CN112087244A - 一种复合混沌序列形成方法及无人机测控链路抗干扰方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合混沌序列形成方法及无人机测控链路抗干扰方法，属于无线数字通信领域。本发明首先将混沌序列矩阵与传统伪随机序列转置矩阵相乘，然后将得到的矩阵行向量依次拼接整合形成复合混沌序列。同时，基于所形成的复合混沌序列，提出了一种无人机测控链路抗干扰方法。本发明所形成的混沌序列具有良好的自相关性、互相关性和平衡特性，并提高了无人机测控链路在信息传输抗干扰性能。

Description

一种复合混沌序列形成方法及无人机测控链路抗干扰方法

技术领域

本发明涉及一种基于复合混沌序列的无人机测控链路的抗干扰方法，属于无线数字通信领域。

背景技术

随着无人机的持续迅速发展与其在军事和工业上日渐广泛的应用，对作为无人机信息交互核心的测控系统提出了更高的要求。为提高无人机抗干扰能力，通常无人机测控链路会采用扩频通信系统。扩频通信系统具有抗干扰性能好、选择性寻址能力强、保密性能强、高分辨率测距能力强等优点。而扩频系统所使用的扩频序列的自相关性与互相关性直接影响到系统的抗干扰性能，因此选用的扩频序列成为扩频通信系统的关键所在。

目前无人机测控链路采用的扩频序列通常选用传统伪随机序列如GOLD序列、m序列、ZCZ序列等。传统伪随机序列虽然拥有较好的自相关性，但是其互相关性与平衡特性较差。

发明内容

本发明需解决的技术问题是提供一种复合混沌序列形成方法及基于复合混沌序列的无人机测控链路抗干扰方法，复合混沌序列拥有较好的自相关性、互相关性和平衡特性，可有效提升无人机测控链路在信息传输上的抗干扰性能。

为解决上述技术问题，本发明提出的一种复合混沌序列形成方法，包括如下步骤：

步骤一、选定混沌序列类型与其映射方程，并且确定映射方程的初值，通过N次对映射方程的迭代，产生N*1的混沌序列矩阵P；

步骤二、选定传统扩频伪随机序列类型与其映射方程，并且确定映射方程的初值，通过M次对映射方程的迭代，产生M*1的传统伪随机序列矩阵Q；

步骤三、将所述步骤一中产生的混沌序列矩阵P与步骤二产生的传统伪随机序列矩阵Q的转置Q^H进行矩阵相乘，形成N*M的矩阵S，将矩阵S的行向量依次拼接整合形成复合混沌序列R。

一种基于所述复合混沌序列的无人机测控链路抗干扰方法，采取技术方案包括如下步骤：

步骤1、无人机机载测控终端将接收到的需传播的有效数据信息经信道编码后与复合混沌序列进行扩频得到基带混沌扩频信号；

步骤2、基带混沌扩频信号经过调制、数模转换操作后，生成高频混沌扩频信号，通过无线链路输出；

步骤3、地面测控站通过无线链路接收高频混沌扩频信号，进行模数转换、解调和窄带滤波操作后，得到数字基带混沌扩频信号；

步骤4、将步骤3得到的数字基带混沌扩频信号进行解扩，得到基带信号。

步骤5、将步骤4得到的基带信号进行判决与信道译码，即可得到有效数据信息。

有益效果

本发明形成的混沌序列具有非周期性和良好的宽带伪噪声特性，并且具备良好的平衡特性和游程特性以及较理想的线性复杂度，保证了其拥有近似理想的自相关和互相关特性。

本发明提出基于复合混沌序列的无人机测控链路的抗干扰方法，通过混沌序列的自相关性、互相关性和平衡特性，提高了无人机测控链路在信息传输抗干扰性能。

附图说明

图1是本发明复合混沌序列生成的工作原理图；

图2是本发明基于复合混沌序列的无人机测控链路的抗干扰方法工作原理图；

图3是传统伪随机序列、混沌序列与本发明复合混沌序列在窄带干扰下的系统误码率比对图；

图4是传统伪随机序列、混沌序列与本发明复合混沌序列在宽带干扰下的系统误码率比对图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明和详细描述。

图1是本发明复合混沌序列生成的工作原理图，包括如下步骤：

步骤一、混沌序列发生器选定混沌序列类型与其映射方程，并且确定映射方程的初值。通过N次对映射方程的迭代，产生N*1的混沌序列矩阵P。

步骤二、传统伪随机序列发生器选定传统扩频伪随机序列类型与其映射方程，并且确定映射方程的初值。通过M次对映射方程的迭代，产生M*1的传统伪随机序列矩阵Q，并对传统伪随机序列矩阵Q进行转置处理，形成传统伪随机序列转置矩阵Q^H。步骤三、将所述步骤一中产生的混沌序列矩阵P与步骤二产生的传统伪随机序列转置矩阵Q^H相乘，矩阵相乘公式为：

S_[N,M]＝P_[N,1]*Q^H _[1,M]

形成N*M的矩阵S：

S＝[r_1,1,r_1,2…r_1,N；r_2,1,r_2,2…r_2,N；…r_M,1,r_M,2…r_M,N],

将矩阵S的行向量依次拼接整合形成复合混沌序列R：

R＝[r_1,1,r_1,2…r_1,N,r_2,1,r_2,2…r_2,N,…r_M,1,r_M,2…r_M,N]，

所述复合混沌序列R的长度为L＝N*M，复合混沌序列兼具了混沌序列的良好互相关性与传统伪随机序列的良好自相关性。

图2是本发明基于所述复合混沌序列的无人机测控链路的抗干扰方法工作原理图，，包括如下步骤：

步骤1、机载测控终端将收到的有效信息进行信道编码后与预设的复合混沌序列进行扩频得到基带混沌扩频信号。

扩频公式为：

h＝PN(+)k

其中，h为输出的基带混沌扩频信号，PN是长度为L的复合混沌序列R，k为有效数据信息。

将每一位有效数据分别与混沌序列进行模二加计算，扩频后的信号具备近似理想的自相关与互相关特性，提升了有效数据的抗干扰性。

步骤2、扩频后的基带信号经过调制后形成高频的调制信号，将调制信号经过数模转换，形成高频混沌扩频信号，通过无线链路传输至空域。

步骤3、地面测控站通过无线链路接收高频混沌扩频信号，首先进行模数转换，将无线链路接收到的模拟信号转换为数字信号，然后通过解调、窄带滤波操作后将高频信号解调为数字基带混沌扩频信号。

步骤4、将步骤3得到的数字基带混沌扩频信号进行解扩，得到基带信号。

将复合混沌序列的转置与数字基带混沌扩频信号进行模二加计算，解扩公式为：

a＝(PN)^H(+)g

其中，a为输出的基带信号，(PN)^H是复合混沌序列的转置，g为数字基带混沌扩频信号。

步骤5、将步骤4得到的基带信号进行判决与信道译码，最终得到真实有效的信息。

图3是传统伪随机序列、混沌序列与本发明复合混沌序列在窄带干扰下的系统误码率比对图。由3图可知，在窄带干扰下，当信噪比较高时，传统伪随机码m序列、Chebyshev混沌序列与复合混沌序列的误码率无明显差异，但随着信噪比的降低，复合混沌序列的误码率明显低于传统伪随机码m序列和Chebyshev混沌序列。误码率越低，表明系统的抗干扰能力越强，故由图3可知复合混沌序列的抗窄带干扰的能力明显优于传统为随机码与混沌序列。

图4是传统伪随机序列、混沌序列与本发明复合混沌序列在宽带干扰下的系统误码率比对图。由4图可知，在宽带干扰下，当信噪比较高时，传统伪随机码m序列、Chebyshev混沌序列与复合混沌序列的误码率无明显差异，但随着信噪比的降低，复合混沌序列的误码率明显低于传统伪随机码m序列和Chebyshev混沌序列。误码率越低，表明系统的抗干扰能力越强，故由图4可知复合混沌序列的抗窄带干扰的能力明显优于传统为随机码与混沌序列。

实施例

对本发明的具体实施过程进行说明。采用的无人机测控链路中，有效信息速率为10KHz，载波频段为2GHz，信道编码采用RS编码的方式，调制方式选用BPSK调制。

步骤一、选定Chebyshev混沌序列类型，其映射方程为x_k+1＝f(x_k)＝cos(2ⁿarccos(x_k))，映射方程的初值x₁＝0.5。通过64次对映射方程的迭代，产生64*1的混沌序列矩阵P；

步骤二、选定传统扩频伪随机序列类型为m序列，其生成多项式为：a1＝45H初值为：a0＝3FH。通过32次对映射方程的迭代，产生32*1的传统伪随机序列矩阵Q；

步骤三、将步骤一、二中产生的混沌序列矩阵P与传统伪随机序列矩阵Q的转置Q^H进行矩阵相乘，矩阵相乘公式为：S_[64,32]＝P_[64,1]*Q^H _[1,32]，形成64*32的矩阵S＝[r_1,1,r_1,2…r_1,64；r_2,1,r_2,2…r_2,64；…r_32,1,r_32,2…r_32,64],将矩阵S的行向量依次拼接整合形成复合混沌序列R＝[r_1,1,r_1,2…r_1,64,r_2,1,r_2,2…r_2,64,…r_32,1,r_32,2…r_32,64]，该复合混沌序列长度为L＝64*32＝2048。该复合序列兼具了混沌序列的良好互相关性与传统伪随机序列的良好自相关性；

步骤四、无人机机载测控终端将接收到的需传播的有效数据信息经信道编码后与步骤三中已生成的复合混沌序列进行扩频得到基带混沌扩频信号。扩频公式为h＝PN(+)k，h为输出的基带混沌扩频信号，PN是长度为2048的复合混沌序列R，k为有效数据信息。将每一位有效数据分别与混沌序列进行模二加计算，扩频后的信号具备近似理想的自相关与互相关特性，提升了有效数据的抗干扰性；

步骤五、扩频后信息经过BPSK调制、数模转换操作后，生成高频混沌扩频信号，通过无线链路输出，高频调制信号频点为2GHz；

步骤六、地面测控站通过无线链路接收高频混沌扩频信号，进行模数转换、BPSK解调和窄带滤波操作后，得到数字基带混沌扩频信号，解调时载波频点为2GHz；

步骤七、将步骤六得到的信号进行解扩。解扩公式为a＝(PN)^H(+)g，a为输出的基带信号，(PN)^H是步骤三中生成的复合混沌序列的转置，g为步骤五得到的基带混沌扩频信号；

步骤八、将步骤七中得到的基带信号进行判决与RS译码，即可得到有效数据信息。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种复合混沌序列形成方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、选定混沌序列类型与其映射方程，并且确定映射方程的初值，通过N次对映射方程的迭代，产生N*1的混沌序列矩阵P；

步骤二、选定传统扩频伪随机序列类型与其映射方程，并且确定映射方程的初值，通过M次对映射方程的迭代，产生M*1的传统伪随机序列矩阵Q；

步骤三、将所述步骤一中产生的混沌序列矩阵P与步骤二产生的传统伪随机序列矩阵Q的转置Q^H进行矩阵相乘，形成N*M的矩阵S，将矩阵S的行向量依次拼接整合形成复合混沌序列R。

2.一种基于权利要求1所述的复合混沌序列的无人机测控链路抗干扰方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、无人机机载测控终端将接收到的需传播的有效数据信息经信道编码后与复合混沌序列进行扩频得到基带混沌扩频信号；

步骤2、基带混沌扩频信号经过调制、数模转换操作后，生成高频混沌扩频信号，通过无线链路输出；

步骤3、地面测控站通过无线链路接收高频混沌扩频信号，进行模数转换、解调和窄带滤波操作后，得到数字基带混沌扩频信号；

步骤4、将所述步骤3得到的数字基带混沌扩频信号进行解扩，得到基带信号。

步骤5、将所述步骤4得到的基带信号进行判决与信道译码，即可得到有效数据信息。

3.根据权利要求2所述的无人机测控链路抗干扰方法，其特征在于，所述步骤1将每一位有效数据分别与混沌序列进行模二加计算得到基带混沌扩频信号，

扩频公式为：

h＝PN(+)k

其中，h为输出的基带混沌扩频信号，PN是长度为L的复合混沌序列R，k为有效数据信息。

4.根据权利要求3所述的无人机测控链路抗干扰方法，其特征在于，所述步骤4将复合混沌序列的转置与数字基带混沌扩频信号进行模二加计算得到基带信号，解扩公式为：

a＝(PN)^H(+)g

其中，a为输出的基带信号，(PN)^H是复合混沌序列的转置，g为数字基带混沌扩频信号。

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