专利名称：用混沌调频信号作为脉冲压缩雷达信号源的方法
技术领域：
本发明属于脉冲压缩雷达系统技术领域，特别是使用噪声、伪随机序列、混沌序列作为调制信号的脉冲压缩雷达系统。
背景技术：
传统的脉冲压缩雷达使用的调制信号有线性调频信号、非线性调频信号、伪随机二元序列以及噪声信号。线性调频信号波形单一，不能进行波形捷变，抗干扰性能有限二元伪随机序列有m序列，Bark序列等，m序列的非周期自相关特性不好，Bark序列长度与数量都很有限，限制了雷达的探测距离及速度分辨率噪声信号虽然在理论上具有无限的长度，可弥补伪随机二元序列的缺陷，但处理比较困难。

发明内容
为克服现有技术的不足，本发明公开一种用混沌调频信号作为脉冲压缩雷达信号源的方法，可在脉冲间实现波形捷变，使雷达具有较高的抗干扰性能。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种用混沌调频信号作为脉冲压缩雷达信号源的方法，包括如下步骤1)把选取的参数输入高速DSP产生混沌序列；2)使用混沌序列进行频率调制得到混沌雷达信号；3)将混沌雷达信号分为两路，一路经调制单元送入发射机发射，一路送入脉冲压缩单元作为参考信号；4)将接收到的回波信号下变频后的基带信号送入脉冲压缩单元，进行脉压后，将信号输出，供分析使用。
所述的方法，其步骤1)的混沌序列是使用下面的映射关系式Xn+1＝f(Xn)＝rxn+C(mod1)其中Xn∈
，C∈
，r为绝对值大于等于3的整数，或者r＝z-δ，其中z是绝对值大于等于2的偶数，10-3＞δ＞0，C为
内的任意数。
所述的方法，其步骤1)是使用两层的方法产生混沌序列，第一层产生的混沌序列作为各个脉冲中所用混沌序列的初值，第二层以第一层产生的混沌序列作为初值生成各个脉冲中的混沌序列。
所述的方法，其第二层必须使用映射关系式Xn+1＝f(Xn)＝rxn+C(mod1)产生混沌序列，对第一层未作要求，如果第一层也使用了映射关系式Xn+1＝f(Xn)＝rxn+C(mod1)作为混沌映射，则两层中混沌映射的参数不同。
所述的方法，其所述步骤2)中的调制方式为调频，即在时钟信号的控制下把混沌序列进行相加，相加结果送入正、余弦单元后得到混沌调频信号的基带信号，然后用此基带信号对载波进行调相，得到混沌调频信号；或把混沌序列送入压控晶振的输入端，由压控晶振输出端得到混沌调频信号的中频信号，再将中频信号与载波混频，得到发射信号。
所述的方法，其脉冲压缩的时候使用混沌调频信号的基带信号作为参考信号，回波信号使用正交解调得到I/Q信号后送入脉冲压缩器。
一种产生混沌调频信号作为脉冲压缩雷达信号源的系统，分为信号产生单元、调制单元、发射/接收单元、解调单元以及脉冲压缩单元几大部分，其中，调制单元、发射/接收单元、解调单元和脉冲压缩单元顺序电连接；调制单元与解调单元之间连接有本振和90°移相电路；采样频率发生器的一输出端与解调单元电连接；其信号产生单元含有混沌序列生成器、累加器、正弦器和余弦器；混沌序列生成器的输出端与累加器电连接，累加器的输出端分别与正弦器和余弦器电连接；正弦器和余弦器的一路输出与调制单元电连接，另一路输出与脉冲压缩单元电连接；混沌序列生成器、累加器分别与采样频率发生器的输出端电连接。
所述的系统，其所述脉冲压缩单元，含有移位寄存器、两个快速傅立叶变换器、匹配滤波器组和输出端，其中，该匹配滤波器组由复数个匹配滤波器组成，且顺序相连；匹配滤波器含有移位寄存器、乘法器和快速傅立叶反变换器，并有二个输入端，以及二个输出端；第一输入端通过移位寄存器与第一输出端和乘法器电连接，第二输入端直接与乘法器电连接，乘法器电连接于快速傅立叶反变换器，快速傅立叶反变换器电连接于第二输出端；一移位寄存器的输入端与解调单元输出端电连接，其输出端与第一快速傅立叶变换器电连接，第一快速傅立叶变换器的输出端分别与匹配滤波器组的匹配滤波器的第二输入端电连接；第二快速傅立叶变换器的输入端与信号产生单元的正弦器和余弦器电连接，其输出端与匹配滤波器组中第一匹配滤波器的第一输入端电连接；匹配滤波器组中，下一个匹配滤波器的第一输入端和上一个匹配滤波器的第一输出端电连接；第一快速傅立叶变换器的复数个输出端分别与匹配滤波器组的每个匹配滤波器的移位寄存器中的数据相乘，且结果分别接于复数个快速傅立叶反变换器的输入端，快速傅立叶反变换器的输出端即脉冲压缩单元的第二输出端，其与信号处理器电连接。
所述的系统，其所述匹配滤波器组的最后一个匹配滤波器只有一个输出端。
所述的系统，其所述脉冲压缩单元，含有移位寄存器、匹配滤波器组和输出端，其中，该匹配滤波器组由复数个匹配滤波器组成，且顺序相连；匹配滤波器含有移位寄存器、乘法器和加法器，并有二个输入端，以及二个输出端；第一输入端通过移位寄存器与第一输出端和乘法器电连接，第二输入端直接与乘法器电连接，乘法器电连接于加法器，加法器电连接于第二输出端；匹配滤波器采用时域相关方式；一移位寄存器的输入端与解调单元输出端电连接，其输出端分别与匹配滤波器组的匹配滤波器的第二输入端电连接；匹配滤波器组中第一匹配滤波器的第一输入端与信号产生单元的正弦器和余弦器电连接；匹配滤波器组中，下一个匹配滤波器的第一输入端和上一个匹配滤波器的第一输出端电连接；一移位寄存器的复数个输出端分别与匹配滤波器组的每个匹配滤波器的移位寄存器中的数据相乘，且结果分别接于复数个加法器的输入端，加法器的输出端即脉冲压缩单元的第二输出端，其与信号处理器电连接。
用本发明的方法生成的混沌调频信号属于广义上的非线性调频信号，具有与白噪声相同的自相关特性，理论上序列长度无限，不相关的序列数量也无限，采用数字处理时，由于存储精度的限制，虽然序列变成周期序列，仍可保持良好的自相关特性，使用本发明的方法能产生数量巨大的不相关序列，可在脉冲间实现波形捷变，使雷达具有较高的抗干扰性能。


图1是本发明的系统框图；图2是本发明混沌序列的生成框图；图3是本发明脉冲压缩单元第一实施例示意图；图4是本发明脉冲压缩单元第二实施例示意图。
具体实施例方式
图1是本发明的系统框图。由图可知，系统分为信号产生单元1、调制单元2、发射/接收单元3、解调单元4以及脉冲压缩单元5几大部分，其中，信号产生单元1含有混沌序列生成器11、累加器12、正弦器14和余弦器13。混沌序列生成器11的输出端与累加器12电连接，累加器12的输出端分别与正弦器14和余弦器13电连接。正弦器14和余弦器13的一路输出经线路7与调制单元2电连接，另一路输出经线路8与脉冲压缩单元5电连接。调制单元2、发射/接收单元3、解调单元4和脉冲压缩单元5顺序电连接。调制单元2与解调单元4之间连接有本振和90°移相电路。混沌序列生成器11、累加器12分别与采样频率发生器6的输出端电连接，采样频率发生器6的另一输出端与解调单元4电连接。
先由信号产生单元1的混沌序列生成器11产生混沌序列，然后在时钟信号的控制下送入累加器12进行累加，累加结果在时钟信号的控制下送入正弦器14和余弦器13分别得到I/Q信号。从信号产生单元1输出的I/Q信号分成两路，一路经线路7送往调制单元2调制后，由发射/接收单元3发射，一路经线路8送往脉冲压缩单元5作为参考信号18，见图3。由发射/接收单元3接收的回波信号经过解调单元4得到I/Q基带回波信号19，见图3，I/Q基带回波信号19送入脉冲压缩单元5进行脉压后将信号由输出端10输出，用此输出信号可进行测距、谱分析、恒虚警检测(CFAR)等多种运算。
由于信号产生单元1与脉冲压缩单元5是本发明的关键，下面将进行具体描述。在本发明中，混沌序列使用下面的映射关系生成Xn+1＝f(Xn)＝rxn+C(mod1) (1)其中Xn∈
，C∈
。r是绝对值大于等于3的整数，也可取r＝z-δ，其中z是绝对值大于等于2的偶数，10-3＞δ＞0。rxn+C(mod1)的意思是rxn十C-n，这里n是使得rx十C-n≥0的最大整数。选定初值和参数r、C之后，在混沌序列生成器11的高速DSP芯片中计算得到混沌序列。为了使各个脉冲间的混沌序列正交，采用两层迭代来产生混沌序列，如图2所示，是本发明混沌序列的生成框图，两层迭代中映射的参数(C、r)不能完全相同。第一层迭代产生各个脉冲中混沌序列的初值，选取参数C1、r1，如果总共需要Na个脉冲，则第一层迭代产生的序列长度为Na。第二层迭代使用第一层迭代产生的混沌序列作为初值生成各个脉冲中的混沌序列，选取参数C2、r2，这两个参数之中必须至少要有一个与第一层迭代中所选的参数不同，根据所要探测的距离选取每个脉冲中的混沌序列长度为Nr。混沌序列生成后送入累加器12进行累加，在每个脉冲开始时累加器12清零，然后在时钟信号的触发下顺序累加，累加结果送入正弦器14和余弦器13得到混沌调频基带信号。
也可用其它的方法生成混沌调频基带信号，例如把混沌序列送入压控晶振的输入端可得到混沌调频信号的中频信号，再与载波混频得到发射信号。具体选用什么方法产生混沌调频信号，根据实际情况而定。
如图3所示，为脉冲压缩单元5第一种实施例，脉冲压缩单元5，含有移位寄存器15、16，两个快速傅立叶变换器(FFT)151、161，匹配滤波器组和输出端10，其中，该匹配滤波器组由复数个匹配滤波器20、20a......20x组成，且顺序相连；匹配滤波器20含有移位寄存器16、乘法器17和快速傅立叶反变换器(IFFT)171，并有二个输入端第一输入端201和第二输入端202，以及二个输出端第一输出端203和第二输出端10。但匹配滤波器组的最后一个匹配滤波器20x只有一个输出端10。第一输入端201通过移位寄存器16与第一输出端203和乘法器17电连接，第二输入端202直接与乘法器17电连接，乘法器17电连接于快速傅立叶反变换器(IFFT)171，快速傅立叶反变换器(IFFT)171电连接于第二输出端10。移位寄存器15的输入端与解调单元4输出端电连接，其输出端与快速傅立叶变换器(FFT)151电连接，快速傅立叶变换器(FFT)151的输出端分别与匹配滤波器组的匹配滤波器20、20a......20x的第二输入端202、202a......202x电连接。另一快速傅立叶变换器(FFT)161的输入端与信号产生单元1的正弦器14和余弦器13电连接，快速傅立叶变换器(FFT)161的输出端与匹配滤波器组中第一匹配滤波器20的第一输入端201电连接。匹配滤波器组中，下一个匹配滤波器的第一输入端和上一个匹配滤波器的第一输出端电连接。快速傅立叶变换器(FFT)151的复数个输出端分别与匹配滤波器组的每个匹配滤波器20、20a......20x的移位寄存器16中的数据相乘，且结果分别接于复数个快速傅立叶反变换器(IFFT)171的输入端，快速傅立叶反变换器(IFFT)171的输出端即脉冲压缩单元5的输出端10可与信号处理器电连接，其输出数据供信号处理器使用。
先对信号产生单元1产生的每个脉冲的混沌调频基带信号，做为参考信号18由快速傅立叶变换器(FFT)161进行快速傅立叶变换，变换结果放入下面的匹配滤波器组中的第一个匹配滤波器20的移位寄存器16中，匹配滤波器组中匹配滤波器20的数量可根据需要具体选取。采样后的基带回波信号19顺序放入移位寄存器15，每存满一个脉冲由快速傅立叶变换器(FFT)151进行一次傅立叶变换，变换结果与移位寄存器16中的数值经乘法器17相乘，乘积由快速傅立叶反变换器(IFFT)171进行傅立叶反变换后，经输出端10送入信号处理器进行处理。每压缩完一个脉冲，匹配滤波器20中移位寄存器16的数据依次移入下一个匹配滤波器20a的寄存器16中，依此类推。根据傅立叶反变换结果的最大值位置，可确定发射信号到接收回波的时间差，从而确定雷达到目标的距离。根据傅立叶反变换的结果还可以进行其它种类的信号处理，如恒虚警检测等。
匹配滤波器20也可以采用时域相关方式，基本结构一致，也是采用匹配滤波器组，只是在现有结构中除去快速傅立叶变换器，同时把快速傅立叶反变换器变为加法器。
如图4所示，为脉冲压缩单元5第二种实施例，脉冲压缩单元5，含有移位寄存器15、16，匹配滤波器组和输出端10，其中，该匹配滤波器组由复数个匹配滤波器20组成，且顺序相连；匹配滤波器20含有移位寄存器16、乘法器17和累加器172，并有二个输入端，以及二个输出端；第一输入端201通过移位寄存器16与第一输出端203和乘法器17电连接，第二输入端202直接与乘法器17电连接，乘法器17电连接于累加器172，累加器172电连接于第二输出端10；匹配滤波器20是采用时域相关方式。
一移位寄存器15的输入端与解调单元4输出端电连接，其输出端分别与匹配滤波器组的匹配滤波器20、20a......20x的第二输入端202、202a......202x电连接；匹配滤波器组中第一匹配滤波器20的第一输入端201与信号产生单元1的正弦器14和余弦器13电连接；匹配滤波器组中，下一个匹配滤波器的第一输入端和上一个匹配滤波器的第一输出端电连接。一移位寄存器15的复数个输出端分别与匹配滤波器组的每个匹配滤波器20、20a......20x的移位寄存器16中的数据相乘，且结果分别接于复数个累加器172的输入端，累加器172的输出端即脉冲压缩单元5的第二输出端10，其与信号处理器电连接。
脉冲压缩单元5第二种实施例与第一种实施例的处理过程一致，在此不再进行说明。
本发明用混沌调频信号作为脉冲压缩雷达信号源的方法，包括以下步骤1)分别选定两层迭代所用的迭代关系式和相应参数，并输入混沌序列生成器11的高速DSP产生混沌序列；2)使用混沌序列进行频率调制得到混沌雷达信号，此信号分为两路，一路经调制单元2送入发射机3发射，另一路送入脉冲压缩单元5作为参考信号18；3)回波信号下变频后的基带回波信号19送入脉冲压缩单元5进行脉压得到输出信号，对输出信号可根据需要进行相应的信号处理。
权利要求
1.一种用混沌调频信号作为脉冲压缩雷达信号源的方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)把选取的参数输入高速DSP产生混沌序列；2)使用混沌序列进行频率调制得到混沌雷达信号；3)将混沌雷达信号分为两路，一路经调制单元送入发射机发射，一路送入脉冲压缩单元作为参考信号；4)将接收到的回波信号下变频后的基带信号送入脉冲压缩单元，进行脉压后，将信号输出，供分析使用。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)的混沌序列是使用下面的映射关系式Xn+1＝f(Xn)＝rxn+C(mod1)其中Xn∈
，C∈
，r为绝对值大于等于3的整数，或者r＝z-δ，其中z是绝对值大于等于2的偶数，10-3＞δ＞0，C为
内的任意数。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1)是使用两层的方法产生混沌序列，第一层产生的混沌序列作为各个脉冲中所用混沌序列的初值，第二层以第一层产生的混沌序列作为初值生成各个脉冲中的混沌序列。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，第二层必须使用映射关系式Xn+1＝f(Xn)＝rxn+C(mod1)产生混沌序列，如果第一层也使用了映射关系式Xn+1＝f(Xn)＝rxn+C(mod1)作为混沌映射，则两层中混沌映射的参数不同。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中的调制方式为调频，即在时钟信号的控制下把混沌序列进行相加，相加结果送入正、余弦单元后得到混沌调频信号的基带信号，然后用此基带信号对载波进行调相，得到混沌调频信号；或把混沌序列送入压控晶振的输入端，由压控晶振输出端得到混沌调频信号的中频信号，再将中频信号与载波混频，得到发射信号。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，脉冲压缩的时候使用混沌调频信号的基带信号作为参考信号，回波信号使用正交解调得到基带I/Q信号后送入脉冲压缩器。
7.一种产生混沌调频信号作为脉冲压缩雷达信号源的系统，分为信号产生单元、调制单元、发射/接收单元、解调单元以及脉冲压缩单元几大部分，其中，调制单元、发射/接收单元、解调单元和脉冲压缩单元顺序电连接；调制单元与解调单元之间连接有本振和90°移相电路；采样频率发生器的一输出端与解调单元电连接；其特征在于，信号产生单元含有混沌序列生成器、累加器、正弦器和余弦器；混沌序列生成器的输出端与累加器电连接，累加器的输出端分别与正弦器和余弦器电连接；正弦器和余弦器的一路输出与调制单元电连接，另一路输出与脉冲压缩单元电连接；混沌序列生成器、累加器分别与采样频率发生器的输出端电连接。
8.按照权利要求7所述的系统，其特征在于，所述脉冲压缩单元，含有移位寄存器、两个快速傅立叶变换器、匹配滤波器组和输出端，其中，该匹配滤波器组由复数个匹配滤波器组成，且顺序相连；匹配滤波器含有移位寄存器、乘法器和快速傅立叶反变换器，并有二个输入端，以及二个输出端；第一输入端通过移位寄存器与第一输出端和乘法器电连接，第二输入端直接与乘法器电连接，乘法器电连接于快速傅立叶反变换器，快速傅立叶反变换器电连接于第二输出端；一移位寄存器的输入端与解调单元输出端电连接，其输出端与第一快速傅立叶变换器电连接，第一快速傅立叶变换器的输出端分别与匹配滤波器组的匹配滤波器的第二输入端电连接；第二快速傅立叶变换器的输入端与信号产生单元的正弦器和余弦器电连接，其输出端与匹配滤波器组中第一匹配滤波器的第一输入端电连接；匹配滤波器组中，下一个匹配滤波器的第一输入端和上一个匹配滤波器的第一输出端电连接；第一快速傅立叶变换器的复数个输出端分别与匹配滤波器组的每个匹配滤波器的移位寄存器中的数据相乘，且结果分别接于复数个快速傅立叶反变换器的输入端，快速傅立叶反变换器的输出端即脉冲压缩单元的第二输出端，其与信号处理器电连接。
9.按照权利要求8所述的系统，其特征在于，所述匹配滤波器组的最后一个匹配滤波器只有一个输出端。
10.按照权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述脉冲压缩单元，含有移位寄存器、匹配滤波器组和输出端，其中，该匹配滤波器组由复数个匹配滤波器组成，且顺序相连；匹配滤波器含有移位寄存器、乘法器和加法器，并有二个输入端，以及二个输出端；第一输入端通过移位寄存器与第一输出端和乘法器电连接，第二输入端直接与乘法器电连接，乘法器电连接于加法器，加法器电连接于第二输出端；匹配滤波器采用时域相关方式；一移位寄存器的输入端与解调单元输出端电连接，其输出端分别与匹配滤波器组的匹配滤波器的第二输入端电连接；匹配滤波器组中第一匹配滤波器的第一输入端与信号产生单元的正弦器和余弦器电连接；匹配滤波器组中，下一个匹配滤波器的第一输入端和上一个匹配滤波器的第一输出端电连接；一移位寄存器的复数个输出端分别与匹配滤波器组的每个匹配滤波器的移位寄存器中的数据相乘，且结果分别接于复数个加法器的输入端，加法器的输出端即脉冲压缩单元的第二输出端，其与信号处理器电连接。
全文摘要
本发明用混沌调频信号作为脉冲压缩雷达信号源的方法，属于脉冲压缩雷达系统技术领域。该方法包括如下步骤1)把选取的参数输入高速DSP产生混沌序列；2)使用混沌序列进行频率调制得到混沌雷达信号；3)将混沌雷达信号分为两路，一路经调制单元送入发射机发射，一路送入脉冲压缩单元作为参考信号；4)将接收到的回波信号下变频后的基带信号送入脉冲压缩单元，进行脉压后，将信号输出，供分析使用。使用本发明的方法能产生数量巨大的不相关序列，可在脉冲间实现波形捷变，使雷达具有较高的抗干扰性能。
文档编号G01S13/00GK1740811SQ200410057148
公开日2006年3月1日 申请日期2004年8月27日 优先权日2004年8月27日
发明者丁凯, 杨汝良 申请人:中国科学院电子学研究所