CN1335516A - 用高速混沌码做雷达调相信号源的方法 - Google Patents

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董永红
余道衡
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Abstract

本发明公开了一种用高速混沌码做雷达调相信号源的方法,该方法包括以下的步骤:1)输入选定的非线性方程及可产生混沌码的参数;2)高速数字信号处理芯片根据所输入的非线性方程和参数进行计算、比较后,得到高速混沌码,并将其输出;3)将该高速混沌码同时送入雷达的调相电路及信号处理单元中。使用该方法可使测距/测速雷达的测量结果更精确、更可靠。

Description

用高速混沌码做雷达调相信号源的方法
本发明涉及一种雷达调相信号源的技术领域，尤指一种用高速混沌码做雷达调相信号源的方法。
雷达主要是用来测速度和测距离，那么雷达定位的准确度和精确性是极为重要的。如图1所示，测距/测速雷达是这样工作的：为测量一飞行体的距离或速度，首先由射频信号发生器产生一射频信号，并将该射频信号送入调相电路中，此时将高速随机码也送入该调相电路中，在调相电路中将该高速随机码调制到所述的射频信号上，调制完成后将带有高速随机码的射频信号输出至发射电路中，由收发天线发射出去，当该信号碰到所测物体时会返回一信号回波，该信号回波通过收发天线接收后送至回波解调和放大电路中，经过回波解调和放大电路对信号回波的放大、解调，所得到的信号便可在信号处理单元中进行各种所需的处理，最后将结果显示出来。
最早雷达的调相信号源采用伪随机码，其定位的准确度非常差，会有很大的误差范围。比如：在测距时要测150米处的一个物体，采用伪随机码做调相信号源测出的结果会在150米左右范围内都有假回波信号，产生了“距离模糊”。现在，在雷达应用领域已经用随机码取代了伪随机码，其优点在于消除了原有的距离模糊问题，提高了测距的准确性。但其精度还是不够，现在所用到的最高速的随机码脉宽仅为100ns，那么对应测距的精度只有15米；而且现有的生成随机码的方式大多采用模拟电路，其可靠性不高。针对该问题，曾在中国专利CN00109204.9中提出了一种用高频三极管产生高速随机码的方法，使用该方法可将高速随机码的脉宽降为50ns。但是，高速随机码的统计特性是不可控制，也不可以重复产生的，那么，每次产生的高速随机码无论其统计特性好与不好，都只能一次性使用，不可能保留住或再现统计特性好的高速随机码；而且每次产生的高速随机码的统计特性都是不一样的，致使测量的结果精度也不一致，有好有坏，无法人为控制。另一方面，目前混沌电路产生的混沌码脉宽均为毫秒量级，速率太低，不可能满足测速和测距雷达对高速的要求标准。
鉴于上述问题，本发明的主要目的在于提出一种用高速混沌码做雷达调相信号源的方法，使得测距/测速雷达测量结果的可靠性、准确度和精度更高。
本发明进一步的目的是采用高速混沌码做雷达的调相信号源，其可重复实现，并且可人为控制，使得使用者操作更为方便。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用高速混沌码做雷达调相信号源的方法，该方法包括以下的步骤：
1)输入选定的非线性方程及可产生混沌码的参数；
2)高速数字信号处理芯片根据所输入的非线性方程和参数进行计算、比较后，得到高速混沌码，并将其输出；
3)将该高速混沌码同时送入雷达的调相电路及信号处理单元中。
其中，该非线性方程可为一迭代方程，那么输入参数时至少要输入迭代方程的系数λ、初值X0以及基准值X’。
在高速数字信号处理芯片中进行的计算是指根据所输入的方程及参数来算出该方程的一组解，比较是指将由非线性方程计算所得的每个解分别与所输入的基准值X’进行比较，以得到0、1序列，构成高速混沌码。另外，该高速数字信号处理芯片还可进一步外接一存储器。
所述的信号处理单元可进行相关运算、频谱分析、数据重排、恒虚警等等多种所需的运算。
本发明所提出的用高速混沌码做雷达调相信号源的方法，其具有以下的优点：
(1)由于该方法中采用了数字电路来生成高速混沌码，因此与模拟电路生成的高速随机码相比，采用高速混沌码做雷达的调相信号源其可靠性更高。
(2)由于该方法中产生高速混沌码所采用的芯片是高速数字处理芯片，其计算速度可达到16亿次/秒，因此所得到的高速混沌码的脉宽可达到50ns以下，使得雷达测距的精度提高到了7.5米以下。
(3)该方法采用了混沌码，所谓混沌码就是非线性方程在一定条件下产生的内部随机性的现象。混沌码与随机码相比具有同样好的随机性，但随机码是用稳压二极管产生的，所产生的随机码是不可控制的；而混沌码由于是用可控制参数的非线性方程产生的，故其是可控制、可选择的，并可通过控制参数重复实现所需统计特性的混沌码。因此，在实际应用中，如果想重复使用同一种具有良好统计特性的混沌码时，就可以通过输入曾产生该混沌码的方程参数，即可再次产生同样的混沌码，这对使用者而言是非常方便、实用的。
下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
图1为现有技术的工作原理示意图。
图2为本发明的工作原理框图。
图3为本发明中生成高速混沌码的原理示意图。
参见图2所示，测距/测速雷达是这样测量待测物体的距离或速度的：首先由射频信号发生器产生一射频信号，并将该射频信号送入一调相电路中，此时将由高速数字信号处理芯片(DSP)所生成的高速混沌码也送入该调相电路中，在调相电路中将该高速混沌码调制到所述的射频信号上，调制完成后将带有高速混沌码的射频信号输出至发射电路中，由收发天线发射出去，当该信号碰到待测物体时会返回一信号回波，该信号回波通过收发天线接收后送至回波解调和放大电路中，回波解调和放大电路先将收到的信号回波放大，然后解调信号回波，解调后的信号经过再放大即可送至信号处理单元中进行所需的各种信号处理、计算，最后将测得的距离或速度结果显示出来。如果本次测量是测待测物的距离，则在信号处理单元做相关运算，所谓相关运算就是将返回信号的码子与参照码子每隔固定的脉宽运算一次。比如要测一待测物体的距离，那么返回信号与做调相信号源的高速混沌码进行相关运算，即每50ns将码子运算一次，经过约1.8万次运算以后便能准确、可靠地定出待测物体的距离，因为50ns的脉宽对应的测距精度为7.5米，则可确定该物体距测量点的距离为150米，其误差在7.5米以下。由于在相关运算时要以做调相信号源的高速混沌码作为参照码子，因此必须要采用与当初输入调相电路一致的高速混沌码，故此高速混沌码要同时送给调相电路和信号处理单元。如果本次测量是为测待测物的速度，则在信号处理单元要对返回信号进行频谱分析(FFT)。在该信号处理单元还可以做数据重排、恒虚警等多种运算，其中数据重排是将测到的所有数据打乱顺序重新排列，然后再进行比对运算，其是为了更准确、可靠地得出所要的结果；恒虚警是一种为了尽可能减少错误报警的运算，它可将错误报警降低到10-6以下。
如图3所示，本发明是采用高速数字信号处理芯片来产生高速混沌码，该高速数字信号处理芯片的处理速度可以达到16亿次/秒，因此，所产生的高速混沌码的脉宽可在50ns以下，相应的雷达测距精度为7.5米以下。如要测150米处的一物体，只需要做约1.8万次相关运算，即测距运算就可测到目标，且其精度为150±7.5米。本发明的高速混沌码是这样产生的：首先输入一选定的非线性方程，同时输入产生混沌码所需的参数；然后在高速数字信号处理芯片中进行计算、比较，就可得到高速混沌码。具体地说，选定一非线性方程为迭代方程Xn+1＝λXn(1-Xn)，同时输入λ＝4，X0＝0.3，X’＝0.5，其中对于该迭代方程而言，λ的值在3.6～4之间都可以产生混沌码，所输的X0的值在0～1之间，而X’的值是在0.5附近适当调整。在高速数字信号处理芯片中，将λ和X0的值带入方程可计算出该迭代方程的一组解X1....Xn，其中Xn的范围在0～1之间。所得的每个Xn的值均与X’进行比较，比X’大的记为1，比X’小的记为0，如此就可得到一0、1序列，该0、1序列即构成高速混沌码。如上所述，λ、X0和X’的值都是可在适当范围内任意给定的，因此就可控制产生不同统计特性的高速混沌码，另一方面，如果用哪个值产生的高速混沌码所得到的测量结果好，就可以记住产生该高速混沌码的λ、X0和X’的值，下次再输入同样的值便可产生同样特性的高速混沌码。如果在生成过程中发现哪一段码的特性好，也可以记住此时的Xn值，下次可选择此值为X0，由此可选择的得到统计特性良好的高速混沌码。为了使得到的0、1序列中0与1的比例达到所需的要求，还可适当的调低或调高X’的值，以此得到统计特性良好的高速混沌码。
由此可见，采用高速混沌码作为测距/测速雷达的调相信号源对使用者而言是非常方便、实用的，它既可选择，又可控制，并可重复实现，因而使雷达的测量结果精度更高、可靠性更好。
以上所述仅为本发明的较佳实施而已，并非用来限制本发明的保护范围。

Claims (7)

1、一种用高速混沌码做雷达调相信号源的方法，其特征在于该方法包括以下的步骤：
1)输入选定的非线性方程及可产生混沌码的参数；
2)高速数字信号处理芯片根据所输入的非线性方程和参数进行计算、比较后，得到高速混沌码，并将其输出；
3)将该高速混沌码同时送入雷达的调相电路及信号处理单元中。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的非线性方程可为一迭代方程。
3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤1中所述的参数输入至少要输入迭代方程的系数λ、初值X0以及基准值X’。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2中所述的计算是指根据所输入的方程及参数来算出该方程的一组解，比较是指将由非线性方程计算所得的每个解分别与所输入的基准值X’进行比较，以得到0、1序列，构成高速混沌码。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的信号处理单元可进行相关运算。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的信号处理单元还可进行数据重排、频谱分析和恒虚警运算。
7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的高速数字信号处理芯片还可进一步外接一存储器。
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PB01 Publication
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