CN112260817A - 一种用于超宽频带通信系统的混沌信号干扰装置和方法 - Google Patents

一种用于超宽频带通信系统的混沌信号干扰装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于超宽频带通信系统的混沌信号干扰装置和方法，其中所述干扰装置包括混沌信号源单元、串并转换单元、加权控制单元、IFFT单元和并串转换单元，所述混沌信号源单元，用于产生混沌宽带信号，所述串并转换单元，用于将产生的混沌宽带信号转换为N路混沌信号，所述加权控制单元用于对N路混沌信号进行加权产生干扰信号频谱，所述IFFT单元，用于逆快速傅里叶变换，所述并串转换单元，用于实现N路混沌信号融合调制，实现混沌信号的干扰。本发明提出的干扰装置和方法，使得干扰后的混沌信号具有灵活的干扰频带和功率控制能力，且该方法通过同时控制多个独立子带，可在频谱上形成不连续的多个离散频带，从而实现对多个目标的同时干扰。

Description

一种用于超宽频带通信系统的混沌信号干扰装置和方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是指一种用于超宽频带通信系统的混沌信号干扰装置和方法。
背景技术
随着高技术的飞速发展，随着高技术的飞速发展，电子技术在军事和民用中的核心支撑作用越来越明显，特别是现代战争更加剧了电磁领域的对抗。战场态势瞬息万变，信息交流更加频繁，必须随时保障通信畅通，因此拥有强有力的抗干扰通信和通信干扰工具显得尤为重要。信息战场环境下，敌对双方的通信或干扰都是依赖对频域、时域、电平域以及空间域的占用或干扰破坏来达到目的的。这些域组成了通信的传输媒体和干扰的实施媒体。
隐蔽通信可分别从时域、频域、空域三个方面加以研究，当前在这三个方面都取得了一定成果。在信道容量一定的情况下，带宽、传输时间和信噪比可以相互转换。信息容量与带宽成线性关系，与功率成对数关系。如果要降低信号的功率，同时又要提高信息传输速率，减少被侦察的可能，在噪声不能减小的情况下，只有增加带宽。宽带扩频技术就是利用这一原理在频域展开隐蔽通信，也就是使用高速伪随机码对需要传送的信息码流进行扩频调制，使得用来传输的信号带宽远大于信息本身的带宽，而信号的功率电平却相应减小，可以达到传输过程中的信号功率电平小于噪声电平的程度，从而达到隐蔽通信的目的。
混沌信号具有良好的距离分辨率、电磁兼容性、抗干扰性能、较高的穿透能力和低截获特性，但目前还没有有效的干扰措施使得混沌信号具有灵活的干扰频带和功率控制能力。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种用于超宽频带通信系统的混沌信号干扰装置和方法，使得干扰后的混沌信号具有灵活的干扰频带和功率控制能力，且该方法通过同时控制多个独立子带，可在频谱上形成不连续的多个离散频带，从而实现对多个目标的同时干扰。
本发明采用如下技术方案：
一种用于超宽频带通信系统的混沌信号干扰装置，所述干扰装置包括混沌信号源单元、串并转换单元、加权控制单元、IFFT单元和并串转换单元，其特征在于，所述混沌信号源单元，用于产生混沌宽带信号，所述串并转换单元，用于将产生的混沌宽带信号转换为N路混沌信号，所述加权控制单元用于对N路混沌信号进行加权产生干扰信号频谱，所述IFFT单元，用于逆快速傅里叶变换，所述并串转换单元，用于实现N路混沌信号融合调制，实现混沌信号的干扰。
优选的，所述混沌信号源单元为改进的Colpitts振荡宽带混沌产生电路，所述改进的Colpitts振荡宽带混沌产生电路包括两级的Colpitts振荡宽带混沌产生电路和L、C组成的高通滤波器。
优选的，所述改进的Colpitts振荡宽带混沌产生电路采用Chebyshev映射混沌序列作为激励信号，k阶Chebyshev映射定义为：x(n+1)＝cos(kcos-1x(n))其中x(n)为(-1,1)。
优选的，Colpitts振荡宽带混沌产生电路包括器件电容C1、电容C2、电阻R和电感L，输出信号的上限频率fc，主要电路参数需满足如下条件：
Figure BDA0002699901760000021
Figure BDA0002699901760000031
Figure BDA0002699901760000032
Figure BDA0002699901760000033
其中，G为混沌产生电路开环增益，K为调节两个电容取值的放缩因子，Q是混沌产生电路空载时的品质因数；I是电路源的电流，Vt是在室温下电压26mV，Ce，Cc，Cre分别三极管发射极、集电极和反馈电路的寄生电容。
优选的，所述加权控制单元用于对N路混沌信号进行加权产生干扰信号频谱，具体包括：通过查找以N为存储深度的权值表来串行实现。
一种用于超宽频带通信系统的混沌信号干扰方法，包括如下步骤：
混沌信号源单元产生混沌宽带信号，发送至串并转换单元；
串并转换单元接收混沌信号源单元发送的混沌宽带信号，将混沌宽带信号转换为N路混沌信号，并将N路混沌信号发送至加权控制单元；
加权控制单元接收串并转换单元发送的N路混沌信号，对N路混沌信号进行加权产生干扰信号频谱，并将加权产生干扰信号频谱发送至IFFT单元；
IFFT单元接收加权控制单元发送的干扰信号频谱，进行逆快速傅里叶变换，并将逆快速傅里叶变换的信号发送至并串转换单元；
并串转换单元接收IFFT单元发送的逆快速傅里叶变换的信号，N路混沌信号融合调制，实现混沌信号的干扰。
优选的，所述混沌信号源单元为改进的Colpitts振荡宽带混沌产生电路，所述改进的Colpitts振荡宽带混沌产生电路包括两级的Colpitts振荡宽带混沌产生电路和L、C组成的高通滤波器。
优选的，所述改进的Colpitts振荡宽带混沌产生电路采用Chebyshev映射混沌序列作为激励信号，k阶Chebyshev映射定义为：x(n+1)＝cos(kcos-1x(n))其中x(n)为(-1,1)。
优选的，Colpitts振荡宽带混沌产生电路包括器件电容C1、电容C2、电阻R和电感L，输出信号的上限频率fc，主要电路参数需满足如下条件：
Figure BDA0002699901760000041
Figure BDA0002699901760000042
Figure BDA0002699901760000043
Figure BDA0002699901760000044
其中，G为混沌产生电路开环增益，K为调节两个电容取值的放缩因子，Q是混沌产生电路空载时的品质因数；I是电路源的电流，Vt是在室温下电压26mV，Ce，Cc，Cre分别三极管发射极、集电极和反馈电路的寄生电容。
优选的，所述加权控制单元用于对N路混沌信号进行加权产生干扰信号频谱，具体包括：通过查找以N为存储深度的权值表来串行实现。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提出的一种用于超宽频带通信系统的混沌信号干扰装置，其特征在于，所述干扰装置包括混沌信号源单元、串并转换单元、加权控制单元、IFFT单元和并串转换单元，其特征在于，所述混沌信号源单元，用于产生混沌宽带信号，所述串并转换单元，用于将产生的混沌宽带信号转换为N路混沌信号，所述加权控制单元用于对N路混沌信号进行加权产生干扰信号频谱，所述IFFT单元，用于逆快速傅里叶变换，所述并串转换单元，用于实现N路混沌信号融合调制，实现混沌信号的干扰；本发明提出的装置和方法能够使得干扰后的混沌信号具有可调节的干扰频带和功率选择控制能力，可用于对不少于两个目标进行自调节的干扰，且该方法通过同时控制多个独立子带，可在频谱上形成不连续的多个离散频带，从而实现对多个目标的同时干扰。
附图说明
图1是本发明超宽频带通信系统的混沌信号干扰装置框图；
图2是本发明超宽频带通信系统的混沌信号干扰方法流程图；
图3是本发明实施例结果图；(a)对应调制每个子载波的加权系数示意图，(b)为混沌干扰信号的时域波形示意图；(c)混沌干扰信号的功率谱示意图；(d)混沌干扰信号在时频二维平面上的能量分布示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
本公开中使用了流程图用来说明根据本公开的实施例的方法的步骤。应当理解的是，前面或后面的步骤不一定按照顺序来精确的进行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
图1为本发明超宽频带通信系统的混沌信号干扰装置框图，下面将结合附图和实例图，对本发明的实施方式进行详细描述，一种用于超宽频带通信系统的混沌信号干扰装置，所述干扰装置包括混沌信号源单元、串并转换单元、加权控制单元、IFFT单元和并串转换单元，其特征在于，所述混沌信号源单元，用于产生混沌宽带信号，所述串并转换单元，用于将产生的混沌宽带信号转换为N路混沌信号，所述加权控制单元用于对N路混沌信号进行加权产生干扰信号频谱，所述IFFT单元，用于逆快速傅里叶变换，所述并串转换单元，用于实现N路混沌信号融合调制，实现混沌信号的干扰。
所述混沌信号源单元为改进的Colpitts振荡宽带混沌产生电路，所述改进的Colpitts振荡宽带混沌产生电路包括两级的Colpitts振荡宽带混沌产生电路和L、C组成的高通滤波器。
所述改进的Colpitts振荡宽带混沌产生电路采用Chebyshev映射混沌序列作为激励信号，k阶Chebyshev映射定义为：x(n+1)＝cos(kcos-1x(n))其中x(n)为(-1,1)。
Colpitts振荡宽带混沌产生电路包括器件电容C1、电容C2、电阻R和电感L，输出信号的上限频率fc，主要电路参数需满足如下条件：
Figure BDA0002699901760000061
Figure BDA0002699901760000062
Figure BDA0002699901760000063
Figure BDA0002699901760000071
其中，G为混沌产生电路开环增益，K为调节两个电容取值的放缩因子，Q是混沌产生电路空载时的品质因数；I是电路源的电流，Vt是在室温下电压26mV，Ce，Cc，Cre分别三极管发射极、集电极和反馈电路的寄生电容。
所述加权控制单元用于对N路混沌信号进行加权产生干扰信号频谱，具体包括：通过查找以N为存储深度的权值表来串行实现。
如图2，本发明实施例的另一方面提供一种用于超宽频带通信系统的混沌信号干扰方法，具体包括如下步骤：
混沌信号源单元产生混沌宽带信号，发送至串并转换单元；
串并转换单元接收混沌信号源单元发送的混沌宽带信号，将混沌宽带信号转换为N路混沌信号，并将N路混沌信号发送至加权控制单元；
加权控制单元接收串并转换单元发送的N路混沌信号，对N路混沌信号进行加权产生干扰信号频谱，并将加权产生干扰信号频谱发送至IFFT单元；
IFFT单元接收加权控制单元发送的干扰信号频谱，进行逆快速傅里叶变换，并将逆快速傅里叶变换的信号发送至并串转换单元；
并串转换单元接收IFFT单元发送的逆快速傅里叶变换的信号，N路混沌信号融合调制，实现混沌信号的干扰。
所述混沌信号源单元为改进的Colpitts振荡宽带混沌产生电路，所述改进的Colpitts振荡宽带混沌产生电路包括两级的Colpitts振荡宽带混沌产生电路和L、C组成的高通滤波器。
所述改进的Colpitts振荡宽带混沌产生电路采用Chebyshev映射混沌序列作为激励信号，k阶Chebyshev映射定义为：x(n+1)＝cos(kcos-1x(n))其中x(n)为(-1,1)。
Colpitts振荡宽带混沌产生电路包括器件电容C1、电容C2、电阻R和电感L，输出信号的上限频率fc，主要电路参数需满足如下条件：
Figure BDA0002699901760000081
Figure BDA0002699901760000082
Figure BDA0002699901760000083
Figure BDA0002699901760000084
其中，G为混沌产生电路开环增益，K为调节两个电容取值的放缩因子，Q是混沌产生电路空载时的品质因数；I是电路源的电流，Vt是在室温下电压26mV，Ce，Cc，Cre分别三极管发射极、集电极和反馈电路的寄生电容。
所述加权控制单元用于对N路混沌信号进行加权产生干扰信号频谱，具体包括：通过查找以N为存储深度的权值表来串行实现。
以下给出具体的实施例。
如图3给出了混沌干扰信号对多个目标同时进行干扰时，在时域以及频域上的特性，混沌干扰信号的产生流程参照图2，混沌信号源单元产生混沌宽带信号，发送至串并转换单元；串并转换单元接收混沌信号源单元发送的混沌宽带信号，将混沌宽带信号转换为N路混沌信号，并将N路混沌信号发送至加权控制单元；加权控制单元接收串并转换单元发送的N路混沌信号，对N路混沌信号进行加权产生干扰信号频谱，并将加权产生干扰信号频谱发送至IFFT单元；IFFT单元接收加权控制单元发送的干扰信号频谱，进行逆快速傅里叶变换，并将逆快速傅里叶变换的信号发送至并串转换单元；并串转换单元接收IFFT单元发送的逆快速傅里叶变换的信号，N路混沌信号融合调制，实现混沌信号的干扰；混沌序列通过Chebyshev映射获得；图3(a)对应调制每个子载波的加权系数，仿真中采用的子载波数为N＝1024，每个子载波都有一个加权系数单独控制，可根据需要灵活变换加权系数值；图3(b)为混沌干扰信号的时域波形，显示出其良好的随时性，适合作为干扰信号，图3(c)为混沌干扰信号的功率谱，显示其功率谱分布在四段相对分离的频带上，其干扰频段相对于干扰调制载波分别为-300MHZ、-50MHZ、150MHZ和400MHZ、对应的干扰带宽分别为200MHZ、100MHZ、100MHZ和10MHZ，对应各频段的干扰功率和形状也不相同，分别有双峰凹陷型，单峰凸出型和平坦型，这反映了混沌干扰信号具有对不同带宽、不同功率谱特性的多个目标同时干扰能力；图3(d)为混沌干扰信号在时频二维平面上的能量分布特性，可以看出该信号在时域范围内具有良好的遮盖性能；观察图3(b)-(d)可以发现，混沌干扰信号的功率谱分布情况与IFFT前段的加权系数分布呈对应关系，因此可根据实际情况快速设计加权系数，从而灵活控制功率谱形状，实现自适应多目标干扰。
因此，本发明提出的宽带混沌干扰是一种基于多个谐波调制技术进行的混沌干扰，首先将整个混沌序列信号分为若干个子混沌序列信号，通过对每个子混沌序列信号进行加权独立控制，实现混沌干扰，且该干扰方法能够表现较好的频带管理能力和功率谱控制能力，此外，该方法通过同时控制多个独立子带，可在频谱上形成不连续的多个离散频带，从而实现对多个目标的同时干扰。
上面是对本发明的说明，而不应被认为是对其的限制。尽管描述了本发明的若干示例性实施例，但本领域技术人员将容易地理解，在不背离本发明的新颖教学和优点的前提下可以对示例性实施例进行许多修改。因此，所有这些修改都意图包含在权利要求书所限定的本发明范围内。应当理解，上面是对本发明的说明，而不应被认为是限于所公开的特定实施例，并且对所公开的实施例以及其他实施例的修改意图包含在所附权利要求书的范围内。本发明由权利要求书及其等效物限定。

Claims (10)

1.一种用于超宽频带通信系统的混沌信号干扰装置，其特征在于，所述干扰装置包括混沌信号源单元、串并转换单元、加权控制单元、IFFT单元和并串转换单元，其特征在于，所述混沌信号源单元，用于产生混沌宽带信号，所述串并转换单元，用于将产生的混沌宽带信号转换为N路混沌信号，所述加权控制单元用于对N路混沌信号进行加权产生干扰信号频谱，所述IFFT单元，用于逆快速傅里叶变换，所述并串转换单元，用于实现N路混沌信号融合调制，实现混沌信号的干扰。
2.根据权利要求1所述的用于超宽频带通信系统的混沌信号干扰装置，其特征在于，所述混沌信号源单元为改进的Colpitts振荡宽带混沌产生电路，所述改进的Colpitts振荡宽带混沌产生电路包括两级的Colpitts振荡宽带混沌产生电路和L、C组成的高通滤波器。
3.根据权利要求1所述的用于超宽频带通信系统的混沌信号干扰装置，其特征在于，所述改进的Colpitts振荡宽带混沌产生电路采用Chebyshev映射混沌序列作为激励信号，k阶Chebyshev映射定义为：x(n+1)＝cos(kcos-1x(n))其中x(n)为(-1,1)。
4.根据权利要求1所述的用于超宽频带通信系统的混沌信号干扰装置，其特征在于，Colpitts振荡宽带混沌产生电路包括器件电容C1、电容C2、电阻R和电感L，输出信号的上限频率fc，主要电路参数需满足如下条件：
Figure FDA0002699901750000011
Figure FDA0002699901750000012
Figure FDA0002699901750000013
Figure FDA0002699901750000021
其中，G为混沌产生电路开环增益，K为调节两个电容取值的放缩因子，Q是混沌产生电路空载时的品质因数；I是电路源的电流，Vt是在室温下电压26mV，Ce，Cc，Cre分别三极管发射极、集电极和反馈电路的寄生电容。
5.根据权利要求1所述的用于超宽频带通信系统的混沌信号干扰装置，其特征在于，所述加权控制单元用于对N路混沌信号进行加权产生干扰信号频谱，具体包括：通过查找以N为存储深度的权值表来串行实现。
6.一种用于超宽频带通信系统的混沌信号干扰方法，其特征在于，包括如下步骤：
混沌信号源单元产生混沌宽带信号，发送至串并转换单元；
串并转换单元接收混沌信号源单元发送的混沌宽带信号，将混沌宽带信号转换为N路混沌信号，并将N路混沌信号发送至加权控制单元；
加权控制单元接收串并转换单元发送的N路混沌信号，对N路混沌信号进行加权产生干扰信号频谱，并将加权产生干扰信号频谱发送至IFFT单元；
IFFT单元接收加权控制单元发送的干扰信号频谱，进行逆快速傅里叶变换，并将逆快速傅里叶变换的信号发送至并串转换单元；
并串转换单元接收IFFT单元发送的逆快速傅里叶变换的信号，N路混沌信号融合调制，实现混沌信号的干扰。
7.根据权利要求6所述的用于超宽频带通信系统的混沌信号干扰方法，其特征在于，所述混沌信号源单元为改进的Colpitts振荡宽带混沌产生电路，所述改进的Colpitts振荡宽带混沌产生电路包括两级的Colpitts振荡宽带混沌产生电路和L、C组成的高通滤波器。
8.根据权利要求6所述的用于超宽频带通信系统的混沌信号干扰方法，其特征在于，所述改进的Colpitts振荡宽带混沌产生电路采用Chebyshev映射混沌序列作为激励信号，k阶Chebyshev映射定义为：x(n+1)＝cos(kcos-1x(n))其中x(n)为(-1,1)。
9.根据权利要求1所述的用于超宽频带通信系统的混沌信号干扰方法，其特征在于，Colpitts振荡宽带混沌产生电路包括器件电容C1、电容C2、电阻R和电感L，输出信号的上限频率fc，主要电路参数需满足如下条件：
Figure FDA0002699901750000031
Figure FDA0002699901750000032
Figure FDA0002699901750000033
Figure FDA0002699901750000034
其中，G为混沌产生电路开环增益，K为调节两个电容取值的放缩因子，Q是混沌产生电路空载时的品质因数；I是电路源的电流，Vt是在室温下电压26mV，Ce，Cc，Cre分别三极管发射极、集电极和反馈电路的寄生电容。
10.根据权利要求1所述的用于超宽频带通信系统的混沌信号干扰装置，其特征在于，所述加权控制单元用于对N路混沌信号进行加权产生干扰信号频谱，具体包括：通过查找以N为存储深度的权值表来串行实现。
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Application publication date: 20210122