬于雷達通信領域。
【背景技術】
[0002]混沌現象是在非線性系統中出現的一種有具有確定性的、類隨機的過程?；煦绗F象還具有類噪聲特性，由此可提高通信系統的保密性能。混沌信號可以準確地再生，在信號的傳送中用于混沌掩蓋，在信號的接收中用于信號的恢復。混沌保密通信的基本思想是:把混沌信號作為信號傳輸的載波，將傳輸信號隱藏在混沌載波之中，也就是所說的混沌掩蓋，或者是賦予不同的波形以不同的信息序列，從而利用相關屬性及特性，在接收端解調出所傳輸的信號，這也就是信號的恢復。
[0003]步進頻率信號通過發射一組單頻信號，以窄帶發射機、接收機的處理方式實現了寬帶信號所能達到的距離分辨率，避免了常規寬帶信號所面臨的工程實現方面的困難，因而受到廣泛重視。然而，步進頻率體制也存在著一些缺點，步進頻率信號的雜波抑制能力較差，尚無理想的雜波抑制方法。
[0004]近年來，隨機頻率步進雷達由于其發射信號的頻率的隨機跳變可以很好地抑制距離和速度耦合以及相鄰接收傳感器的信號干擾，受到了廣泛地重視。但是在隨機頻率步進雷達中，回波信號的匹配濾波是通過與參考信號作相關運算實現的，這需要很大的計算量。另外，由于隨機頻率調制的結果，由相關得到的一維距離像帶有很強的隨機噪聲旁瓣。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是:針對【背景技術】的缺點，本發明提出了一種基于混沌信號源的步進頻率雷達系統及通道構建方法，利用混沌信號源產生的混沌信號控制步進頻率的頻點，實現隨機跳頻步進頻率信號的產生，即產生由步進頻的各頻點隨機排列的發射信號，使得發射信號具有更強的抗干擾能力、更低的截獲概率；解決了現有的步進頻體制中步進頻率信號的雜波抑制能力較差的問題。
[0006]本發明為解決上述技術問題，采用如下技術方案:
[0007]—種基于混沌信號源的步進頻率雷達系統，包括信號發射模塊、信號接收模塊，所述信號發射模塊包括功分器、功率放大器、發射天線，所述信號接收模塊包括接收天線、混頻器、低噪放大器、帶通濾波器、A/D轉換模塊、數字濾波模塊、后級信號處理模塊，還包括混沌信號源、數據重排模塊；所述混沌信號源產生混沌信號，并進行歸一化處理，處理后一方面對發射脈沖串的調頻序列進行控制，另一方面對信號接收模塊接收到的回波信號進行重新排序控制，所述數據重排模塊根據混沌信號歸一化處理后的信號及接收到的回波信號對回波信號矢量進行重新排列。
[0008]一種基于混沌信號源的步進頻率雷達系統的通道構建方法，包括如下步驟:
[0009]步驟1.預先設定N個步進頻的頻率序號，根據該步進頻的頻率序號產生N個步進頻率，對該N個步進頻率進行重新排列，隨機產生M組調頻序列，并對M組調頻序列順序編號,生成調頻序列列表,每組調頻序列均包含N個步進頻率；
[0010]步驟2.混沌信號源產生混沌信號，將混沌信號的采樣值Xn進行歸一化處理后得到歸一化后的混沌信號7?，使得yn落在[0，I]區間內，將[0，I]區間劃分為等間距的M段，并依此對每段順序編號，M段的編號依次與M組調頻序列編號一一對應，獲取yn所在段的段號，并將yn所在段的段號分別輸出至信號發射模塊及信號接收模塊；
[0011]步驟3.信號發射模塊按照7?所在段的段號對應的調頻序列將該調頻序列中的步進頻率對應的脈沖串進行發射；
[0012]步驟4.信號接收模塊接收到回波信號，并對接收的回波信號進行處理，獲取回波信號矢量，信號接收模塊按照yn所對應的調頻序列，將回波信號矢量按照步進頻率從小到大的順序進行重新排列，其中，M、N、η均為正整數。
[0013]所述混沌信號源通過伯努利映射或Logistic映射產生混沌信號，且每個混沌信號采樣值處理后均對應一組調頻序列。
[0014]與現有技術相比，以混沌信號源控制步進頻實現隨機跳頻，本發明有三大優勢，具有有益效果如下:
[0015]1.本發明以混沌信號作為信號源，并用混沌信號控制載波頻率，而使得步進頻不再是原來規律性很強的載波信號，相較于傳統的步進頻，隨機跳頻使得發射信號具有復雜的調制波形、更強的抗干擾能力以及更低的截獲概率，從而提高了保密性，實現了基于混沌信號的保密通信。
[0016]2.相較于傳統的步進頻，實現混沌跳頻有利于實現系統內部單頻干擾的抑制。
[0017]傳統的步進頻信號為順序頻率步進，是一種相參信號，脈沖間的相位具有線性關系，相鄰脈沖間的相位差恒定，進行目標檢測時，干擾的存在就相當于隨機相位誤差的存在，使得目標檢測時分辨能力降低。當有多個單頻干擾時，采用順序步進頻就會容易出現假目標，單頻干擾以及步進頻對目標來說都是具有周期性的，因此接收到的信號頻譜不能判斷是干擾還是目標的。
[0018]混沌信號控制步進頻實現隨機跳頻的工作方式，使得目標回波的相位檢波器輸出不再是正弦波形 ，而周期性單頻干擾的檢波器輸出依舊是正弦波形，所以可以在頻域上濾出單頻干擾。此時，在將A/D采樣后的數據按照接收頻率進行升序重排，就能得到目標信
肩、O
[0019]因此以混沌信號源控制步進頻實現隨機跳頻能夠抑制單頻干擾，包括由電源內部產生的低頻干擾。
[0020]3.本設計可提高目標檢測時信號的距離-多普勒分辨率。
[0021]由于本設計獨特的調制方式，利用混沌頻率調制，使得在進行信號處理時可將采樣點數據根據所用的映射關系按回波脈沖信號頻率從小到大進行重排。在隨機頻率步進雷達中，回波信號的匹配濾波是通過與參考信號作相關運算實現，不能直接通過FFT運算獲得快速距離向壓縮，需要很大的計算量。此外，對于隨機頻率調制的結果，由相關得到的一維距離像帶有很強的隨機噪聲旁瓣。但是，在本設計中，由于本設計的獨特調制方式，使得對數據按升序重排之后，仍能進行FFT運算。對重排后的數據進行快速傅里葉變換實現匹配處理，從而使得一維距離像不存在隨機噪聲旁瓣，從而提高了信號的距離-多普勒分辨率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明基于混沌信號源頻率步進雷達的原理框圖。
[0023]圖2為本發明的混沌信號進行頻率控制原理框圖。
[0024]圖3 (a)為頻率步進信號的模糊圖。
[0025]圖3 (b)為頻率步進信號的模糊度圖(_3dB)。
[0026]圖3 (c)為頻率步進信號的距離模糊函數圖。
[0027]圖3 Cd)為頻率步進信號的多普勒模糊函數圖。
[0028]圖4 (a)為本發明中混沌頻率步進信號的模糊圖。
[0029]圖4 (b)為本發明中混沌頻率步進信號的模糊度圖(_3dB)。
[0030]圖4 (c)為本發明中混沌頻率步進信號的距離模糊函數圖。
[0031]圖4 Cd)為本發明中混沌頻率步進信號的多普勒模糊函數圖。
[0032]圖5為混沌頻率步進雷達與隨機頻率步進雷達的一維距離像對比。
[0033]圖6 (a)為存在50Hz單頻干擾時頻率步進雷達成像結果:一維距離像。
[0034]圖6 (b)為存在50Hz單頻干擾時頻率步進雷達成像結果:距離多普勒平面。
[0035]圖7為本發明中Logistic映射產生的混沌信號的分岔圖。
[0036]圖8為本發明中Logistic映射產生的發射脈沖串的調頻序列編號圖。
[0037]圖9 (a)為本發明的混沌頻率步進雷達中，對回波脈沖串的采樣點數據做FFT (無單頻干擾)。
[0038]圖9 (b)為本發明的混沌頻率步進雷達中，對回波脈沖串的采樣點數據做FFT (存在單頻干擾)。
[0039]圖10本發明中存在單頻干擾時，混沌頻率步進雷達的距離多普勒結果。
【具體實施方式】
[0040]下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明:
[0041]圖1為本發明基于混沌信號源的步進頻率雷達系統的原理框圖。包括信號發射模塊、信號接收模塊，所述信號發射模塊包括功分器、功率放大器、發射天線，所述信號接收模塊包括接收天線、混頻器、低噪放大器、帶通濾波器、A/D轉換模塊、數字濾波模塊、后級信號處理模塊，還包括混沌信號源、數據重排模塊；混沌信號源產生混沌信號對發射脈沖串信號的頻率進行調制，產生的混沌頻率步進信號經過功分器后分成兩路同步信號，一路作為接收機的參考信號，另一路經功率放大器和發射天線輻射到被探測區域?；夭ㄐ盘柦浗邮仗炀€和低噪放大器后與參考信號混頻，再經帶通濾波器(正交解調中的低通濾波器與抑制直達波的高通濾波器組合)后被A/D采樣并存儲。如果系統中存在泄漏到相位檢波器的單頻干擾，還需要對存儲的數據進行數字濾波處理。最后，根據混沌信號對應的調頻序列順序，將采樣的數據進行重排。
[0042]一種基于混沌信號源的步進頻率雷達系統的通道構建方法，包括如下步驟:
[0043]步驟1.預先設定N個步進頻的頻率序號，根據該步進頻的頻率序號產生N個步進頻率，對該N個步進頻率進行重新排列，隨機產生M組調頻序列，并對M組調頻序列順序編號,生成調頻序列列表,每組調頻序列均包含N個步進頻率；
[0044]步驟2.混沌信號源產生混沌信號，將混沌信號的采樣值Xn進行歸一化處理后得到歸一化后的混沌信號7?，使得yn落在[0，I]區間內，將[0，I]區間劃分為等間距的M段，并依此對每段順序編號，M段的編號依次與M組調頻序列編號一一對應，獲取yn所在段的段號，并將yn所在段的段號分別輸出至信號發射模塊及信號接收模塊；
[0045]步驟3.信號發射模塊按照7?所在段的段號對應的調頻序列將該調頻序列中的步進頻率對應的脈沖串進行發射；
[0046]步驟4.信號 接收模塊接收到回波信號，并對接收的回波信號進行處理，獲取回波信號矢量，信號接收模塊按照yn所對應的調頻序列，將回波信號矢量按照步進頻率從小到大的順序進行重新排列，其中，M、N、η均為正整數。
[0047]圖1中，在由混沌信號源、發射信號、功分器、功率放大器所構成的發射通道中，混沌信號源產生的混沌信號，從已設計好的M組調頻序列中選擇一組作為下一個發射脈沖的調頻序列，從而達到混沌信號對發射脈沖頻率的控制，實現基于混沌信號源的步進頻率雷達系統通道的構建，使得發射信號具有復雜的調制波形、更強的抗干擾能力以及更低的截獲概率。
[0048]假設步進起始頻為&，給定頻帶B，頻率步進間隔為Af，則在給定頻帶B上以等間隔Af取值的N個頻率所組成的一組順序步進頻率序列匕=(&，4，…，H其中fi=f0+i Af, i e {O, I,...，N-1}，每個脈沖串的調頻序列在Fls基礎上重新排序，記為Fcs。將這N個頻率進行隨機排列，理論上有N!種排列方式，隨機選取其中M種排列方式即可產生一個隨機調頻序列列表。首先先設計好M組的調頻序列，即產生M組不同的I~N這N個整數的隨機序列Fcs=(fa，fb，…，f。)，其中a，b，c e {0，1，2…，N-1}且互不相等。
[0049]混沌信號源對發射信號的頻率進行控制，是利用單個混沌信號采樣值Xn對應單個發射脈沖串信號調頻序列Fm具體對應關系如圖2所示。混沌信號的采樣值為Xn，進行歸
一化處理后得到7?，若7?落入區間
【權利要求】
1.一種基于混沌信號源的步進頻率雷達系統，包括信號發射模塊、信號接收模塊，所述信號發射模塊包括功分器、功率放大器、發射天線，所述信號接收模塊包括接收天線、混頻器、低噪放大器、帶通濾波器、A/D轉換模塊、數字濾波模塊、后級信號處理模塊，其特征在于:還包括混沌信號源、數據重排模塊；所述混沌信號源產生混沌信號，并進行歸一化處理，處理后一方面對發射脈沖串的調頻序列進行控制，另一方面對信號接收模塊接收到的回波信號進行重新排序控制，所述數據重排模塊根據混沌信號歸一化處理后的信號及接收到的回波信號對回波信號矢量進行重新排列。
2.基于權利要求1所述的基于混沌信號源的步進頻率雷達系統的通道構建方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟1.預先設定N個步進頻的頻率序號，根據該步進頻的頻率序號產生N個步進頻率，對該N個步進頻率進行重新排列，隨機產生M組調頻序列，并對M組調頻序列順序編號，生成調頻序列列表，每組調頻序列均包含N個步進頻率； 步驟2.混沌信號源產生混沌信號，將混沌信號的采樣值Xn進行歸一化處理后得到歸一化后的混沌信號yn，使得yn落在[O, I]區間內，將[O, I]區間劃分為等間距的M段，并依此對每段順序編號，M段的編號依次與M組調頻序列編號一一對應，獲取yn所在段的段號，并將yn所在段的段號分別輸出至信號發射模塊及信號接收模塊； 步驟3.信號發射模塊按照yn所在段的段號對應的調頻序列將該調頻序列中的步進頻率對應的脈沖串進行發射； 步驟4.信號接收模塊接收到回波信號，并對接收的回波信號進行處理，獲取回波信號矢量，信號接收模塊按照yn所對應的調頻序列，將回波信號矢量按照步進頻率從小到大的順序進行重新排列，其中，M、N、η均為正整數。
3.根據權利要求2所述的基于混沌信號源的步進頻率雷達系統的通道構建方法，其特征在于:所述混沌信號源通過伯努利映射或Logistic映射產生混沌信號，且每個混沌信號采樣值處理后均對應一組調頻序列。
【文檔編號】G01S7/36GK103954959SQ201410102282
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月19日 優先權日:2014年3月19日
【發明者】張璐, 胡文, 張余, 張博, 馬禾青, 李偉, 王賽賽 申請人:南京航空航天大學
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