CN112968849B - 基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统、控制方法及介质 - Google Patents

基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统、控制方法及介质 Download PDF

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Abstract

本发明属于雷达和通信技术领域，公开了一种基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统、控制方法及介质，基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统包括：明文电信号模块、延时键控调制模块、第一非线性变换模块、同步信道、延时模块、第二非线性变换模块、明文恢复模块、第一反时间混沌模块、雷达发射机模块、雷达无线信道、雷达接收机模块、第二反时间混沌模块、数据处理与控制模块。本发明通过混沌延时键控进行发送方与接收方的信息传输，利用信号的延时特性，实现信息的异地同步，同时利用混沌键控的扩频特性，实现保密通信功能，可用于大规模雷达探测和大量信息传输的系统。

Description

基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统、控制方法及介质
技术领域
本发明属于雷达和通信技术领域，具体涉及混沌保密通信技术和双基地噪声雷达技术领域，尤其涉及一种基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统、控制方法及介质。
背景技术
目前，为了满足通信需求，5G发展成为新一代通信系统，通信和雷达可以共用频段，大大节省了频谱资源。在现有的硬件条件下，将通信和雷达集成在同一个平台，设计一种能够同时实现信息传输和雷达探测的系统，对减小系统体积、缓解频谱资源紧张、减小设备间的电磁干扰具有重要的研究意义。
在雷达通信一体化系统中采用收发分置的双基地雷达模式，接收机需要分别探测由目标反射回来的回波信号和通过直传信道传输的参考信号，常常面临十分严重的杂散波干扰，如多径干扰、直传干扰和噪声干扰等，这些干扰都会对系统性能带来极大的劣化。针对这一问题，本项目在雷达通信一体化系统中引入混沌键控与逆时混沌。混沌产生的信号具有类噪声的特性，且具有初值敏感性与参数敏感性，即在参数范围内改变参数值得到的信号完全不同，可用于保密通信。另外，不同混沌系统产生的信号也互不相干，避免了通信信号对雷达探测性能的影响。一体化系统将这些序列作为雷达信号，对信息进行扩频，可提高雷达的探测性能。同时，混沌键控基于扩频通信的原理实现接收端的信号同步，实现鲁棒的保密通信。
此外，面对严峻的网络安全态势，反窃取、保障信息安全最有效的手段之一就是“加密”。加密通常利用密码学技术实现，但传统加密方法计算能力低，资源占有率高，混沌系统具有如初值敏感性、参数敏感性、遍历性、类随机性、不可预测性、非周期性等独特的动力学特性，这使得混沌源能输出理想的载波信号，另外，混沌可以由简单的电路集成，且与密码学中的扩散、混淆相一致，可以作为实现物理层安全通信的有效手段。利用混沌进行保密通信从早期的电路混沌实现发展到近年来空前活跃的光学混沌实现，近20年来得到了长足的发展。
综上，混沌不仅可以产生噪声雷达信号，其产生的类随机混沌载波也可用于通信，为此成为研究热点。现有的基于混沌的雷达通信一体化系统，由于混沌系统解析可逆等要求，系统复杂性变高，局限性变大。而且大多系统只重视雷达信号的模糊性能，并未充分考虑混沌在安全通信方面的优势，使其实用性受限。本项目结合混沌键控及反时间混沌，提出一种安全鲁棒的混沌雷达通信一体系统，在实现安全通信的前提下，产生探测物体位置及运动速度的噪声雷达信号。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)现有雷达系统通常采用直接传输的方式发送参考信号，若存在多径干扰和无线通信中的噪声干扰，则雷达接收机不能准确恢复出参考信号，雷达探测的准确性受到威胁。
(2)在噪声雷达系统中，双基地雷达系统中发射机和接收机一般相隔较远距离，接收机无法直接获得发射信号。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统、控制方法及介质，旨在解决现有雷达系统通常采用直接传输的方式发送参考信号，若存在多径干扰和无线通信中的噪声干扰，则雷达接收机不能准确恢复出参考信号，雷达探测的准确性受到威胁的问题。
本发明是这样实现的，一种基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统，包括：
明文电信号模块、延时键控调制模块、第一非线性变换模块、同步信道、延时模块、第二非线性变换模块、明文恢复模块、第一反时间混沌模块、雷达发射机模块、雷达无线信道、雷达接收机模块、第二反时间混沌模块、数据处理与控制模块；
所述明文电信号模块，其输出端一路连接延时键控调制模块，用于控制延时键控开关的开启和闭合，输出方波电信号承载01比特信息，另一路连接第一反时间混沌模块，用于驱动反时间混沌；
所述延时键控调制模块，其输入端连接第一非线性变换模块和明文电信号模块的输出端，其输出端连接第一非线性变换模块的输入端，用1或0状态控制开关进而控制反馈回路的延时，对明文信息进行编码调制；
所述第一非线性变换模块，其输入端连接延时键控调制模块的输出端，其输出端连接延时键控调制模块和同步信道的输入端，用于对连续信号进行非线性变换处理，使输出后的信号x(t)具有混沌特性，并产生第一混沌信号作为通信信号；
所述同步信道，其输入端连接第一非线性变换模块的输出端，其输出端连接第二非线性变换模块和明文恢复模块的输入端，用于长距离传输混沌数字信号；
所述第二非线性变换模块，其输入端连接同步信道和延时模块的输出端，其输出端连接延时模块和明文恢复模块的输入端，用于对连续信号进行与第一非线性变换模块同步的非线性处理，实现与发送端的混沌同步，产生的第二混沌信号为进一步混沌解调奠定基础；
所述延时模块，其输入端连接第二非线性变换模块的输出端，其输出端连接第二非线性变换模块的输入端，用于对第二混沌信号进行延时处理；
所述明文恢复模块，其输入端连接同步信道和第二非线性变换模块的输出端，用于对同步信道输出的信号进行解调，恢复明文信号；
所述第一反时间混沌模块，其输入端连接明文电信号模块，其输出端连接雷达发射机模块，用于将明文电信号对应的二值序列进行反时间混沌调制，产生带有明文信息的第一反时间混沌信号，将其作为雷达发射信号输出到雷达发射机模块；
所述雷达发射机模块，其输入端连接第一反时间混沌模块，接收第一反时间混沌模块输出的第一反时间混沌信号，将其作为雷达发射信号，其输出端连接雷达无线信道，用于将发射信号通过发射天线发送到目标区域进行探测；
所述雷达无线信道，其输入端连接雷达发射机模块的输出端，其输出端连接雷达接收机模块的输入端，用于长距离探测目标物体与传输雷达信号，发射波束在目标处散射产生回波信号；
所述雷达接收机模块，其输入端连接雷达无线信道，其输出端连接数据处理与控制模块的输入端，所述回波信号被接收天线接收以进行雷达信号处理；
所述第二反时间混沌模块，其输入端连接明文恢复模块，其输出端连接数据处理与控制模块的输入端，用于将恢复后的同步解调信号对应的二值序列进行反时间混沌调制，产生带有解调信息的第二反时间混沌信号，将其作为雷达同步参考信号输出到数据处理与控制模块，为检测雷达探测性能做准备；
所述数据处理与控制模块，其输入端连接雷达接收机模块和第二反时间混沌模块的输出端，根据从第二反时间混沌模块接收到的参考信号，和从雷达接收机模块接收到的回波信号，利用模糊函数完成雷达信号处理和评估目标探测性能；
优选地，所述延时键控调制模块包括开关控制器、第一延时模块和第二延时模块；
所述开关控制器的输入端连接明文电信号模块和第一非线性变换模块的输出端，其输出端连接第一延时模块和第二延时模块，利用明文电信号模块输出的信息控制反馈回路的时延，从而将0或1状态编码进混沌信号中；
所述第一延时模块的输入端连接开关控制器的输出端，其输出端连接第一非线性变换模块的输入端，用于将混沌信号进行延时处理并反馈；
所述第二延时模块的输入端连接第一非线性变换模块的输出端，其输出端连接第一非线性变换模块的输入端，用于将混沌信号进行延时处理并反馈；
优选地，所述第一非线性变换模块包括第一模数转换模块、第一数字非线性变换模块、第一数模转换模块、第一模拟非线性变换模块、时钟控制模块；
所述第一模数转换模块的输入端连接延时键控调制模块和时钟控制模块的输出端，其输出端连接第一数字非线性变换模块，用于将延时键控调制模块输出的信号转换为数字信号；
所述第一数字非线性变换模块的输入端连接第一模数转换模块和时钟控制模块的输出端，其输出端连接第一数模转换模块和同步信道的输入端，用于对第一模数转换模块输出的数字信号进行非线性变换处理，使输出后的信号x(t)具有混沌特性，并产生第一数字混沌信号作为通信信号，将混沌信号分为两路，一路作为加密信号经过同步信道发送给接收端，另一路传输经过第一数模转换模块用于构成反馈回路；
所述第一数模转换模块的输入端连接第一数字非线性变换模块和时钟控制模块的输出端，其输出端连接第一模拟非线性变换模块的输入端，用于将第一数字非线性变换模块输出的第一数字混沌信号转换为第一模拟混沌信号；
所述第一模拟非线性变换模块的输入端连接第一数模转换模块和时钟控制模块的输出端，其输出端连接延时键控调制模块的输入端，用于对第一数模转换模块输出的第一模拟混沌信号进行模拟非线性变换处理，以提升信号的带宽和复杂度；
所述时钟控制模块的输出端连接第一数字非线性变换模块、第一数模转换模块和第一模数转换模块的输入端，用于提供第一时钟信号，使所控制的数字器件正常工作；
优选地，所述第二非线性变换模块包括时钟恢复与控制模块、第二数模转换模块、第二模拟非线性变换模块、第二模数转换模块、第二数字非线性变换模块；
所述时钟恢复与控制模块，其输入端连接同步信道的输出端，其输出端连接第二数模转换模块、第二模数转换模块和第二数字非线性变换模块的输入端，用于提取与时钟控制模块同步的第二时钟信号，并使所控制的数字器件正常工作；
所述第二数模转换模块，其输入端连接同步信道和时钟恢复与控制模块的输出端，其输出端连接第二模拟非线性变换模块的输入端，用于将同步信道输出的数字信号转换为第二模拟混沌信号；
所述第二模拟非线性变换模块，其输入端连接第二数模转换模块的输出端，其输出端连接延时模块的输入端，用于对第二数模转换模块输出的第二模拟混沌信号进行模拟非线性变换处理，以提升信号的带宽和复杂度，其变换方式与第一模拟非线性变换模块一致；
所述第二模数转换模块，其输入端连接时钟恢复与控制模块和延时模块的输出端，其输出端连接第二数字非线性变换的输入端，用于将第二模拟非线性变换模块输出的信号转换为第二数字混沌信号；
所述第二数字非线性变换模块，其输入端连接同步信道、时钟恢复与控制模块和第二模数转换模块的输出端，其输出端连接明文恢复模块的输入端，用于将同步信道输出的信号与第二模数转换模块输出的第二数字混沌信号进行与第一数字非线性变换模块同步的非线性处理，实现与发送端的混沌同步，为进一步混沌解调奠定基础；
优选地，所述明文恢复模块包括误差计算器、低通滤波器、阈值判决器和同步解调信号；
所述误差计算器的输入端连接同步信道和第二非线性变换模块的输出端，其输出端连接低通滤波器的输入端，用于将同步信道输出的信号和第二非线性变换模块输出的信号进行误差计算，得到误差信号；
所述低通滤波器的输入端连接误差计算器的输出端，其输出端连接阈值判决器输入端，用于将误差信号进行采样滤波，滤除无线传输过程中的噪声；
所述阈值判决器的输入端连接低通滤波器的输出端，其输出端连接同步解调信号，用于将滤波后的信号按照阈值进行门限判决，恢复出明文信号；
所述同步解调信号的输入端连接阈值判决器的输出端，其输出端连接第二反时间混沌模块，无误差情况下，同步解调信号与明文电信号一致；
本发明的另一目的在于提供一种应用所述的基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统的基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统的控制方法，所述基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统的控制方法包括以下步骤：
步骤一，明文电信号m(t)通过开关控制反馈回路的延时，从而对明文信息进行编码调制，发送带有该信息的混沌信号x(t)；
步骤二，混沌信号x(t)经过同步信道传输给接收端，经过固定的延时和与发送端相同的非线性变换后，产生混沌信号xr(t)，根据xr(t)与x(t)的同步状态恢复明文信息m1(t)；
步骤三，明文电信号m(t)通过驱动第一反时间混沌系统，产生第一反时间混沌信号u(t)，将其作为雷达发射信号，雷达发射机将u(t)通过雷达天线发送到目标区域。
步骤四，雷达接收机天线接收到探测信号经过目标反射后的信号，即回波信号。
步骤五，利用步骤二中解调出的二进制比特信息m1(t)驱动逆时混沌系统，产生第二逆时混沌信号u1(t)，并将第二逆时混沌信号u1(t)作为雷达参考信号；
步骤六，计算回波信号与参考信号的模糊函数，通过模糊函数评估混沌信号特性和雷达系统性能；
步骤七，重复步骤一至步骤六。
优选地，步骤一具体包括：
(1.1)明文电信号控制延时键控调制模块的开启和闭合；
(1.2)对延时信号进行模数转换与数字非线性变换处理，产生第一数字混沌信号作为发送端信号源，并临时存储在缓冲器中，将该混沌信号分为两路，一路输出到同步信道，一路反馈到数模转换模块，转化为第一模拟混沌信号；
(1.3)再对第一模拟混沌信号进行模拟非线性变换处理，输出混沌信号；
(1.4)将混沌信号进行延时键控调制，转至步骤(1.1)；
优选地，步骤二具体包括：
(2.1)将信道输出的数字信号转换为第二模拟混沌信号，并进行模拟非线性变换处理，输出混沌信号；
(2.2)将混沌信号进行延时处理，延时信号转换为第二数字混沌信号，并临时存储在缓冲器中；
(2.3)对第二数字混沌信号进行与步骤一同步的数字非线性变换处理，产生的信号与信道输出的信号进行误差计算，输出误差信号；
(2.4)将误差信号进行低通滤波和阈值判决之后，实现译码解调，得到最终的同步解调信息。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统的控制方法。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统，基于同步分发模块逆时混沌产生的雷达发射信号和雷达同步参考信号，以及被探测目标反射的回波信号，通过模糊函数等数据处理方式，得到目标的位置和速度等关键参数，实现雷达探测功能，同时利用混沌信号波形不相干性实现鲁棒；通过混沌延时键控进行发送方与接收方的信息传输，利用信号的延时特性，实现信息的异地同步，同时利用混沌键控的扩频特性，实现保密通信功能；基于所提出的一体化系统，设计了一种精确雷达探测与保密通信同时进行的方法，可用于大规模雷达探测和大量信息传输的系统；因此，本发明同时解决了一体化系统信号鲁棒性和安全性较差的问题。与现有技术相比，本发明还能够取得以下有益效果：
(1)相比于现有的利用电测波探测目标的雷达系统，本发明的系统采用基于混沌信号的噪声雷达，其一，混沌发射随机的连续波形，而且各个波形之间互不相干，多个波形可以工作在同一频段而不会产生相互干扰，提高了频谱资源的利用率；其二，混沌信号的优良特性使其在噪声雷达应用领域具有图钉型模糊函数的优势，雷达接收机可通过图钉型的模糊函数测量发射信号从发射天线发射的时间和接收天线接收到反射信号的时间差，进而计算目标的相对位置和速度特性，为获得更高的雷达探测性能提供技术支撑；最后，在硬件资源与空间资源紧缺的环境下，混沌可以通过简单的电路集成实现，提高了可操作性与实用性；
(2)相比于现有的双基地雷达系统直传过程中无法完美恢复发射信号，本发明的系统采用异地01同步的方法，结合逆时混沌系统，在数据处理与控制模块恢复出完美的参考信号波形，可抵抗直传过程中的多径干扰等问题，保证了参考信号与发射信号的同步状态一致，为获得更高的雷达探测性能提供了重要的条件；
(3)相比于现有的雷达通信一体化系统无法保障信息传输安全，本发明的系统采用混沌移位键控CSK的方法，基于混沌键控的扩频效应，构建三维非线性时滞耦合混沌系统，建立了鲁棒安全混沌键控通信体制，使雷达通信一体化系统在实现雷达探测功能的同时，也能进行保密通信，提高整个系统的安全性和可用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统原理示意图。
图2是本发明实施例提供的基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统装置结构图。
图3是本发明实施例提供的基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统的控制方法流程图。
图4是本发明实施例提供的发送端开启混沌键控装置，输出基于光电反馈混沌系统的混沌信号时域波形x(t)图。
图5是本发明实施例提供的根据解调信号对应的眼图。
图6是本发明实施例提供的在信噪比SNR＝10dB条件下，不同信息速率下的误码率性能仿真示意图。
图7(a)是本发明实施例提供的显示的是雷达探测信号与直传信号的模糊函数曲线。
图7(b)是本发明实施例提供的显示的是经过固定目标的回波信号与参考信号的模糊函数曲线。
图7(c)是本发明实施例提供的显示的是经过移动目标的回波信号与参考信号的模糊函数曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统、控制方法及介质，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统包括：
明文电信号模块1、延时键控调制模块2、第一非线性变换模块3、同步信道4、延时模块5、第二非线性变换模块6、明文恢复模块7、第一反时间混沌模块8、雷达发射机模块9、雷达无线信道10、雷达接收机模块11、第二反时间混沌模块12、数据处理与控制模块13；
所述明文电信号模块1，其输出端一路连接延时键控调制模块2，用于控制延时键控开关的开启和闭合，输出方波电信号承载01比特信息，另一路连接第一反时间混沌模块8，用于驱动反时间混沌；
所述延时键控调制模块2，其输入端连接第一非线性变换模块3和明文电信号模块1的输出端，其输出端连接第一非线性变换模块3的输入端，用1或0状态控制开关进而控制反馈回路的延时，对明文信息进行编码调制；
所述第一非线性变换模块3，其输入端连接延时键控调制模块2的输出端，其输出端连接延时键控调制模块2和同步信道4的输入端，用于对连续信号进行非线性变换处理，使输出后的信号x(t)具有混沌特性，并产生第一混沌信号作为通信信号；
所述同步信道4，其输入端连接第一非线性变换模块3的输出端，其输出端连接第二非线性变换模块5和明文恢复模块7的输入端，用于长距离传输混沌数字信号；
优选地，所述同步信道4不限于采用传统同轴电缆通信、光通信、无线通信进行长距离传输数字电信号；
所述第二非线性变换模块5，其输入端连接同步信道4和延时模块6的输出端，其输出端连接延时模块6和明文恢复模块7的输入端，用于对连续信号进行与第一非线性变换模块3同步的非线性处理，实现与发送端的混沌同步，产生的第二混沌信号为进一步混沌解调奠定基础；
所述延时模块6，其输入端连接第二非线性变换模块5的输出端，其输出端连接第二非线性变换模块5的输入端，用于对第二混沌信号进行延时处理；
所述明文恢复模块7，其输入端连接同步信道4和第二非线性变换模块5的输出端，用于对同步信道4输出的信号进行解调，恢复明文信号；
优选地，对接收信号进行误差分析、低通滤波和阈值判决，解调出明文信号；
所述第一反时间混沌模块8，其输入端连接明文电信号模块1，其输出端连接雷达发射机模块9，用于将明文电信号对应的二值序列进行反时间混沌调制，产生带有明文信息的第一反时间混沌信号，将其作为雷达发射信号输出到雷达发射机模块9；
所述雷达发射机模块9，其输入端连接第一反时间混沌模块8，接收第一反时间混沌模块8输出的第一反时间混沌信号，将其作为雷达发射信号，其输出端连接雷达无线信道10，用于将发射信号通过发射天线发送到目标区域进行探测；
所述雷达无线信道10，其输入端连接雷达发射机模块9的输出端，其输出端连接雷达接收机模块11的输入端，用于长距离探测目标物体与传输雷达信号，发射波束在目标处散射产生回波信号；
所述雷达接收机模块11，其输入端连接雷达无线信道10，其输出端连接数据处理与控制模块13的输入端，所述回波信号被接收天线接收以进行雷达信号处理；
所述第二反时间混沌模块12，其输入端连接明文恢复模块7，其输出端连接数据处理与控制模块13的输入端，用于将恢复后的同步解调信号对应的二值序列进行反时间混沌调制，产生带有解调信息的第二反时间混沌信号，将其作为雷达同步参考信号输出到数据处理与控制模块13，为检测雷达探测性能做准备；
所述数据处理与控制模块13，其输入端连接雷达接收机模块11和第二反时间混沌模块12的输出端，根据从第二反时间混沌模块12接收到的参考信号，和从雷达接收机模块11接收到的回波信号，利用模糊函数完成雷达信号处理和评估目标探测性能；
另一方面，本发明提供一种基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤一，明文电信号m(t)通过开关控制反馈回路的延时，从而对明文信息进行编码调制，发送带有该信息的混沌信号x(t)；
步骤二，混沌信号x(t)经过同步信道传输给接收端，经过固定的延时和与发送端相同的非线性变换后，产生混沌信号xr(t)，根据xr(t)与x(t)的同步状态恢复明文信息m1(t)；
步骤三，明文电信号m(t)通过驱动第一反时间混沌系统，产生第一反时间混沌信号u(t)，将其作为雷达发射信号，雷达发射机将u(t)通过雷达天线发送到目标区域。
步骤四，雷达接收机天线接收到探测信号经过目标反射后的信号，即回波信号。
步骤五，利用步骤二中解调出的二进制比特信息m1(t)驱动逆时混沌系统，产生第二逆时混沌信号u1(t)，并将第二逆时混沌信号u1(t)作为雷达参考信号；
步骤六，计算回波信号与参考信号的模糊函数，通过模糊函数评估混沌信号特性和雷达系统性能；
步骤七，重复步骤一至步骤六。
优选地，步骤一具体包括：
(1.1)明文电信号控制延时键控调制模块的开启和闭合；
(1.2)对延时信号进行模数转换与数字非线性变换处理，产生第一数字混沌信号作为发送端信号源，并临时存储在缓冲器中，将该混沌信号分为两路，一路输出到同步信道，一路反馈到数模转换模块，转化为第一模拟混沌信号；
(1.3)再对第一模拟混沌信号进行模拟非线性变换处理，输出混沌信号；
(1.4)将混沌信号进行延时键控调制，转至步骤(1.1)；
优选地，步骤二具体包括：
(2.1)将信道输出的数字信号转换为第二模拟混沌信号，并进行模拟非线性变换处理，输出混沌信号；
(2.2)将混沌信号进行延时处理，延时信号转换为第二数字混沌信号，并临时存储在缓冲器中；
(2.3)对第二数字混沌信号进行与步骤一同步的数字非线性变换处理，产生的信号与信道输出的信号进行误差计算，输出误差信号；
(2.4)将误差信号进行低通滤波和阈值判决之后，实现译码解调，得到最终的同步解调信息。
为进一步说明本发明系统，结合下面具体实施例进行详细介绍：
如图2所示，本实施例中，基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统中的明文电信号模块1的输出端连接一路连接延时键控调制模块2，用于控制延时键控开关的开启和闭合，输出方波电信号承载01比特信息，另一路连接第一反时间混沌模块8，用于驱动反时间混沌；
所述基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统中的延时键控调制模块2的输入端连接第一非线性变换模块3和明文电信号模块1的输出端，其输出端连接第一非线性变换模块3的输入端，用1或0状态控制开关进而控制反馈回路的延时，对明文信息进行编码调制；
所述延时键控调制模块2包括开关控制器21、第一延时模块22和第二延时模块23；
所述开关控制器21的输入端连接明文电信号模块1和第一非线性变换模块3的输出端，其输出端连接第一延时模块22和第二延时模块23，利用明文电信号模块1输出的信息控制反馈回路的时延，从而将0或1状态编码进混沌信号中；
所述第一延时模块22的输入端连接开关控制器21的输出端，其输出端连接第一非线性变换模块3的输入端，用于将混沌信号进行延时处理并反馈；
所述第二延时模块23的输入端连接第一非线性变换模块3的输出端，其输出端连接第一非线性变换模块3的输入端，用于将混沌信号进行延时处理并反馈；
所述基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统中的第一非线性变换模块3的输入端连接延时键控调制模块2的输出端，其输出端连接延时键控调制模块2和同步信道4的输入端，用于对连续信号进行非线性变换处理，使输出后的信号x(t)具有混沌特性，并产生第一混沌信号作为通信信号；
所述第一非线性变换模块3包括第一模数转换模块31、第一数字非线性变换模块32、第一数模转换模块33、第一模拟非线性变换模块34、时钟控制模块35；
所述第一模数转换模块31的输入端连接延时键控调制模块2和时钟控制模块35的输出端，其输出端连接第一数字非线性变换模块32，用于将延时键控调制模块2输出的信号转换为数字信号；
优选地，对模拟电信号进行采样、量化，从而转换为数字电信号，并临时存储在缓冲器中，作为第一数字非线性变换模块32的输入信号；
所述第一数字非线性变换模块32的输入端连接第一模数转换模块31和时钟控制模块35的输出端，其输出端连接第一数模转换模块33和同步信道4的输入端，用于对第一模数转换模块31输出的数字信号进行非线性变换处理，使输出后的信号x(t)具有混沌特性，并产生第一数字混沌信号作为通信信号，将混沌信号分为两路，一路作为加密信号经过同步信道4发送给接收端，另一路传输经过第一数模转换模块33用于构成反馈回路；
优选地，所述第一数字非线性变换模块31不限于采用Lorenz等混沌源系统产生混沌信号；
所述第一数模转换模块33的输入端连接第一数字非线性变换模块32和时钟控制模块35的输出端，其输出端连接第一模拟非线性变换模块34的输入端，用于将第一数字非线性变换模块32输出的第一数字混沌信号转换为第一模拟混沌信号；
所述第一模拟非线性变换模块34的输入端连接第一数模转换模块33和时钟控制模块35的输出端，其输出端连接延时键控调制模块2的输入端，用于对第一数模转换模块33输出的第一模拟混沌信号进行模拟非线性变换处理，以提升信号的带宽和复杂度；
优选地，将第一模拟混沌信号利用射频放大器进行放大，使其幅度大于强度调制器的半波电压，并利用强度调制器余弦形式的传递函数实现模拟非线性变换，得到连续模拟光信号；
所述时钟控制模块35的输出端连接第一数字非线性变换模块32、第一数模转换模块33和第一模数转换模块34的输入端，用于提供第一时钟信号，使所控制的数字器件正常工作；
所述基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统中的同步信道4的输入端连接第一非线性变换模块3的输出端，其输出端连接第二非线性变换模块5和明文恢复模块7的输入端，用于长距离传输混沌数字信号；
所述同步信道4包括数字发射机41、数字信道42和数字接收机43；
所述数字发射机41的输出端连接数字信道42的输入端，用于将数字电信号调制到高频载波上；
所述数字信道42的输出端连接数字接收机43的输入端，用于传输高频载波；
所述数字接收机43的输出端连接时钟恢复器51、第二数模转换模块52、第二数字非线性变换模块55和误差计算器71的输入端，用于从高频载波解调得到数字电信号；
所述基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统中的第二非线性变换模块5的输入端连接同步信道4和延时模块6的输出端，其输出端连接延时模块6和明文恢复模块7的输入端，用于对连续信号进行与第一非线性变换模块3同步的非线性处理，实现与发送端的混沌同步，产生的第二混沌信号为进一步混沌解调奠定基础；
所述第二非线性变换模块5包括时钟恢复与控制模块51、第二数模转换模块52、第二模拟非线性变换模块53、第二模数转换模块54、第二数字非线性变换模块55；
所述时钟恢复与控制模块51，其输入端连接同步信道4的输出端，其输出端连接第二数模转换模块52、第二模数转换模块54和第二数字非线性变换模块55的输入端，用于提取与时钟控制模块35同步的第二时钟信号，并使所控制的数字器件正常工作；
所述第二数模转换模块52，其输入端连接同步信道4和时钟恢复与控制模块51的输出端，其输出端连接第二模拟非线性变换模块53的输入端，用于将同步信道4输出的数字信号转换为第二模拟混沌信号；
所述第二模拟非线性变换模块53，其输入端连接第二数模转换模块52的输出端，其输出端连接延时模块6的输入端，用于对第二数模转换模块52输出的第二模拟混沌信号进行模拟非线性变换处理，以提升信号的带宽和复杂度，其变换方式与第一模拟非线性变换模块34一致；
优选地，将第二模拟混沌信号利用射频放大器进行放大，使其幅度大于强度调制器的半波电压，并利用强度调制器余弦形式的传递函数实现模拟非线性变换，得到连续模拟光信号；
所述第二模数转换模块54，其输入端连接时钟恢复与控制模块51和延时模块6的输出端，其输出端连接第二数字非线性变换55的输入端，用于将第二模拟非线性变换模块53输出的信号转换为第二数字混沌信号；
优选地，对模拟电信号进行采样、量化，从而转换为数字电信号，并临时存储在缓冲器中，作为第二数字非线性变换模块55的输入信号；
所述第二数字非线性变换模块55，其输入端连接同步信道4、时钟恢复与控制模块51和第二模数转换模块54的输出端，其输出端连接明文恢复模块7的输入端，用于将同步信道4输出的信号与第二模数转换模块54输出的第二数字混沌信号进行与第一数字非线性变换模块32同步的非线性处理，实现与发送端的混沌同步，为进一步混沌解调奠定基础；
优选地，所述第二数字非线性变换模块55不限于采用Lorenz等混沌源系统产生混沌信号；
所述基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统中的延时模块6的输入端连接第二非线性变换模块5的输出端，其输出端连接第二非线性变换模块5的输入端，用于对混沌信号进行延时处理；
所述延时模块6包括第三延时模块61对第二模拟非线性变换模块53输出的信号进行延时处理，并传输给第二模数转换模块54；
所述基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统中的明文恢复模块7的输入端连接同步信道4和第二非线性变换模块5的输出端，用于对同步信道4输出的信号进行解调，恢复明文信号；
所述明文恢复模块7包括误差计算器71、低通滤波器72、阈值判决器73和同步解调信号74；
所述误差计算器71的输入端连接同步信道4和第二非线性变换模块5的输出端，其输出端连接低通滤波器72的输入端，用于将同步信道4输出的信号和第二非线性变换模块5输出的信号进行误差计算，得到误差信号；
所述低通滤波器72的输入端连接误差计算器71的输出端，其输出端连接阈值判决器73输入端，用于将误差信号进行采样滤波，滤除无线传输过程中的噪声；
所述阈值判决器73的输入端连接低通滤波器72的输出端，其输出端连接同步解调信号74，用于将滤波后的信号按照阈值进行门限判决，恢复出明文信号；
所述同步解调信号74的输入端连接阈值判决器73的输出端，其输出端连接第二反时间混沌模块12，无误差情况下，同步解调信号与明文电信号一致；
所述基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统中的第一反时间混沌模块8的输入端连接明文电信号模块1，其输出端连接雷达发射机模块9，用于将明文电信号对应的二值序列进行反时间混沌调制，产生带有明文信息的第一反时间混沌信号，将其作为雷达发射信号输出到雷达发射机模块9；
所述第一反时间混沌模块8包括第一反时间混沌81进行反时间混沌调制；
所述基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统中的雷达发射机模块9的输入端连接第一反时间混沌模块8，接收第一反时间混沌模块8输出的第一反时间混沌信号，将其作为雷达发射信号，其输出端连接雷达无线信道10，用于将发射信号通过发射天线发送到目标区域进行探测；
所述雷达发射机模块9包括雷达发射机91通过发射天线发射雷达波束；
所述基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统中的雷达无线信道10的输入端连接雷达发射机模块9的输出端，其输出端连接雷达接收机模块11的输入端，用于长距离探测目标物体与传输雷达信号，发射波束在目标处散射产生回波信号；
所述雷达无线信道10包括无线信道101长距离传输雷达信号；
所述基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统中的雷达接收机模块11的输入端连接雷达无线信道10，其输出端连接数据处理与控制模块13的输入端，所述回波信号被接收天线接收以进行雷达信号处理；
所述雷达接收机模块11包括雷达接收机111通过接收天线接收雷达回波信号；
所述基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统中的第二反时间混沌模块12的输入端连接明文恢复模块7，其输出端连接数据处理与控制模块13的输入端，用于将恢复后的同步解调信号对应的二值序列进行反时间混沌调制，产生带有解调信息的第二反时间混沌信号，将其作为雷达同步参考信号输出到数据处理与控制模块13，为检测雷达探测性能做准备；
所述第二反时间混沌模块12包括第二反时间混沌121,进行反时间混沌调制；
所述基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统中的数据处理与控制模块13的输入端连接雷达接收机模块11和第二反时间混沌模块12的输出端，根据从第二反时间混沌模块12接收到的参考信号，和从雷达接收机模块11接收到的回波信号，利用模糊函数完成雷达信号处理和评估目标探测性能；
下面结合实验数据与仿真结果对本发明的积极效果作进一步描述。
使用MATLAB R2018b仿真环境对方案有效性进行了验证，延时微分方程的求解使用四阶龙格库塔算法。设置延时键控模块参数为：a＝10，b＝8/3，c＝20，p＝-50，G＝0.5，
Figure BDA0002929656950000201
延时参数设置为：τ1＝10ns，τ2＝20ns。仿真采样率设置为：10-GS/s，信息传输速率为10Mbit/s。设置时钟恢复与控制模块参数为：τ′＝10ns。考虑潜在的信号干扰情况，同步信道内直传信号的SNR设置为10dB。
首先发送端开启混沌键控装置，输出基于光电反馈混沌系统的混沌信号时域波形x(t)如图4所示，可见信号在时域呈现混杂无规律非周期变化。在接收端，通过构造与发送方参数相同的混沌系统，产生的混沌信号xr(t)，通过误差计算器与接收信号s(t)做误差分析得到误差信号e(t)＝xr(t)-s(t)。在利用低通滤波器对误差信号e(t)进行采样滤波时，基于对信号的采样频率Ft＝50000/kHz，设置阻带开始频率Fs＝3000/kHz、通带截止频率Fp＝8000/kHz，结合阻带最小衰减Rs＝1/dB和通带最大衰减Rp＝30/dB。滤波后进行阈值判决完成解调，得到误码率为0，根据解调信号对用的眼图如图5所示，可见眼图清晰，通信质量较高。当SNR固定时，误码率随着信息传输速率的降低而降低，当SNR＝10dB时，信息传输速率低于67Mbit/s可以实现无误码解密，如图6所示。
对于雷达信号的产生，设置反时间混沌模块的系统参数为：β＝log 2，ω＝2π。数据处理与控制模块根据从第二反时间混沌模块接收到的参考信号，和从雷达接收机模块接收到的回波信号，利用模糊函数进行信号处理。考虑到潜在的信号干扰情况，雷达接收天线接收到的信号中除了目标散射的回波信号，还包含一项多径干扰信号的SNR设置为-10dB，以及一项直传参考信号的SNR设置为40dB。
图7(a)显示的是雷达探测信号与直传信号的模糊函数曲线，可以看出曲线没有明显尖峰，说明两信号间互不干扰，因此可以用于雷达系统抗干扰。假定目标区域存在1个固定目标和1个移动目标，图7(b)显示的是经过固定目标的回波信号与参考信号的模糊函数曲线，可以看出波形一个有明显尖峰，对应的正是固定目标，图7(c)显示的是经过移动目标的回波信号与参考信号的模糊函数曲线，尖峰对应的是移动目标。两个探测目标相对于直传路径的相对距离分别为4.5千米和20.5千米，SNR分别为21dB和16dB，移动目标的径向速率为-1.5km/s。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统，其特征在于，所述基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统包括明文电信号模块（1）、延时键控调制模块（2）、第一非线性变换模块（3）、同步信道（4）、第二非线性变换模块（5） 、延时模块（6）、明文恢复模块（7）；
所述明文电信号模块（1），其输出端连接延时键控调制模块（2），用于控制延时键控开关的开启和闭合，输出方波电信号承载01比特信息；
所述延时键控调制模块（2），其输入端连接第一非线性变换模块（3）和明文电信号模块（1）的输出端，其输出端连接第一非线性变换模块（3）的输入端，用1或0状态控制开关进而控制反馈回路的延时，对明文信息进行编码调制；
所述第一非线性变换模块（3），其输入端连接延时键控调制模块（2）的输出端，其输出端连接延时键控调制模块（2）和同步信道（4）的输入端，用于对连续信号进行非线性变换处理，使输出后的信号x(t)具有混沌特性，并产生第一混沌信号作为通信信号；
所述同步信道（4），其输入端连接第一非线性变换模块（3）的输出端，其输出端连接第二非线性变换模块（5）和明文恢复模块（7）的输入端，用于长距离传输混沌数字信号；
所述第二非线性变换模块（5），其输入端连接同步信道（4）和延时模块（6）的输出端，其输出端连接延时模块（6）和明文恢复模块（7）的输入端，用于对连续信号进行与第一非线性变换模块（3）同步的非线性处理，实现与发送端的混沌同步，产生的第二混沌信号为进一步混沌解调奠定基础；
所述延时模块（6），其输入端连接第二非线性变换模块（5）的输出端，其输出端连接第二非线性变换模块（5）的输入端，用于对第二混沌信号进行延时处理；
所述明文恢复模块（7），其输入端连接同步信道（4）和第二非线性变换模块（5）的输出端，用于对同步信道（4）输出的信号进行解调，恢复明文信号。
2.如权利要求1所述的基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统，其特征在于，还包括第一反时间混沌模块（8）、雷达发射机模块（9）、雷达无线信道（10）、雷达接收机模块（11）、第二反时间混沌模块（12）和数据处理与控制模块（13）。
3.权利要求2所述的基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统，其特征在于，所述第一反时间混沌模块（8），其输入端连接明文电信号模块（1），其输出端连接雷达发射机模块（9），用于将明文电信号对应的二值序列进行反时间混沌调制，产生带有明文信息的第一反时间混沌信号，将其作为雷达发射信号输出到雷达发射机模块。
4.权利要求2所述的基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统，其特征在于，所述雷达发射机模块（9），其输入端连接第一反时间混沌模块（8），接收第一反时间混沌模块（8）输出的第一反时间混沌信号，将其作为雷达发射信号，其输出端连接雷达无线信道（10），用于将发射信号通过发射天线发送到目标区域进行探测；
所述雷达无线信道（10），其输入端连接雷达发射机模块（9）的输出端，其输出端连接雷达接收机模块（11）的输入端，用于长距离探测目标物体与传输雷达信号，发射波束在目标处散射产生回波信号；
所述雷达接收机模块（11），其输入端连接雷达无线信道（10），其输出端连接数据处理与控制模块（13）的输入端，所述回波信号被接收天线接收以进行雷达信号处理。
5.权利要求2所述的基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统，其特征在于，所述第二反时间混沌模块（12），其输入端连接明文恢复模块（7），其输出端连接数据处理与控制模块（13）的输入端，用于将恢复后的同步解调信号对应的二值序列进行反时间混沌调制，产生带有解调信息的第二反时间混沌信号，将其作为雷达同步参考信号输出到数据处理与控制模块（13），为检测雷达探测性能做准备。
6.权利要求1所述的基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统，其特征在于，所述数据处理与控制模块（13），其输入端连接雷达接收机模块（11）和第二反时间混沌模块（12）的输出端，根据从第二反时间混沌模块（12）接收到的参考信号，和从雷达接收机模块（11）接收到的回波信号，利用模糊函数完成雷达信号处理和评估目标探测性能。
7.一种基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统的控制方法，其特征在于，所述基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统的控制方法包括：
步骤一，明文电信号m(t)通过开关控制反馈回路的延时，从而对明文信息进行编码调制，发送带有该信息的混沌信号x(t)；
步骤二，混沌信号x(t)经过同步信道传输给接收端，经过固定的延时和与发送端相同的非线性变换后，产生混沌信号xr(t)，根据xr(t)与x(t)的同步状态恢复明文信息m1(t)；
步骤三，明文电信号m(t)通过驱动第一反时间混沌系统，产生第一反时间混沌信号u(t)，将其作为雷达发射信号，雷达发射机将u(t)通过雷达天线发送到目标区域；
步骤四，雷达接收机天线接收到探测信号经过目标反射后的信号，即回波信号；
步骤五，利用步骤二中解调出的二进制比特信息m1(t)驱动逆时混沌系统，产生第二逆时混沌信号u1(t)，并将第二逆时混沌信号u1(t)作为雷达参考信号；
步骤六，计算回波信号与参考信号的模糊函数，通过模糊函数评估混沌信号特性和雷达系统性能；
步骤七，重复步骤一至步骤六。
8.如权利要求7所述的基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统的控制方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：
（1.1）明文电信号控制延时键控调制模块的开启和闭合；
（1.2）对延时信号进行模数转换与数字非线性变换处理，产生第一数字混沌信号作为发送端信号源，并临时存储在缓冲器中，将该混沌信号分为两路，一路输出到同步信道，一路反馈到数模转换模块，转化为第一模拟混沌信号；
（1.3）再对第一模拟混沌信号进行模拟非线性变换处理，输出混沌信号；
（1.4）将混沌信号进行延时键控调制，转至步骤（1.1）。
9.如权利要求7所述的基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统的控制方法，其特征在于，所述步骤具体包括：
（2.1）将信道输出的数字信号转换为第二模拟混沌信号，并进行模拟非线性变换处理，输出混沌信号；
（2.2）将混沌信号进行延时处理，延时信号转换为第二数字混沌信号，并临时存储在缓冲器中；
（2.3）对第二数字混沌信号进行与步骤一同步的数字非线性变换处理，产生的信号与信道输出的信号进行误差计算，输出误差信号；
（2.4）将误差信号进行低通滤波和阈值判决之后，实现译码解调，得到最终的同步解调信息。
10.一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求7~9任意一项所述的基于混沌的安全鲁棒雷达通信一体化系统的控制方法。
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