基于混沌序列的射頻隱身跳頻周期設計方法

楊宇曉+左瑞芹

摘要： 為提高跳頻系統的射頻隱身性能， 利用信號參數的不確定性策略， 提出了一種基于混沌序列的射頻隱身跳頻周期設計方法。 該方法采用Logistic映射生成混沌序列， 并將其在跳頻周期空間進行映射， 以實現對跳頻信號的跳頻周期參數控制。 仿真結果表明， 本文所提方法的不確定性遠優于傳統固定周期方法， 具有更好的射頻隱身性能。

關鍵詞： 射頻隱身； 混沌序列； 跳頻周期

中圖分類號： TN914.41文獻標識碼： A文章編號： 1673-5048（2016）05-0034-05

Abstract： In order to improve the RF stealth performance of frequency hopping system， a design method for hopping cycle of RF stealth based on chaotic sequences is proposed by using the uncertainty strategy of signal parameters. In this design， the chaotic sequences are generated by Logistic mapping， and the frequency hopping cycle space is mapped to achieve the control on hopping cycle parameters of hopping signals. The simulation results show that the proposed method is much better than the traditional fixed cycle method， it has better RF stealth performance.

Key words： RF stealth； chaotic sequence； hopping cycle

0引言

射頻隱身技術是近年來發展的一種新型隱身技術， 主要用以對抗無源探測系統。 該技術通過對平臺搭載的主動輻射源進行特征控制， 從而避免其被無源探測系統截獲、 分選識別和定位。 射頻隱身相比雷達隱身和紅外隱身[1]有所不同， 并非無限制的降低目標特征， 而是在滿足設備功能、 性能要求的基礎上對目標特征進行有效控制， 提高其低被截獲性能[2-4]。

最大不確定策略是射頻隱身設計的重要方法[5]， 通過使主動輻射源參數的不確定性最大， 使敵方偵察設備無法預估， 從而提高信號的抗分選識別能力。 跳頻通信信號即利用其頻率特征的不確定變化， 來實現信號的低被截獲， 其頻率的不確定性主要由跳頻序列性能來加以保證。 1974 年， Lempel 和Greenberger 給出了跳頻序列最大周期漢明自相關理論界， 即著名的Lempel-Greenbeger 界[6]。 Niu Xianhua[7]等建立了低碰撞區跳頻序列周期部分漢明相關函數的理論界。 為得到具有優良性質的跳頻序列， 國內外學者采用各種序列構造方法， 使序列逼近理論界。 Cai Han等人[8]提出了基于局部漢明相關上界的嚴格最優跳頻序列集， 并給出了新的結構參數。 Chung Jinho等人[9]利用笛卡爾積構造了一類新的滿足Peng-Fan-Lee 界最優的低碰撞區跳頻序列集。

跳頻通信雖具有較好的低截獲性能， 但其跳頻周期多為固定值， 敵方仍可通過跳頻頻率集、 跳頻速率及跳頻網屬等特征參數進行估計， 實現跳頻信號的截獲及分選。 因此， 單純采用隨機化跳頻序列的方法， 并不能夠完全解決跳頻信號的低截獲問題。 為進一步降低跳頻系統截獲概率， 嚴季等[10]利用變跳速（周期）、 變間隔的“雙跳”方法， 提出了一種具有更優抗截獲性能的跳頻系統。 本文利用最大信號不確定性策略， 將混沌思想引入跳頻信號設計中， 利用混沌序列的偽隨機、 類噪聲特性來進行跳頻周期設計， 以實現跳頻序列周期的隨機變化， 提高跳頻系統的抗截獲能力。

1混沌序列

混沌通信的保密性能好， 具有巨大的應用前景和研究潛力， 是21世紀通信技術的一個重要方向。 目前混沌通信主要分為四大類： 混沌擴頻、 混沌鍵控、 混沌參數調制和混沌掩蓋。 其中混沌擴頻技術的關鍵是產生具有逼近于高斯白噪聲統計特性的混沌擴頻序列。

本文的基本思想是以跳頻周期為設計對象， 通過不確定設計方法， 實現跳頻周期的隨機變化， 從而進一步提高其抗截獲性能。 混沌序列固有的偽隨機、 類噪聲特性， 與本文的基本思想十分吻合， 并且由于混沌序列初值敏感性、 保密性能十分優異。 因此， 將混沌擴頻序列引入跳頻信號設計中， 利用混沌擴頻序列對跳頻信號的跳頻周期進行控制。

5.3仿真結果

將本文設計的方法與傳統的固定跳頻周期方法進行對比， 對比結果如下所示。

5.3.1仿真1： 跳頻周期性能比較

跳頻周期對跳頻信號的截獲識別具有重要意義， 由于跳頻信號時間間隔的不同， 其跳頻周期也不相同。 對具有相同均值的變周期方法和固定周期方法進行了仿真計算， 兩種跳頻周期曲線如圖3所示。

由仿真數據可知， 本文所提方法的跳頻周期在取值范圍內按照混沌序列隨機變化， 敵方截獲系統無法提前預知。

5.3.2仿真2： 跳頻周期不確定性比較

由第2節可知， 可以利用信息熵對信號的不確定性進行定量分析。 針對變周期方法和固定周期方法， 分別利用式（2）進行了仿真計算， 兩種方法的熵值對比如表4所示。

由于固定周期方法的所有跳頻周期均為定值， 沒有不確定性， 因此其熵值為0。 由表4可知， 變周期方法的熵值為2.477， 其不確定性遠優于固定周期方法， 即變周期方法具有更優的射頻隱身性能。

5.3.3仿真3： 截獲概率性能比較

截獲概率可用于衡量跳頻通信信號的射頻隱身性能， 截獲概率越低， 射頻隱身性能越好。 為驗證混沌序列變周期方法的有效性， 針對固定周期方法、 隨機序列變周期和混沌序列變周期三種方法分別進行了仿真計算， 仿真參數設置為： MF=11.2 m2； PI=-113 dBW； CO=0.477； DI=0.001； TI=5 s。 三種策略下的截獲概率均值如表5所示。

由仿真數據可知， 固定周期方法的截獲概率均值最高， 隨機序列和混沌序列變周期方法的截獲概率均值得到了降低。 因此， 通過對跳頻周期的控制， 可以降低跳頻信號的截獲概率， 提高信號的射頻隱身能力。

6結論

從提高跳頻周期的不確定性入手， 提出了一種基于混沌序列的射頻隱身跳頻周期設計方法。 該方法利用Logistic映射產生具有混沌特性的隨機序列， 并將該序列在跳頻周期空間中進行映射， 生成實際可用的發射時間間隔序列， 對跳頻信號的跳頻周期參數進行控制。 仿真結果表明， 與傳統的固定跳頻周期方法相比， 本文提出的基于混沌序列的變跳頻周期設計方法具有更大的熵值， 因此射頻隱身性能更優。 但變周期方法涉及的計算量和硬件資源較多， 因此， 對硬件平臺提出了更高要求。

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