CN106226742A - 一种混沌多时编码调相雷达波形设计 - Google Patents

Abstract

本发明属于雷达信号处理领域，是一种正交性、抗干扰性能极好的雷达波形，具体为混沌多时编码调相雷达波形设计。本发明首先根据线性调频信号的参数并按照多时编码规则产生一系列相位，每个相位状态持续时间不同；再对相位用混沌序列进行编码，使每个子脉冲具有不同的相位状态；再用迭代生成的混沌序列对波形进行相位编码，使其获得良好的正交性；从而设计出一系列具有复杂波形的雷达信号，信号具有良好的正交性和抗干扰性能。本发明能产生一系列正交性、低截获性良好的雷达波形，在现代电子战场中具有强大的生存能力，具有良好的抗干扰性能。

Description

一种混沌多时编码调相雷达波形设计

技术领域

本发明属于雷达信号处理领域，是一种正交性、抗干扰性能极好的雷达波形，具体为混沌多时编码调相雷达波形设计。

背景技术

现代战争中，电子战愈发重要，雷达在其中有着不可替代的作用，与此同时雷达所面临的工作环境也日渐恶劣，如何提高雷达的抗干扰性能显得尤为重要。现在的干扰主要分为两类：压制式和欺骗式。

现阶段的欺骗式干扰方主要是利用数字射频存储器接收本方发射信号后，进行参数修改并转发来干扰。因此我们进行抗干扰，主要从两个方面着手。一是提高雷达的低截获性能；二是利用干扰信号与真实目标回波信号差异，使得匹配信号与目标回波的相匹配，与干扰信号失配，从而抑制各类干扰的影响。

从而雷达波形的设计显得尤为重要，设计出一种具有低截获性能和良好自相关性的雷达波形，能够很好的发挥功能显得尤为重要。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为提升雷达波的低截获性能和自相关性的问题，本发明提供了一种混沌多时编码调相雷达波形设计。

具体技术方案如下：

步骤1、采用混沌多时序列对雷达波形编码，产生n个多时编码相位状态，产生方式如下所示：

T₁(n)码多时的折叠相位相对于时间表达式：

${\mathrm{\φ}}_{T_1\left(n\right)}=\mathrm{mod}\{\frac{2\mathrm{\π}}{n}INT\[\frac{{\mathrm{n\ΔFt}}^2}{2t_m}\],2\mathrm{\π}\}---\left(1\right)$

T₂(n)码多时的折叠相位相对于时间表达式：

${\mathrm{\φ}}_{T_1\left(n\right)}=\mathrm{mod}\{\frac{2\mathrm{\π}}{n}INT\[\frac{{\mathrm{n\ΔFt}}^2}{2t_m}-\frac{n\mathrm{\Δ}Ft}{2}\],2\mathrm{\π}\}---\left(2\right)$

步骤2、采用混沌系统以初始值x(0)经过N次迭代后的序列为：

{x(1),x(2)......x(N-1),x(N)} (3)

步骤3、将混沌多时编码调相信号表达式(4)进行幅度归一化得到(5)：

$u_{T-PM}=e^{{\mathrm{j\φ}}_{T_1\left(t\right)}\·X\left(t\right)}---\left(5\right)$

其中X(t)为混沌信号，为多时编码折叠相位；

步骤4、对u_T-PM进行离散化处理，离散后的信号复包络表达式为：

其中x(n)为混沌序列，为多时编码折叠相位序列，长度均为N，T＝Nτ_p为混沌调制宽度，V(t)为子脉冲函数，τ_p为子脉冲宽度，且:

由此可推出：

步骤5、对混沌序列进行量化，量化方式如下：

混沌序列的均值为：

$E=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}x\left(n\right)---\left(9\right)$

由此均值对混沌序列进行二值量化：

$x\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& x\left(n\right)>E\\ -1,& x\left(n\right)\≤E\end{array}\right\}---\left(10\right)$

可以推出：

${\mathrm{\φ}}_{Q\_T_1}\left(n\right)=x\left(n\right)\·{\mathrm{\φ}}_{T_1}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\φ}}_{T_1}\left(n\right),x\left(n\right)>E\\ -{\mathrm{\φ}}_{T_1}\left(n\right),x\left(n\right)\≤E\end{array}\right\}---\left(11\right).$

本发明首先根据线性调频信号的参数并按照多时编码规则产生一系列相位，每个相位状态持续时间不同；再对相位用混沌序列进行编码，使每个子脉冲具有不同的相位状态；再用迭代生成的混沌序列对波形进行相位编码，使其获得良好的正交性；从而设计出一系列具有复杂波形的雷达信号，信号具有良好的正交性和抗干扰性能。

普通的相位编码每个相位状态所占用的时间是一个常量，而多时编码的每个相位状态在整个波形的持续时间内是变化的，每个相位状态有不同持续时间，这样相比于普通的相位编码，波形变化更加复杂，提升信号低截获性能。

综上所述，本发明能产生一系列正交性、低截获性良好的雷达波形，在现代电子战场中具有强大的生存能力，具有良好的抗干扰性能。

附图说明

图1是实施例多时编码T1码得到的折叠相位图；

图2是实施例多时编码T2码得到的折叠相位图；

图3是实施例Quadratic迭代一万次序列图；

图4是实施例混沌T1雷达信号的自相关仿真结果图；

图5是实施例混沌T2雷达信号的自相关仿真结果图；

图6是实施例混沌T1雷达信号的互相关仿真结果图；

图7是实施例混沌T2雷达信号的互相关仿真结果图；

图8是实施例混沌T1信号雷达抗噪声性能分析结果图。

具体实施方式

下面在MATLAB2014a环境下进行仿真，结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

步骤1、采用混沌多时序列对雷达波形编码，产生n个多时编码相位状态，产生方式如下所示：

T₁(n)码多时的折叠相位相对于时间表达式：

${\mathrm{\φ}}_{T_1\left(n\right)}=\mathrm{mod}\{\frac{2\mathrm{\π}}{n}INT\[\frac{{\mathrm{n\ΔFt}}^2}{2t_m}\],2\mathrm{\π}\}---\left(1\right)$

T₂(n)码多时的折叠相位相对于时间表达式：

${\mathrm{\φ}}_{T_1\left(n\right)}=\mathrm{mod}\{\frac{2\mathrm{\π}}{n}INT\[\frac{{\mathrm{n\ΔFt}}^2}{2t_m}-\frac{n\mathrm{\Δ}Ft}{2}\],2\mathrm{\π}\}---\left(2\right)$

步骤2、采用混沌系统以初始值x(0)经过10000次迭代后的序列为：

{x(1),x(2)......x(N-1),x(N)} (3)

步骤3、将混沌多时编码调相信号表达式(4)进行幅度归一化得到(5)：

$u_{T-PM}=e^{{\mathrm{j\φ}}_{T_1\left(t\right)}\·X\left(t\right)}---\left(5\right)$

其中X(t)为混沌信号，为多时编码折叠相位。

步骤4、对u_T-PM进行离散化处理，离散后的信号复包络表达式为：

其中x(n)为混沌序列，为多时编码折叠相位序列，长度均为4000，T＝Nτ_p为混沌调制宽度，V(t)为子脉冲函数，τ_p为子脉冲宽度，且:

由此可推出：

步骤5、因为混沌系统具有多值遍历性，不利于该雷达信号的实现，所以需要对混沌序列进行量化，量化方式如下，混沌序列的均值为：

$E=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}x\left(n\right)---\left(9\right)$

由此均值对混沌序列进行二值量化：

$x\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& x\left(n\right)>E\\ -1,& x\left(n\right)\≤E\end{array}\right\}---\left(10\right)$

推出：

${\mathrm{\φ}}_{Q\_T_1}\left(n\right)=x\left(n\right)\·{\mathrm{\φ}}_{T_1}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\φ}}_{T_1}\left(n\right),x\left(n\right)>E\\ -{\mathrm{\φ}}_{T_1}\left(n\right),x\left(n\right)\≤E\end{array}\right\}---\left(11\right)$

对本实施例最终设计出的雷达信号的自相关和互相关进行分析；

$\begin{array}{c}{R}_{ACF}=\underset{n=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{u}_{T\_PM}\left(n\right)\&CenterDot;u_{T-PM}{(n+m)}^{*}\\ =\left\{\begin{array}{c}\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{n-m}{\&Sigma;}}\exp j\&lsqb;{\mathrm{\&phi;}}_{Q\_T1}\left(n\right)-{\mathrm{\&phi;}}_{Q\_T1}(n+k)\&rsqb;,0<k<N\\ \frac{1}{N}\underset{n=1-k}{\overset{N}{\&Sigma;}}\exp j\&lsqb;{\mathrm{\&phi;}}_{Q\_T1}\left(n\right)-{\mathrm{\&phi;}}_{Q\_T1}(n+k)\&rsqb;,-N<k<0\end{array}\right\}\end{array}---\left(12\right)$

互相关函数的表达式：

$\begin{array}{c}{R}_{cross}=\underset{n=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{u}_{1T\_PM}\left(n\right)\&CenterDot;u_{2T-PM}{(n+m)}^{*}\\ =\left\{\begin{array}{c}\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{n-m}{\&Sigma;}}\exp j\&lsqb;{\mathrm{\&phi;}}_{1Q\_T1}\left(n\right)-{\mathrm{\&phi;}}_{2Q\_T1}(n+k)\&rsqb;,0<k<N\\ \frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{n-m}{\&Sigma;}}\exp j\&lsqb;{\mathrm{\&phi;}}_{1Q\_T1}\left(n\right)-{\mathrm{\&phi;}}_{2Q\_T1}(n+k)\&rsqb;,-N<k<0\end{array}\right\}\end{array}---\left(13\right)$

对本实施例最终设计出的雷达信号进行抗噪声分析，背景噪声为高斯分布白噪声，信号加入噪声后的信号模型为：

$S_{noise}=S_{T-PM}+{\left(\frac{R\left(0\right)}{{10}^{SNR/10}}\right)}^{\frac{1}{2}}*rand\left(n\right)---\left(14\right)$

表1是混沌T1雷达信号和混沌T2雷达信号的自相关、互相关旁瓣比表。

表格1两种波形相关性比较 dB

本发明提供了一种混沌多时编码结合相位调制的波形产生方法。这种波形具有尖锐的自相关函数，良好的正交性；从功率谱看，比传统信号有较大的提升，相对更加平坦；从抗噪声性能上看，能够清晰地分辨目标，具有良好的性能。

混沌多时编码调相雷达信号波形更加复杂，比单一调制的信号有更高的不可预测概率和低截获概率，提高了抗干扰性能。

仿真结果表明，两种混沌多时编码调相雷达信号的自相关旁瓣峰值最大值分别达到-27.92dB和-27.60dB，相比于只加入混沌编码调相的信号或多时编码信号，其相关性得到了极大提升。

该仿真在Matlab 2014a环境下进行，仿真实验数据：信号载频3GHZ，脉冲持续时间40us，编码长度4000，多时编码相位状态数为n＝5。信号传播损失系数为-10dB，接收端输入信号信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)为-22dB。

Claims (1)

1.一种混沌多时编码调相雷达波形设计，具体技术方案如下：

步骤1、采用混沌多时序列对雷达波形编码，产生n个多时编码相位状态，产生方式如下所示：

T₁(n)码多时的折叠相位相对于时间表达式：

${\mathrm{\&phi;}}_{T_1\left(n\right)}=\mathrm{mod}\{\frac{2\mathrm{\&pi;}}{n}INT\&lsqb;\frac{{\mathrm{n\&Delta;Ft}}^2}{2t_m}\&rsqb;,2\mathrm{\&pi;}\}---\left(1\right)$

T₂(n)码多时的折叠相位相对于时间表达式：

${\mathrm{\&phi;}}_{T_1\left(n\right)}=\mathrm{mod}\{\frac{2\mathrm{\&pi;}}{n}INT\&lsqb;\frac{{\mathrm{n\&Delta;Ft}}^2}{2t_m}-\frac{n\mathrm{\&Delta;}Ft}{2}\&rsqb;,2\mathrm{\&pi;}\}---\left(2\right)$

步骤2、采用混沌系统以初始值x(0)经过N次迭代后的序列为：

{x(1),x(2)......x(N-1),x(N)} (3)

步骤3、将混沌多时编码调相信号表达式(4)进行幅度归一化得到(5)：

$u_{T-\mathrm{PM}}=e^{j{\mathrm{\&phi;}}_{T_1\left(t\right)}\&CenterDot;X\left(t\right)}---\left(5\right)$

其中X(t)为混沌信号，为多时编码折叠相位；

步骤4、对u_T-PM进行离散化处理，离散后的信号复包络表达式为：

其中x(n)为混沌序列，为多时编码折叠相位序列，长度均为N，T＝Nτ_p为混沌调制宽度，V(t)为子脉冲函数，τ_p为子脉冲宽度，且:

由此可推出：

步骤5、对混沌序列进行量化，量化方式如下：

混沌序列的均值为：

$E=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}x\left(n\right)---\left(9\right)$

由此均值对混沌序列进行二值量化：

$x\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& x\left(n\right)>E\\ -1,& x\left(n\right)\&le;E\end{array}\right\}---\left(10\right)$

可以推出：

${\mathrm{\&phi;}}_{Q\_T_1}\left(n\right)=x\left(n\right)\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_{T_1}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&phi;}}_{T_1}\left(n\right),x\left(n\right)>E\\ -{\mathrm{\&phi;}}_{T_1}\left(n\right),x\left(n\right)\&le;E\end{array}\right\}---\left(11\right).$