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混沌信号处理在雷达和通信对抗中的应用

甘建超  
【摘要】:现代雷达和通信技术的发展使得电子对抗需要新的概念、新的理论、新的技术。混沌学的出现,给科学界吹来了一股春风,也给电子对抗领域带来了希望。根据现代电子战的特殊性以及混沌理论自身发展和完善的需要,本文将以跳频码为主要研究对象,采用混沌等非线性理论研究跳频码侦察干扰、微弱信号检测以及混沌干扰的新原理和新技术。本文的主要研究成果体现在: 1、提出了加权滤波处理的算法。加权滤波算法即采用对观测时间序列Jaccobi矩阵的大特征根赋予小权值而对小特征根赋予大权值的方法,实现混沌信号与高斯噪声的分离。通过对含有噪声的实际跳频码数据进行数值仿真,验证了该方法的合理性。 2、深入研究了混沌信号的统计特性和频谱特性。经过研究发现,Ulam混沌映射具有与高斯白噪声相同的谱,说明白噪声还存在非高斯分布形式。 3、深入研究了非线性预测方法。(1)具体分析了S-M算法中几个参数设置的特点;(2)首次提出了基于邻近点的非线性自适应预测模型,同时将这种算法推广到多步预测;(3)首次采用经验模态分解技术预测跳频码,即将一个复杂难以预测的时间序列分解为几个相对容易预测的本征函数,然后分别预测这些本征函数,最后重构出时间序列的估计值;(4)应用基于邻近点的非线性自适应预测模型验证了观测时间序列存在数据缺损时的预测效果,并提出了相应的解决办法。 4、深入研究了非线性滤波方法。(1)在S-M预测模型的基础上,发展了S-M滤波算法;(2)在基于邻近点自适应预测模型的基础上,提出了基于邻近点的自适应滤波算法;(3)成功地采用S-M滤波算法和基于邻近点的自适应滤波算法检测出复杂跳频码中的错误数据。 5、深入研究了实际侦收到的跳频码的混沌特性,提出了跳频码的混沌模型。(1)研究了跳频通信没有噪声的跳频码、含噪跳频码、捷变频雷达跳频码的奇异吸引子,计算了吸引子关联维和最大Lyapunov指数、验证了可预测性,结果证明跳频码具有混沌特征;(2)研究了多个混沌系统组成一个新序列的混沌特性,结果表明新序列仍然是一个混沌序列,但是混沌不变量的数值变了。 6、深入研究了非线性检测与识别方法。(1)根据动力学理论,提出了雷达 WP=6 信号的时变动力学模型,利用这个模型可以对已经分选出来的雷达信号进行定性和定量分析;(2)提出了快速计算自相似性指数的算法,并利用噪声和正弦波分别具有自相似性和不具有自相似性的特点,成功地检测到淹没在噪声中的目标回波;(3)提出了一种非线性动力学滤波检测模型。由于这种滤波模型能够很好地捕获复杂时间序列的动力学,将杂波和目标回波的动力学区分开来,因此可以用来检测微弱信号;(4)分析了Duffing振子动力学系统随参数变化的特性。利用系统在临界参数附近变化时会出现混沌到大周期相变的特征,结合相位编码信号的特点,研究了检测复杂雷达信号的技术。 7、首次研究了混沌干扰原理和技术。(1)提出了混沌噪声干扰的概念和原理;(2)根据用混沌噪声对窄带信号进行调制可以得到宽带噪声的特点,提出了混沌噪声调制干扰原理;(3)利用混沌谐振系统具有丰富谐波分量的特点,提出了谐波干扰原理;(4)利用对噪声进行相参周期复制可以实现噪声能量的部分积累而且这些能量以等间隔方式分布的特点,提出了混沌噪声积累干扰原理。


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