CN113030876A - 一种混沌调相雷达信号的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混沌调相雷达信号的设计方法，包括，基于Logistic映射设置初始混沌序列，并对所述初始混沌序列进行二值量化，获得混沌相位编码波形复包络；对所述混沌相位编码波形复包络进行离散化处理，获得复合离散混沌信号；将所述复合离散混沌信号作为雷达信号的相位，进而获得混沌调相信号；本发明通过结合Logistic映射优化了混沌序列，使每个子脉冲具有不同的相位状态，比单一调制的信号具有更高的不可预测概率和低截获概率，其相关性得到了极大提升；同时，相比于传统的信号，抗干扰能力更强，具有很高的测距和测速精度。

Description

一种混沌调相雷达信号的设计方法

技术领域

本发明涉及雷达信号的技术领域，尤其涉及一种混沌调相雷达信号的设计方法。

背景技术

随着现代电子技术的发展，雷达所面临的电磁环境越来越复杂，围绕电磁领域的争夺日趋激烈，如何使得雷达在获得良好探测性能的同时具有优异的抗干扰性能和低截获概率性能是现代雷达设计需要着重考虑的问题之一，噪声雷达采用随机噪声信号作为雷达发射信号，理论上具有信号隐身的功能，但真正的噪声信号产生和处理困难，且不易实施控制，在实际工程应用中受到一定的限制。

现有技术中常采用单一调制的混沌信号作为雷达信号，混沌信号由确定性系统产生，具有非周期性和伪随机性，这使得混沌雷达信号具有尖锐的自相关函数和宽谱特，混沌信号具有图钉状的模糊函数，因此在雷达应用中不会产生严重的距离模糊和速度模糊，是一种比较理想的成像雷达信号，但单一调制的混沌信号的波形简单、造成漏警概率变高，抗干扰性能也较差，且雷达成像的分辨率较低。

发明内容

在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明提供了一种混沌调相雷达信号的设计方法，能够解决现有的雷达信号稳定性差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，基于Logistic映射设置初始混沌序列，并对所述初始混沌序列进行二值量化，获得混沌相位编码波形复包络；

对所述混沌相位编码波形复包络进行离散化处理，获得复合离散混沌信号；

将所述复合离散混沌信号作为雷达信号的相位，进而获得混沌调相信号；

其中，设置所述初始混沌序列包括，

所述初始混沌序列的均值E为：

其中，

为所述初始混沌序列，i为初始混沌信号的编号，N为混沌序列长；

所述二值量化包括，

根据下式对所述初始混沌序列进行所述二值量化：

其中，混沌二相码信号的相位项为0和

；

所述混沌相位编码波形复包络包括，

其中，V（t）为子脉冲函数，

是调制宽度，M为编码数，

为子脉冲时宽，T为编码信号的持续时间，l为载频，A为归一化系数；

所述子脉冲函数包括，

。

作为本发明所述的混沌调相雷达信号的设计方法的一种优选方案，其中：还包括，

其中，x（n+1）为第n+1个初始混沌信号。

作为本发明所述的混沌调相雷达信号的设计方法的一种优选方案，其中：所述离散化处理包括，基于奈奎斯特采样率对所述混沌相位编码波形复包络u（t）做所述离散化处理：

其中，

为离散化处理结果，

为相位序列。

作为本发明所述的混沌调相雷达信号的设计方法的一种优选方案，其中：所述混沌调相信号包括，将混沌序列与相位编码雷达信号相结合：

其中u为所述混沌调相信号。

本发明的有益效果：本发明通过结合Logistic映射优化了混沌序列，使每个子脉冲具有不同的相位状态，比单一调制的信号具有更高的不可预测概率和低截获概率，其相关性得到了极大提升；同时，相比于传统的信号，抗干扰能力更强，具有很高的测距和测速精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明第一个实施例所述的一种混沌调相雷达信号的设计方法的流程示意图；

图2为本发明第二个实施例所述的一种混沌调相雷达信号的设计方法的单一调制的雷达信号模糊函数仿真结果示意图；

图3为本发明第二个实施例所述的一种混沌调相雷达信号的设计方法的雷达信号模糊函数仿真结果示意图；

图4为本发明第二个实施例所述的一种混沌调相雷达信号的设计方法的单一调制的雷达信号抗噪声性能仿真结果示意图；

图5为本发明第二个实施例所述的一种混沌调相雷达信号的设计方法的雷达信号抗噪声性能仿真结果示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种混沌调相雷达信号的设计方法，包括：

S1：基于Logistic映射设置初始混沌序列，并对初始混沌序列进行二值量化，获得混沌相位编码波形复包络。

其中需要说明的是，Logistic映射是目前应用最广泛的一类非线性动力学离散混沌映射系统，Logistic映射的迭代方程如下：

。

（1）设置初始混沌序列：

基于Logistic映射获得初始混沌序列对应的迭代方程：

其中，

为设置的初始混沌序列，初始混沌序列的取值范围为0~1；x（n+1）为第n+1个初始混沌信号；该迭代方程的概率分布关于0对称分布。

进一步的，获得初始混沌序列的均值E：

其中，i为初始混沌信号的编号，N为混沌序列长。

（2）由于混沌序列为一系列[-A，A]区间的数，不利于雷达信号的实现，因此需要对初始混沌序列进行二值量化，具体的，根据下式对初始混沌序列进行二值量化：

其中，混沌二相码信号的相位项为0和

。

通过二值量化获得的混沌相位编码波形复包络如下：

其中，V（t）为子脉冲函数，

是调制宽度，M为编码数，

为子脉冲时宽，T为编码信号的持续时间，l为载频，A为归一化系数。

子脉冲函数V（t）的表达式如下：

需要说明的是，子脉冲函数用于描述瞬间或空间几何点上的物理量。

S2：对混沌相位编码波形复包络进行离散化处理，获得复合离散混沌信号。

本实施例基于奈奎斯特采样率对混沌相位编码波形复包络u（t）做离散化处理，其中需要说明的是，奈奎斯特采样率是指采样定理规定的最低采样频率，奈奎斯特采样定理指出，只要离散系统的奈奎斯特频率高于采样信号的最高频率或带宽，就可以避免混叠现象。

混沌相位编码波形复包络u（t）经离散化处理后获得

，如下式：

其中，

为离散化处理结果，

为相位序列。

S3：将复合离散混沌信号作为雷达信号的相位，进而获得混沌调相信号。

将离散后的混沌序列运用到相位编码雷达信号中，得到混沌调相信号：

其中u为混沌调相信号。

实施例2

为了对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例选择的单一调制的雷达信号和采用本方法获得的雷达信号进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果。

单一调制的雷达信号波形简单、造成漏警概率变高，抗干扰性能也较差，且雷达成像的分辨率较低。

为验证本方法获得的雷达信号相对单一调制的雷达信号具有较高抗干扰性和较为精确的测距、测速精度；本实施例中将采用单一调制的雷达信号和本方法获得的雷达信号进行性能分析对比。

本实施例采用模糊函数分别对单一调制的雷达信号和采用本方法获得的雷达信号进行分析，模糊函数是对雷达信号进行分析研究的有效工具，模糊函数仅由发射波形决定，一般情况下，信号模糊函数主瓣越尖锐，旁瓣越低，则能量在频域和时域上越集中，信号的分辨力也越强；常用探测信号按模糊函数形式可分为四类：正刀刃形，斜刀刃形，板钉形和图钉形，其中图钉形信号的距离速度联合分辨力最好；本实施例采用模糊函数的计算模型分别进行计算，混沌序列长度为

，得到单一调制的雷达信号和采用本方法获得的雷达信号的模糊函数仿真结果分别如图2、图3所示，从图中可以看出，图2的信号的模糊图近似板钉形，而图3的信号的模糊图近似图钉形，主瓣尖锐且旁瓣较低，验证了本方法获得的雷达信号具有很高的测距和测速精度。

为分析单一调制的雷达信号和采用本方法获得的雷达信号的抗干扰性能，设信号传播损失系数为-10dB，接收端输入信号信噪比（SNR）为-22dB，仿真结果分别如图4、图5所示；从图中可知，当接收信号信噪比较低时，本方法获得的雷达信号能够很好地将目标检测出来，因此本方法获得的雷达信号具有很好的抗噪声性能。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种混沌调相雷达信号的设计方法，其特征在于：包括，

基于Logistic映射设置初始混沌序列，并对所述初始混沌序列进行二值量化，获得混沌相位编码波形复包络；

对所述混沌相位编码波形复包络进行离散化处理，获得复合离散混沌信号；

将所述复合离散混沌信号作为雷达信号的相位，进而获得混沌调相信号；

其中，设置所述初始混沌序列包括，

所述初始混沌序列的均值E为：

其中，

为所述初始混沌序列，i为初始混沌信号的编号，N为混沌序列长；

所述二值量化包括，

根据下式对所述初始混沌序列进行所述二值量化：

其中，混沌二相码信号的相位项为0和

；

所述混沌相位编码波形复包络包括，

其中，V（t）为子脉冲函数，

是调制宽度，M为编码数，

为子脉冲时宽，T为编码信号的持续时间，l为载频，A为归一化系数；

所述子脉冲函数包括，

。

2.如权利要求1所述的混沌调相雷达信号的设计方法，其特征在于：还包括，

其中，x（n+1）为第n+1个初始混沌信号。

3.如权利要求2所述的混沌调相雷达信号的设计方法，其特征在于：所述离散化处理包括，

基于奈奎斯特采样率对所述混沌相位编码波形复包络u（t）做所述离散化处理：

其中，

为离散化处理结果，

为相位序列。

4.如权利要求3所述的混沌调相雷达信号的设计方法，其特征在于：所述混沌调相信号包括，

将混沌序列与相位编码雷达信号相结合：

其中u为所述混沌调相信号。

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