一种基于频域调相低旁瓣混沌雷达信号的产生方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于频域调相低旁瓣混沌雷达信号的产生方法，包括：产生一维混沌映射序列；利用所述一维混沌映射序列生成基于频域调相的混沌雷达信号的频域形式；将所述的基于频域调相的混沌雷达信号的频域形式进行逆傅里叶变换，得到基于频域调相的混沌雷达信号时域形式的同相分量和正交分量。本发明的方法产生的混沌雷达信号具有平坦的功率谱密度，极低的峰值旁瓣比，同时具有理想图钉型的模糊函数；这些特性使所述的基于频域调相的混沌雷达信号具有更强的检测微弱目标的能力，同时具有更强的抗干扰能力。
【专利说明】一种基于频域调相低旁瓣混沌雷达信号的产生方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及低旁瓣雷达信号设计领域，特别涉及一种基于频域调相低旁瓣混沌雷 达信号的产生方法及系统。
【背景技术】
[0002] 噪声雷达采用噪声信号或者伪噪声信号作为发射波形。目前，噪声雷达已经在很 多领域内进行广泛的研究，包括战场监视、目标跟踪、汽车防撞、穿墙成像雷达、合成孔径雷 达和逆合成孔径雷达。
[0003] 在噪声雷达中，噪声信号源是一项重要的关键技术。相比于普通的热噪声信号，混 沌信号更加容易产生和控制，并且价格低廉。混沌信号是一种由确定性系统产生的伪随机 信号。混沌信号的特点是：对初值非常敏感，初值的微小变化会导致混沌信号差异巨大；而 且混沌信号是非周期和不可预测的。采用混沌信号作为雷达信号具有高的距离分辨率、低 截获概率特性、有效的频谱利用率等优势，但是，一些混沌信号具有较高的旁瓣，高旁瓣容 易导致强散射目标回波的旁瓣掩盖微弱目标的回波，因此不利于高分辨率雷达成像。
[0004]目前有一些研究工作来降低混沌信号的旁瓣，文献I(Bin，C.，et al.,ChaoticSignalswithWeak-StructureUsedforHighResolutionRadar Imaging. 2009:p. 325-330.)提出了利用弱结构特性来指导混沌映射的产生，并以此提出了 多段Bernoulli混沛映身寸；文献 2 (Yang,J.，etal.Frequencymodulatedradarsignals basedonhighdimensionalchaoticmaps,inSignalProcessing(ICSP), 2010IEEE 10thInternationalConferenceon. 2010.)利用高维混沛映射产生混沛调相信号，以 此降低雷达信号自相关函数的旁瓣；文献3 (Yunkai,D.，H.Yinghui,andG.Xupu,Hyper ChaoticLogisticPhaseCodedSignalandItsSidelobeSuppression.Aerospace andElectronicSystems,IEEETransactionson, 2010. 46(2) :p. 672-686.)利用超混沛 Logistic相位编码结合Tikhonov方法来抑制旁瓣。
[0005] 但是，上述降低旁瓣的方法都只是针对某一种混沌序列产生的混沌雷达信号，不 具有通用性，即不适用于多种混沌序列产生的混沌雷达信号。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术中大多数混沌雷达信号旁瓣高的缺陷，提供了一 种适用于多种混沌序列产生低旁瓣的混沌雷达信号的方法。
[0007] 为了达到上述目的，本发明提出了一种基于频域调相低旁瓣混沌雷达信号的产生 方法，所述方法包括：
[0008] 产生一维混沌映射序列；利用所述一维混沌映射序列生成基于频域调相的混沌雷 达信号的频域形式；将所述的基于频域调相的混沌雷达信号的频域形式进行逆傅里叶变 换，得到基于频域调相的混沌雷达信号时域形式的同相分量和正交分量。
[0009] 上述技术方案中，所述方法进一步包括：
[0010] 将所述基于频域调相的混沌雷达信号时域形式的同相分量和正交分量进行量化 和截断，得到基于频域调相的混沌雷达信号时域形式的同相分量和正交分量的数字信号； 通过数模转换器将基于频域调相的混沌雷达信号的数字信号转换为模拟信号；输出基于频 域调相的混沌雷达信号的同相分量和正交分量的模拟信号。
[0011] 上述技术方案中，所述一维混沌映射序列为伯努利映射序列、帐篷映射序列、逻辑 斯蒂映射序列或切比雪夫映射序列。
[0012] 上述技术方案中，利用所述一维混沌映射序列生成基于频域调相的混沌雷达信号 进一步包括：
[0013] 在奈奎斯特采样率条件下，混沌雷达信号的频域形式的相位为所述的一维混沌映 射序列，并保持混沌雷达信号的频域形式的幅度恒定，则混沌雷达信号的频域形式为：
[0014] S(n) =Aexp{j2K4>n}
[0015] 其中，A是混沌雷达信号频域形式的幅度，为常数；K是调制指数；(K为所述的一 维混沌映射序列，且为混沌雷达信号频域形式的相位。
[0016] 此外，本发明还提供了一种基于频域调相低旁瓣混沌雷达信号的产生系统，所述 系统包括：
[0017] 产生混沌映射序列模块，用于产生一维混沌映射序列；
[0018] 混沌雷达信号频域形式的生成模块，用于生成基于频域调相的混沌雷达信号的频 域形式，所述混沌雷达信号的频域形式的相位为所述的一维混沌映射序列，并保持混沌雷 达信号的频域形式的幅度恒定；
[0019] 逆傅里叶变换模块，用于将所述的基于频域调相的混沌雷达信号的频域形式进行 逆傅里叶变换，得到基于频域调相的混沌雷达信号时域形式的同相分量和正交分量。
[0020] 上述技术方案中，所述系统进一步包括：
[0021] 预处理模块，用于将所述基于频域调相的混沌雷达信号时域形式的同相分量和正 交分量进行量化和截断，得到基于频域调相的混沌雷达信号时域形式的同相分量和正交分 量的数字信号；
[0022] 数模转换模块，用于通过数模转换器将所述基于频域调相的混沌雷达信号时域形 式的同相分量和正交分量的数字信号转换为模拟信号；
[0023] 输出模块，用于输出基于频域调相的混沌雷达信号的同相分量和正交分量的模拟 信号。
[0024] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0025] 1、本发明的方法产生的混沌雷达信号具有通用性，即对多种混沌映射序列产生的 混沌雷达信号都适用；
[0026] 2、本发明的方法产生的混沌雷达信号具有平坦的功率谱密度，极低的峰值旁瓣 t匕，同时具有理想图钉型的模糊函数；
[0027] 3、本发明的方法产生的混沌雷达信号具有更强的检测微弱目标的能力，同时具有 更强的抗干扰能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 图1是本发明的产生基于频域调相低旁瓣混沌雷达信号的方法流程图；
[0029] 图2a是一维BernoulIi混沌映射序列的波形；
[0030] 图2b是一维Tent混沌映射序列的波形；
[0031] 图2c是一维Logistic混沌映射序列的波形；
[0032] 图2d是一维Chebyshev混沌映射序列的波形；
[0033] 图3a是基于频域调相的Bernoulli混沛雷达信号时域形式；
[0034] 图3b是基于频域调相的Tent混沌雷达信号时域形式；
[0035] 图3c是基于频域调相的Logistic混沛雷达信号时域形式；
[0036] 图3d是基于频域调相的Chebyshev混沛雷达信号时域形式；
[0037] 图4a是基于频域调相的Bernoulli混沌雷达信号的时域形式幅度的概率分布；
[0038] 图4b是基于频域调相的Tent混沌雷达信号的时域形式幅度的概率分布；
[0039] 图4c是基于频域调相的Logistic混沌雷达信号的时域形式幅度的概率分布；
[0040] 图4d是基于频域调相的Chebyshev混沌雷达信号的时域形式幅度的概率分布；
[0041] 图5a是普通的Bernoulli混沛调相信号的伪相空间结构图；
[0042] 图5b是基于频域调相的Bernoulli混沛雷达信号的伪相空间结构；
[0043] 图5c是普通的Tent混沌调相信号的伪相空间结构；
[0044] 图5d是基于频域调相的Tent混沛雷达彳目号的伪相空间结构；
[0045] 图5e是普通的Logistic混沌调相信号的伪相空间结构；
[0046] 图5f是基于频域调相的Logistic混沛雷达信号的伪相空间结构；
[0047] 图5g是普通的Chebyshev混沛调相信号的伪相空间结构；
[0048] 图5h是基于频域调相的Chebyshev混沛雷达信号的伪相空间结构；
[0049] 图6a是普通的Bernoulli混沌调相信号的自相关函数；
[0050] 图6b是基于频域调相的Bernoulli混沛雷达信号的自相关函数；
[0051] 图6c是普通Tent混沌调相信号的自相关函数；
[0052] 图6d是基于频域调相的Tent混沌雷达信号的自相关函数；
[0053] 图6e是普通Logistic混沌调相信号的自相关函数；
[0054] 图6f是基于频域调相的Logistic混沌雷达信号的自相关函数；
[0055] 图6g是普通Chebyshev混沛调相信号的自相关函数；
[0056] 图6h是基于频域调相的Chebyshev混沛雷达信号的自相关函数；
[0057] 图7a是基于频域调相的Bernoulli混沌雷达信号的匹配滤波结果；
[0058] 图7b是基于频域调相的Tent混沌雷达信号的匹配滤波结果；
[0059] 图7c是基于频域调相的Logistic混沌雷达信号的匹配滤波结果；
[0060] 图7d是基于频域调相的Chebyshev混沛雷达信号的匹配滤波结果；
[0061] 图8a是基于频域调相的Bernoulli混沛雷达信号的模糊函数；
[0062] 图8b是基于频域调相的Tent混沌雷达信号的模糊函数；
[0063] 图8c是基于频域调相的Logistic混沛雷达信号的模糊函数；
[0064] 图8d是基于频域调相的Chebyshev混沛雷达信号的模糊函数；
[0065] 图9a是基于频域调相的Bernoulli混沌雷达信号的的互相关系数；
[0066] 图9b是基于频域调相的Tent混沌雷达信号的互相关系数；
[0067] 图9c是基于频域调相的Logistic混沌雷达信号的互相关系数；
[0068]图9d是基于频域调相的Chebyshev混沛雷达彳目号的的互相关系数；
[0069]图9e是高斯噪声的互相关系数；
[0070] 图10是将基于频域调相的混沌雷达数字信号转换为模拟信号的流程图；
[0071] 图Ila是量化和截断后基于频域调相的Bernoulli混沌雷达信号的时域形式；
[0072] 图Ilb是量化和截断后基于频域调相的Tent混沌雷达信号的时域形式；
[0073] 图lie是量化和截断后基于频域调相的Logistic混沌雷达信号的时域形式；
[0074] 图Ild是量化和截断后基于频域调相的Chebyshev混沛雷达信号的时域形式；
[0075] 图12a是量化和截断后基于频域调相的Bernoulli混沌雷达信号的功率谱密度；
[0076] 图12b是量化和截断后基于频域调相的Tent混沌雷达信号的功率谱密度；
[0077] 图12c是量化和截断后基于频域调相的Logistic混沌雷达信号的功率谱密度；
[0078] 图12d是量化和截断后基于频域调相的Chebyshev混沌雷达信号的功率谱密度；
[0079] 图13a是量化和截断后基于频域调相的Bernoulli混沛雷达彳目号的自相关函数；
[0080] 图13b是量化和截断后基于频域调相的Tent混沌雷达信号的自相关函数；
[0081] 图13c是量化和截断后基于频域调相的Logistic混沌雷达信号的自相关函数；
[0082] 图13d是量化和截断后基于频域调相的Chebyshev混沛雷达彳目号的自相关函数；
[0083] 图14a是量化和截断后基于频域调相的Bernoulli混沌雷达信号的匹配滤波结 果；
[0084] 图14b是量化和截断后基于频域调相的Tent混沌雷达信号的匹配滤波结果；
[0085] 图14c是量化和截断后基于频域调相的Logistic混沌雷达信号的匹配滤波结 果；
[0086] 图14d是量化和截断后基于频域调相的Chebyshev混沌雷达信号的匹配滤波结 果；
[0087] 图15a是量化和截断后基于频域调相的Bernoulli混沛雷达信号的模糊函数；
[0088] 图15b是量化和截断后基于频域调相的Tent混沌雷达信号的匹配模糊函数；
[0089] 图15c是量化和截断后基于频域调相的Logistic混沌雷达信号的模糊函数；
[0090] 图15d是量化和截断后基于频域调相的Chebyshev混沛雷达信号的模糊函数；
[0091] 图16a是量化和截断后基于频域调相的Bernoulli混沛雷达彳目号的互相关系数；
[0092] 图16b是量化和截断后基于频域调相的Tent混沌雷达信号的互相关系数；
[0093] 图16c是量化和截断后基于频域调相的Logistic混沌雷达信号的互相关系数；
[0094] 图16d是量化和截断后基于频域调相的Chebyshev混沛雷达彳目号的互相关系数；
[0095] 图16e是量化和截断后_斯噪声的互相关系数；
[0096] 图17a是实验采集的基于频域调相的Bernoulli混沌雷达信号的波形；
[0097] 图17b是实验采集的基于频域调相的Tent混沌雷达信号的波形；
[0098] 图17c是实验采集的基于频域调相的Logistic混沌雷达信号的波形；
[0099] 图17d是实验采集的基于频域调相的Chebyshev混沛雷达信号的波形；
[0100] 图17e是实验采集的高斯噪声信号的波形；
[0101] 图17f是实验采集的Chirp信号的波形；
[0102] 图18a是实验采集的基于频域调相的Bernoulli混沌雷达信号的自相关函数；
[0103] 图18b是实验采集的基于频域调相的Tent混沌雷达信号的自相关函数；
[0104] 图18c是实验采集的基于频域调相的Logistic混沌雷达信号的自相关函数；
[0105] 图18d是实验采集的基于频域调相的Chebyshev混沌雷达信号的自相关函数；
[0106] 图18e是实验采集的高斯噪声信号的自相关函数；
[0107] 图18f是实验采集的Chirp信号的自相关函数；
[0108] 图19a是实验采集的基于频域调相的Bernoulli混沌雷达信号的匹配滤波结果； [0109]图19b是实验采集的基于频域调相的Tent混沌雷达信号的匹配滤波结果；
[0110] 图19c是实验采集的基于频域调相的Logistic混沌雷达信号的匹配滤波结果；
[0111] 图19d是实验采集的基于频域调相的Chebyshev混沛雷达信号的匹配滤波结果；
[0112] 图19e是实验采集的高斯噪声信号的匹配滤波结果；
[0113] 图19f是实验采集的Chirp信号的匹配滤波结果；
[0114] 图20a是实验采集的基于频域调相的Bernoulli混沌雷达信号的互相关系数；
[0115] 图20b是实验采集的基于频域调相的Tent混沌雷达信号的互相关系数；
[0116] 图20c是实验采集的基于频域调相的Logistic混沌雷达信号的互相关系数；
[0117] 图20d是实验采集的基于频域调相的Chebyshev混沌雷达信号的互相关系数；
[0118] 图20e是实验采集的高斯噪声信号的互相关系数。
【具体实施方式】
[0119] 雷达信号的自相关函数是功率谱密度的逆傅里叶变换，平坦的功率谱密度对应于 狄拉克（Dirac)的自相关函数。因此，对于复数形式的雷达信号，其自相关函数只与雷达信 号频域形式的幅度有关系，而与雷达信号频域形式的相位没有关系。从这个原理出发，本发 明提出一种产生低旁瓣混沌雷达信号的方法，该方法采用混沌序列作为雷达信号频域形式 的相位，并且使雷达信号频域形式的幅度保持不变，从而得到平坦的功率谱密度的雷达信 号，该雷达信号具有低旁瓣的特性。
[0120] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细介绍。
[0121] 如图1所示，本发明提供了一种产生基于频域调相低旁瓣混沌雷达信号的方法， 所述方法包括：
[0122] 步骤101)产生一维混沌映射序列；
[0123] 在本实施例中，所述一维混沌映射序列为伯努利（Bernoulli)映射序列、帐篷 (Tent)映射序列、逻辑斯蒂（Logistic)映射序列或切比雪夫（Chebyshev)映射序列；在其 它实施例中，可采用其它一维混沌映射序列。
[0124] -维混沌映射表示为：
[0125] Cj^1 = S(Cjjn) (1)
[0126] 其中g( ?)为非线性映射函数，使序列{>。，cjv"，Ct1J具有分形的特性。令一维 混沌映射的初始值小（〇)=小。为值域范围内的随机变量，由于混沌映射不会改变概率密 度函数，随机的初始值保证了混沌序列是一个平稳随机过程。四种常见的混沌映射如表1 所示。
[0127]表1
[0128]
【权利要求】
1. 一种基于频域调相低旁瓣混沛雷达信号的产生方法，包括： 产生一维混沛映射序列；利用所述一维混沛映射序列生成基于频域调相的混沛雷达信 号的频域形式；将所述的基于频域调相的混沛雷达信号的频域形式进行逆傅里叶变换，得 到基于频域调相的混沛雷达信号时域形式的同相分量和正交分量。
2. 根据权利要求1所述的基于频域调相低旁瓣混沛雷达信号的产生方法，其特征在 于，所述方法进一步包括： 将所述基于频域调相的混沛雷达信号时域形式的同相分量和正交分量进行量化和截 断，得到基于频域调相的混沛雷达信号时域形式的同相分量和正交分量的数字信号；通过 数模转换器将基于频域调相的混沛雷达信号的数字信号转换为模拟信号；输出基于频域调 相的混沛雷达信号的同相分量和正交分量的模拟信号。
3. 根据权利要求1所述的基于频域调相低旁瓣混沛雷达信号的产生方法，其特征在 于，所述一维混沛映射序列为伯努利映射序列、帐篷映射序列、逻辑斯蒂映射序列或切比雪 夫映射序列。
4. 根据权利要求1所述的基于频域调相低旁瓣混沛雷达信号的产生方法，其特征在 于，利用所述一维混沛映射序列生成基于频域调相的混沛雷达信号的频域形式，进一步包 括： 在奈奎斯特采样率条件下，混沛雷达信号频域形式的相位为所述的一维混沛映射序 列，并保持混沛雷达信号频域形式的幅度恒定，则混沛雷达信号的频域形式为： S(n) = Aexp{j2 K4) J 其中，A是混沛雷达信号频域形式的幅度，为常数；K是调制指数；4。为所述的一维混 沛映射序列，且为混沛雷达信号频域形式的相位。
5. -种基于频域调相低旁瓣混沛雷达信号的产生系统，其特征在于，所述系统包括： 产生混沛映射序列模块，用于产生一维混沛映射序列； 混沛雷达信号频域形式的生成模块，用于生成基于频域调相的混沛雷达信号的频域形 式，所述混沛雷达信号频域形式的相位为所述的一维混沛映射序列，并保持混沛雷达信号 频域形式的幅度恒定； 逆傅里叶变换模块，用于将所述基于频域调相的混沛雷达信号的频域形式进行逆傅里 叶变换，得到基于频域调相的混沛雷达信号时域形式的同相分量和正交分量。
6. 根据权利要求5所述的基于频域调相低旁瓣混沛雷达信号的产生系统，其特征在 于，所述系统进一步包括： 预处理模块，用于将所述基于频域调相的混沛雷达信号时域形式的同相分量和正交分 量进行量化和截断，得到基于频域调相的混沛雷达信号时域形式的同相分量和正交分量的 数字信号； 数模转换模块，用于通过数模转换器将所述基于频域调相的混沛雷达信号时域形式的 同相分量和正交分量的数字信号转换为模拟信号； 输出模块，用于输出基于频域调相的混沛雷达信号的同相分量和正交分量的模拟信 号。
【文档编号】G01S7/28GK104345297SQ201410652750
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】杨启伦, 张云华, 顾翔 申请人:中国科学院空间科学与应用研究中心