混合混沌的低截获通信系统设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种混合混沌的低截获通信系统设计方法。该方法首先实现数字通信系统的序列混沌系统设计，产生数字混沌序列，同时根据信道的特征，实现载波连续混沌信号的产生，通过数字混沌序列与连续混沌的级联，实现混合混沌系统的设计；接收端首先实现连续混沌信号的检测，生成数字序列，然后实现离散混沌序列的解调。由于其数字混沌的时域波形与频域具有平坦性，与噪声的谱类似，具有很强的隐蔽特性；连续混沌信号的功率谱与环境的噪声非常类似，同时其获得截获的机会非常低，实现两者的级联，在一定程度上极大的提高的隐蔽的性能。

【技术实现步骤摘要】
混合混沌的低截获通信系统设计方法
本专利技术涉及低截获概率通信波形设计，尤其是涉及一种混合混沌的低截获通信系统设计方法。
技术介绍
水下低截获通信声呐着重在于信息的保密能力以及接收端的还原能力。虽然近些年低截获声呐通信系统发展较快，然而大部分是具有特性形式的信号。由于水声信道的特点使得相同声源级的信号并不能实现在不同距离上的低截获通信。基于此，提出了通过混沌信号作为信息载体的方法，这种通信方式允许通信信号被检测到，但是识别时会被当作海洋生物噪声探测，达到低截获通信的目的，然而这种方法携带信息较少，并不利于实时通信。针对传统的海洋低截获通信存在的问题，本专利技术提出了一种拟合混沌信号的方法，可以将信息隐藏在信号的混沌波形中，实现隐蔽效果的增强。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种混合混沌的低截获通信系统设计方法，采用离散混沌与连续混沌级联的方式产生传输声音信号，这样可以将信息隐藏在信号的混沌波形中，这样可以大大提高了信息的保密能力。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种混合混沌的低截获通信系统设计方法，包括以下步骤：1)、通过混沌映射，数字混沌系统产生数字混沌序列；2)、根据信道的特征，连续混沌系统产生载波连续混沌信号；3)、将数字混沌序列输送到连续混沌系统中，实现数字混沌序列与连续混沌信号的级联，产生混合混沌信号；4)、发送端发送混合混沌信号；5)、接收端首先检测连续混沌信号，生成数字序列；6)、然后接收端进行数字混沌序列的解调。由于其数字混沌的时域波形与频域具有平坦性，与噪声的谱类似，具有很强的隐蔽特性；连续混沌信号的功率谱与环境的噪声非常类似，同时其获得截获的机会非常低，实现两者的级联，在一定程度上极大的提高的隐蔽的性能。以下从混沌序列以及混沌信号的平均模糊函数等方面对混沌系统进行分析(1)典型的混沌序列及运动特征分析自从Lorenz发现混沌系统以来，人们建立了多种混沌系统模型，从混沌映射的维数角度出发，有一维、二位和多维的。按时域的特点又分为连续和离散混沌系统，研究较为集中的一维离散混沌系统主要有以下四种，分别为：Logistic映射、改进的Logistic映射、Chebyshev映射以及Tent映射，本专利技术以改进的Logistic映射为例，产生混沌序列。改进的Logistic映射又称抛物线映射，是一维映射中较常用的一种，改进的Logistic映射的差分方程描述为：xn+1＝1-2xn2,-1＜xn＜1改进的Logistic映射主要的性质有：①不变测度②均值由于其均值为零，因此改进的Logistic映射又称零均值Logistic映射，序列二值化判决门限ξ＝0。③自相关函数④互相关函数考虑两个混沌序列{x1,k；k＝0,1,2,…}和{x2,k；k＝0,1,2,…}，其互相关函数为：图8是改进的Logistic映射有限长序列的自相关函数以及互相关函数图。仿真时所采用的序列为改进的Logistic映射，分形参数r＝4，序列长设定为128位。初值分别为0.32和0.64。对于改进的Logistic映射，其自相关函数都是一个δ函数(冲击函数)，互相关函数恒为零，与白噪声的统计特性一致，但需要注意的是，混沌序列是非周期的无限长序列，但在现有计算机(寄存器)或硬件电路中，以及通信中传输的信息序列均是位数和长度有限的序列，因此混沌序列就存在长度和截断的问题。(2)混沌信号的平均模糊函数一般来说，具有随机特性的声呐波形采用平均模糊函数AAF(AverageAmbiguityFunctinn)的形式，但是考虑到实际中声呐信号处理方式和处理时间的约束，这里采用样本平均方式来进行计算。混沌信号的平均模糊函数如式所示：式中i表示第i个样本函数，M代表样本个数，χi(τ,ξ)代表模糊函数。模糊函数定义为：令xi(t)xi(t+τ)＝yi(t,τ)，则上式可以写为：对于离散信号，yi(t,τ)可以写为yi(m,n)，可以得到yi(m,n)＝xi(m)xi(m+n)m代表离散时间变量，n对应延迟时间变量，由此可以得出：在实际运算中，令可以得到平均模糊函数为：以中心值为零对称分布的Logistic映射函数为例，即：设信号初值为x0＝0.49。可以得到模糊函数图如图4所示。从上面的技术描述和仿真中，可以得到混沌系统可用来产生类噪声信号和声呐波形，而且某些混沌连续波的平均模糊函数具有或逼近理想“图钉型”，因此它在噪声声呐系统中有着广泛的应用前景。截断混沌序列信号理论上也具有较好的模糊图形状，在时域和频域具有可观的主旁瓣比和较好的距离和速度分辨力，加之混沌系统对初值的敏感性，使得混沌声呐信号网具有极强的抗干扰性和极低的截获概率。因此，混沌序列在低截获系统中具有广泛的应用前景。为克服在非相干解调时存在门限漂移的问题，本专利技术采用混沌键控(DCSK)调制，图5是离散时域的DCSK调制器系统框图，DCSK调制中，每个比特时间被分为两个时隙，第一个时隙来发送一段混沌序列作为参考信号，第二个时隙发送经信息信号调制的混沌信号，如果发送的信息比特为“+1”，则两个时隙的信号是相同的混沌信号，如果发送的信息比特为“-1”，则信息段和参考信号段相位相反。换言之，DCSK将要发送的信息比特隐藏在两段信号的相位差内。以双极性二进制比特信息为例，DCSK系统发送端的信号可以表示为：其中β表示每个时隙内传输信号的采样点数，根据扩频因子(SpreadingFactor，SF)的定义，DCSK系统中SF＝2β。为恢复bk，接收端将接受的信号ri与自身延时β后的信号ri-β进行相关运算，如图6为DCSK解调器的系统框图。相关器输出为：假定传输信号在信道中只受到加性高丝白噪声影响，则上式中ri可表示为：ri＝si+ξi其中,ξi服从高斯分布。将ri＝si+ξi代入上式，可得到接收端输出，判决器需要判决的变量Zk式中，第一项的符号由当前传输的信息比特的符号决定。若传输的信息比特为“+1”，则第一项为正；若传输的信息比特为“-1”，则第一项为负。其余项数学期望均为零，因此将判决器的判决门限设置为零，则恢复信号为：其中，sign[·]表示符号函数。本专利技术通过所述连续混沌系统产生连续混沌调频信号，将信号信息产生的波形用调频的方式实现波形的信息隐藏与发送，所述连续混沌调频信号的数学表达式为：其中0≤t≤T1，T1为积分时间，m为调频指数，f0为中心频率，为连续混沌信号，连续混沌信号为调制信号，由连续混沌系统产生，调频指数将扩大倍后，经过积分器，由相位调制器输出调频信号作为连续混沌调频信号；通过混沌状态变量集合的状态函数作为状态变量集合，调控压控振荡器的频率输出所要产生的CCFMS信号；其中CCFMS的相位为：则可以得到：通过连续混沌信号对正弦振荡器进行非线性祸合，使得正弦振荡器直接输出连续混沌调频信号。采用上述技术方案后，本专利技术具有如下优点：本专利技术提出实现数字通信系统的序列混沌系统设计，产生数字混沌序列，同时根据信道的特征，实现载波连续混沌信号的产生，通过数字混沌序列与连续混沌的级联，实现混合混沌系统的设计；接收端首先实现连续混沌信号的检测，生成数字序列，然后实现离散混沌序列的解调。由于其数字混沌的时域波形与频域具有平坦性，与噪声的谱类似，具有很强的隐蔽特性；连续混本文档来自技高网...

【技术保护点】
混合混沌的低截获通信系统设计方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：1)、通过混沌映射，数字混沌系统产生数字混沌序列；2)、根据信道的特征，连续混沌系统产生载波连续混沌信号；3)、将数字混沌序列输送到连续混沌系统中，实现数字混沌序列与连续混沌信号的级联，产生混合混沌信号；4)、发送端发送混合混沌信号；5)、接收端首先检测连续混沌信号，生成数字序列；6)、接收端进行数字混沌序列的解调。

【技术特征摘要】
1.混合混沌的低截获通信系统设计方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：1)、通过混沌映射，数字混沌系统产生数字混沌序列；2)、根据信道的特征，连续混沌系统产生载波连续混沌信号；3)、将数字混沌序列输送到连续混沌系统中，实现数字混沌序列与连续混沌信号的级联，产生混合混沌信号；4)、发送端发送混合混沌信号；5)、接收端首先检测连续混沌信号，生成数字序列；6)、接收端进行数字混沌序列的解调。2.如权利要求1所述的混合混沌的低截获通信系统设计方法，其特征在于：通过DCSK调制将要发送的信息比特隐藏在两段信号的相位差内，每个比特时间被分为两个时隙，第一个时隙来发送一段混沌序列作为参考信号，第二个时隙发送经信息信号调制的混沌信号，如果发送的信息比特为“+1”，则两个时隙的信号是相同的混沌信号，如果发送的信息比特为“-1”，则信息段和参考信号段相位相反。3.如权利要求1所述的混合混沌的低截获通信系统设计方法，其特征在于：通过所述连续混沌系统产生连续混沌调频信号，将信号信息产生的波形用调频的方式实现波形的信息隐藏与发送，所述连续混沌调频信号的数学表达式为：其中0≤t≤T1，T1为积分时间，m为调频指数，f0为中心频率，为连续混沌信号，连续混沌信号为调制信号，由连续混沌系统产生，调频指数将扩大倍后，经过积分器，由相位调制器输出调频信号作为连续混沌调频信号；通过混沌状态变量集合的状态函数作为状态变量集合，调控压控振荡器的频率输出所要产生的CCFMS信号；

【专利技术属性】
技术研发人员：黄清华，陈幼娥，苗永春，
申请(专利权)人：厦门声戎科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35