CN105068051A - 一种基于混合序列的雷达波形调幅调相方法 - Google Patents

Abstract

该发明公开了一种基于混合序列的雷达波形调幅调相方法，属于雷达发射波形设计领域，涉及雷达波形的调幅调相的方法。获取需要调制的信号，判断需要该信号的周期，识别出需要调制信号一个周期内的子脉冲个数N；将tent序列和logistic序列1：1混合，获取码长为N混合序列；使用步骤2的混合序列，对获取的周期内的各个脉冲进行相位调制；使用步骤2的混合序列，对步骤3获得的调制信号进行幅度调制；输出调制结果。结合调幅和调相的优点,信号幅度和相位均随混沌信号变化，提高了复杂度，减小了被截获概率。

Description

一种基于混合序列的雷达波形调幅调相方法

技术领域

本发明属于雷达发射波形设计领域，涉及雷达波形的调幅调相的方法。

背景技术

雷达发射信号波形对雷达性能有极其重要的影响，发射信号决定了雷达的体制、信号的产生以及接收信号的最佳处理方法。而信号的复杂程度也保证了雷达的低截获能力。近年来，混沌信号因具有尖锐的自相关函数，图钉型的模糊函数，超宽带，正好符合现代雷达系统较高的测距测速精度的要求；同时，混沌信号的类噪声特性和初值敏感性使得信号参数不易被敌方侦察接收机截获，而混沌调制信号对己方来说却是确定性信号，为己方雷达波形设计提供了便利。

混沌用于波形设计在幅度、频率、相位单独调制方面成果较多，但单一调制波形复杂度较低，且限制了混沌信号可预测的概率，雷达的截获概率(LIP)和抗干扰性能(ECCM)。tent序列和logistic序列是比较常用的两种混沌信号，两种序列在单独调幅，调相方面具有良好的自相关和互相关性能，但联合调幅调相的性能很差。本发明提出采用tent序列和logistic序列以1:1混合形成的复合序列用于联合调幅调相波形，降低了混沌信号可预测的概率，雷达的截获概率(LIP)，提高了抗干扰性能(ECCM)。

发明内容

本发明主要针对基于混沌序列的单一调幅或调相波形设计存在波形复杂度低，限制了混沌信号可预测的概率，雷达的截获概率(LIP)和抗干扰性能(ECCM)等问题，以及tent序列和logistic序列两种序列在联合调幅调相的性能差的问题。提出了采用tent序列和logistic序列以1:1混合形成的复合序列用于联合调幅调相波形,旨在结合调幅和调相的优点,信号幅度和相位均随混沌信号变化，提高复杂度，减小被截获概率。

本发明所采用的技术方案是一种基于混合序列的雷达波形调幅调相方法,该方法包括：

步骤1：获取需要调制的信号，判断需要该信号的周期，识别出需要调制信号一个周期内的子脉冲个数N；

步骤2：将tent序列和logistic序列1：1混合，获取码长为N混合序列；

步骤3：使用步骤2的混合序列，对获取的周期内的各个脉冲进行相位调制；

步骤4：使用步骤2的混合序列，对步骤3获得的调制信号进行幅度调制；

步骤5：输出调制结果。

进一步的所述步骤2首先选取出多组码长为N混合序列，从中选取出自相关旁瓣最低的一组作为后续进行调制的混合序列。

进一步的所述步骤3、4的等时间离散化后的信号复包络表达式为：

$S_{AM-PM}=\left\{\begin{array}{cc}x\left(n\right)\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{C}_l\left(n\right)V(n-{\mathrm{Kt}}_p)& ,n=1,\mathrm{2...},N\\ 0& ,else\end{array}\right.$

其中：x(n)为混合序列， $C_l\left(n\right)=\left\{\begin{array}{c}1,x\left(n\right)<E\\ -1,x\left(n\right)\&GreaterEqual;E\end{array}\right.,$ 其中 $E=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\&Sigma;}}x\left(n\right),$ V(t)为子待调制信号，t_p为子脉冲宽度，且 $V\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}1/\sqrt{t_p}& ,0<t<t_p\\ 0& ,else\end{array}\right.,$ V(n-Kt_p)为待调制信号一个周期内的一个子脉冲。

本发明的有益效果是：本发明将tent序列和logistic序列以1:1混合形成的复合序列用于联合调幅调相波形设计，复合序列本身就提高了混沌信号的复杂性；再者，幅度和相位均随混合序列随机变化，使得信号被敌方截获的概率大大减小，提升了雷达系统的隐身能力。混合序列调幅调相雷达波形具有尖锐的自相关函数，自相关旁瓣峰值最大值可达到-23.59dB,互相关旁瓣峰值最大值可达到-20.98dB，自相关旁瓣峰值平均值-40.23dB，互相关旁瓣峰值平均值可达到-39.89dB。它的模糊函数具有比较理想的“图钉”形状，且明显好于tent序列联合调幅调相或者logistic序列联合调幅调相的情况，性能可与现有文献中的两种序列在单独调幅、调相方面匹敌。可见混合序列比Tent序列或Logistic序列在幅度-相位联合调制方面具有明显的改善。

附图说明

图1为tent序列或logistic序列幅度-相位联合调制信号组图；

图2为上述混合序列的波形图；

图3为混合序列幅度-相位联合调制混沌雷达信号的自相关示意图；

图4为互相关示意图；

图5为模糊函数的仿真示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

假设MIMO雷达系统有M个独立的发射单元，且每个发射单元由N个子脉冲构成，子脉冲持续时间为T。

步骤1：首先分别采用Tent映射和Logistic映射生成长度为N的两个混沌序列，再以1:1混合生成长度为2*N的序列，按照长度P截短为2*N/P段序列。采用较常用的tent映射表达式为：

所述的步骤1中的混沌序列采用较常用的tent映射表达式为：

x(n+1)＝0.5-u|x(n)|,n＝0,1,2......

x(0)为初值且x(0)∈[-0.5,0.5]，x(n)∈[-0.5,0.5]；u为自由参数，且u＝2-ε,ε→0。Logistic映射表达式为：

x(n+1)＝u(0.25-x(n)²)-0.5,n＝0,1,2......

x(0)为初值且x(0)∈[-0.5,0.5]，x(n)∈[-0.5,0.5]；u为自由参数，且u＝4-ε,ε→0。ε取0.001,初值取0.39。

步骤2：选取一段序列，令其为{x(0),x(1),x(2),...,x(N)}；选取方法为：对步骤1中的2*N/P段序列进行仿真，选取出自相关旁瓣最低的一组。大量仿真实验表明，初值的选取对最终选取的结果影响不大。

步骤3：对混沌联合调幅调相信号进行编码，编码方式即将一个脉冲等分为一系列子脉冲，对不同的子脉冲进行不同的幅度调制，同时对每个幅度编码子脉冲内对波形的每个周期使用随机产生的初始相位。

步骤4：幅度-相位联合调制混沌雷达信号可表示为：

$u_{AM-PM}=\left\{\begin{array}{cc}kx\left(t\right)& ,0\&le;t\&le;T\\ 0& ,else\end{array}\right.$

式中T为混沌信号调制时宽，k为幅度调制系数，x(n)为混沌信号。

对u_AM-PM进行离散化

$u_{AM-PM}=\left\{\begin{array}{cc}kx\left(n\mathrm{\&Delta;}t\right)& ,0\&le;t\&le;T\\ 0& ,else\end{array}\right.$

采样频率须满足Nyquist准则，不会混叠。设k＝1，则等时间离散化后的信号复包络表达式为：

$S_{AM-PM}=\left\{\begin{array}{cc}x\left(n\right)\underset{n=0}{\overset{N-1}{\&Sigma;}}{C}_l\left(n\right)V\left(n-{\mathrm{Kt}}_p\right)& ,n=1,\mathrm{2...},N\\ 0& ,else\end{array}\right.$

其中x(n)为混沌序列，码长为N,且

V(t)为子脉冲函数，t_p为子脉冲宽度，且

$V\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}1/\sqrt{t_p}& ,0<t<t_p\\ 0& ,else\end{array}\right.$

步骤5：混沌序列具有多值遍历性，在相位编码时需要对原始混沌序列二值量化。二值量化的方法为即首先求此原始序列的均值，即

$E=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\&Sigma;}}x\left(n\right)$

则

$C_l\left(n\right)=\left\{\begin{array}{c}1,x\left(n\right)<E\\ -1,x\left(n\right)\&GreaterEqual;E\end{array}\right.$

图1(a)-(c)为tent序列(序列长度为1024)幅度-相位联合调制混沌雷达信号的自相关，互相关以及模糊函数的仿真示意图；图1(d)-(g)为logistic序列(序列长度为1024)幅度-相位联合调制混沌雷达信号的自相关，互相关以及模糊函数的仿真示意图，可以看出两种序列分别调制的自相关，互相关和模糊函数都不太理想，尤其是自相关函数旁瓣较高；

图2为上述混合序列的波形图、图3为混合序列幅度-相位联合调制混沌雷达信号的自相关示意图、图4为互相关示意图，图5为模糊函数的仿真示意图。以现有方法设计幅度调制混沌雷达波形和相位调制混沌雷达波形对比。表1为tent序列联合调幅调相(AM-PM(tent))归一化的自相关旁瓣峰值最大值(最大ASP)、互相关峰值最大值(最大CP)、自相关旁瓣峰值平均值(平均ASP)、互相关峰值平均值(平均CP)；以及logistic混沌序列联合调幅调相(AM-PM(logistic))归一化的最大ASP、最大CP、平均ASP、平均CP；以及混合序列联合调幅调相(AM-PM(comp))归一化的最大ASP、最大CP、平均ASP、平均CP。

表1各种调制信号相关性分析

Claims (3)

1.一种基于混合序列的雷达波形调幅调相方法,该方法包括：

步骤1：获取需要调制的信号，判断需要该信号的周期，识别出需要调制信号一个周期内的子脉冲个数N；

步骤2：将tent序列和logistic序列1：1混合，获取码长为N混合序列；

步骤3：使用步骤2的混合序列，对获取的周期内的各个脉冲进行相位调制；

步骤4：使用步骤2的混合序列，对步骤3获得的调制信号进行幅度调制；

步骤5：输出调制结果。

2.如权利要求1所述的一种基于混合序列的雷达波形调幅调相方法，其特征在于所述步骤2首先选取出多组码长为N混合序列，从中选取出自相关旁瓣最低的一组作为后续进行调制的混合序列。

3.如权利要求1所述的一种基于混合序列的雷达波形调幅调相方法，其特征在于所述步骤3、4的等时间离散化后的信号复包络表达式为：

$S_{AM-PM}=\left\{\begin{array}{cc}x\left(n\right)\underset{n=0}{\overset{N-1}{\&Sigma;}}{C}_l\left(n\right)V(n-{\mathrm{Kt}}_p)& ,n=1,\mathrm{2...},N\\ 0& ,else\end{array}\right.$

其中：x(n)为混合序列， $C_l\left(n\right)=\{\begin{array}{c}1,x\left(n\right)<E\\ -1,x\left(n\right)\&GreaterEqual;E\end{array},$ 其中V(t)为子待调制信号，t_p为子脉冲宽度，且 $V\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}1/\sqrt{t_p}& ,0<t<t_p\\ 0& ,else\end{array}\right.,$ V(n-Kt_p)为待调制信号一个周期内的一个子脉冲。