混沌調相鋸齒波調頻近程探測系統抗海雜波干擾研究

馮小勤 魏東旭

摘要：傳統近程探測系統容易受到海雜波的干擾，影響系統對海面目標的探測識別。文章設計了一種全新體制的混沌調相鋸齒波調頻復合近程探測系統，系統較好的利用了混沌的短時隨機性和長時確定性，可以實現對目標的精確定距測量，并且有著較強的抗干擾能力。通過仿真，采用零記憶非線性變化法（ZMNL）產生了具有統計特性的瑞利海雜波，并將之加入目標回波中，驗證了文章設計的復合探測系統的抗海雜波干擾能力。

關鍵詞：混沌;近程探測;抗干擾;瑞利

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）31-0226-03

1研究背景

無線電近程探測系統工作在低空狀態，對海面目標進行定距識別時，會接收到較強的海面雜波信號。強的海面雜波信號往往會淹沒真正的目標信號，且目標信號只有在目標進入近程探測系統的天線波束主波束范圍內才存在，而海面雜波信號會出現的更早，將一直持續到系統工作結束。無線電近程探測系統接收到的海面雜波信號嚴重干擾目標信號。因此，如何設計一種全新體制的探測系統，能夠克服強的海雜波影響，是近程探測工作的技術關鍵。

文章設計了一種基于混沌調相鋸齒波調頻的復合近程探測系統，系統較好的利用了混沌的短時隨機性和長時確定性，在常規線性調頻的基礎性上對發射信號進行混沌相位調制。系統有著較強的定距能力和抗干擾能力。

2混沌調相鋸齒波調頻系統

混沌調相鋸齒波調頻復合探測系統的原理框圖如圖1所示，它由混沌碼發生器、線性調制器、混頻器、相關器及信號處理電路等部分組成。

線性調制器產生一定頻率的線性鋸齒波信號，此信號進入固態源，形成受鋸齒波調制的鋸齒波調頻信號u（t）。在時鐘的作用下，混沌碼產生器通過Logistic映射并整形，生成一定寬度的混沌碼s（t），對鋸齒波調頻信號進行相位調制，調制后的信號Ut（t）作為經過功率放大，作為系統的發射信號，由發射天線輻射到空間中。發射信號Ut（t）遇到探測目標后，部分能量被反射并被探測系統的接收天線接收。將接受到的回波信號與系統原鋸齒波調頻信號Ul（t）進行混頻解調，在混頻器輸出端可解調出攜帶探測目標距離信息的混沌碼的延時碼。經恒虛警放大后，進入相關器里設定的相關碼與信號相關，進而實現定距的目的。

3海雜波的產生

根據近程探測系統海雜波產生的機理，雜波可以分為幅度上服從Rayleigh分布、LogNormal分布、Weibull分布和K分布的雜波，還有功率譜分布上為Gaussian型、Cauchy型、AllPole型的雜波等。

海面目標的探測是近程探測的一個關鍵分支，實測海雜波數據是近程探測研究中的一個非常重要的參數，對海面目標近程探測系統的研究有著非常重要的指導價值。然而，由于此數據大都對外保密，所以我們很難得到一手的實測海雜波數據。所以在相關研究中，涉及海雜波的相關研究時，可以采用仿真的方法產生各式具有統計特性的海雜波數據。海雜波仿真的實質就是產生符合給定統計特性的雜波序列。常用方法有ZMNL法和SIRP法，即零記憶非線性變化法和球不變隨機過程法。在此使用ZMNL法實現雜波仿真。

3.1ZMNL法

ZMNL法即零記憶非線性變化法，此方法的設計思路為：首先對高斯白噪聲進行濾波處理，使高斯序列具有一定的相關性，然后選擇不同參數的零記憶非線性變換對此相關高斯序列進行變換，得到各式幅度服從統計特性的海雜波數據。

ZMNL法生成海雜波的具體步驟為：

圖5和圖6中，紅色線為理論的瑞利雜波幅度分布和頻譜，藍色線為仿真產生。由圖可見仿真產生的瑞利雜波的幅度分布和頻譜均和理論值有著較好的擬合。

4混沌調相鋸齒波調頻近程探測系統抗瑞利雜波仿真分析

為了驗證文章設計的復合探測系統抗瑞利海雜波的性能，我們將瑞利雜波信號加入探測系統回波，進行仿真。

混沌調相鋸齒波調頻復合近程探測系統中，探測系統和目標的初始距離設為10.5m，探測系統載體的運動速度為2000m/s，系統本地延時50ns;混沌序列采用Logistic混沌，混沌碼元寬度50ns;鋸齒波頻率100kHz，頻偏5MHz;調制頻率為1GHz。為了更好地驗證系統的抗海雜波干擾能力，瑞利雜波標準差取6。

圖7為仿真產生的混沌調相鋸齒波調頻近程探測系統的回波波形，圖8為標準差為6的瑞利雜波波形。

圖9為含有瑞利雜波的探測系統回波波形，從波形圖可以看出，回波信號已經完全被瑞利海雜波信號所淹沒。圖10為通過文章近程探測系統工作后，含有瑞利海雜波的回波信號解調波形。

我們將解調波形和本地的延時混沌碼進行相關，可以得到圖11的相關波形。

系統本地延時50ns，故理論定距距離為7.5m。而由圖11，實際仿真相關峰最大值時間為1.549ms，所以經計算，定距距離為7.402m。在強海雜波干擾下，定距的誤差僅為0.098m，證明了文章設計符合近程探測系統確實有著較強的抗干擾能力。

5結束語

文章首先對混沌調相鋸齒波調頻復合近程探測系統的工作原理進行了參數。推導了ZMNL法產生海雜波的步驟，并用此方法產生了瑞利海雜波，從仿真產生的雜波參數來看，和理論結果有著較好的重合度。最后，我們將產生的瑞利海雜波加入設計的復合探測系統，通過仿真，驗證了此體制近程探測系統的抗海雜波干擾能力。