CN108089163A - 基于光学双稳混沌模型的跳频雷达发射周期设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光学双稳混沌模型的跳频雷达发射周期设计方法其特征是，以最大化雷达***跳频周期的不确定性为优化目标，利用混沌理论中的光学双稳模型产生具有伪随机、类噪声和非周期特性变化的混沌序列，并将该序列在雷达跳频周期空间中进行映射和归一化处理，从而对雷达跳频发射周期进行自适应优化设计。本发明所达到的有益效果是：利用光学双稳混沌模型对雷达跳频发射周期进行优化设计，生成具有伪随机、类噪声和非周期特性变化的跳频周期，最大化跳频雷达信号参数的最大不确定性，从而提升雷达***的射频隐身性能。

Description

基于光学双稳混沌模型的跳频雷达发射周期设计方法

技术领域

本发明涉及一种基于光学双稳混沌模型的跳频雷达发射周期设计方法，属于雷达跳频周期设计技术领域。

背景技术

在现代电子战中，隐身性是飞行器提高生存和突防能力的关键因素，也是确保战争中先敌发现、先敌攻击的重要条件。自20世纪70年代中期美国国防部预先研究计划局率先开展飞机隐身技术的相关研究工作以来，经过近半个世纪的发展，世界各军事强国在飞机隐身技术上都取得了长足的进步和发展，各种新的隐身战机层出不穷，隐身飞机在现代战场上发挥着日益重要的作用。隐身飞机的杰出代表是美国的F-117A隐身战斗机，B-2隐身轰炸机和F-22先进战术隐身战斗机，它们分别代表了隐身飞机不同的历史阶段和隐身技术的发展方向。纵观隐身飞机的发展历程，飞机隐身技术包括雷达隐身技术、红外隐身技术、声隐身技术、可见光隐身技术、激光隐身技术和射频隐身技术等。

其中射频隐身技术是近年来被提出来的一种新的隐身技术，用以对抗无源探测***，目的就在于让敌方处于不断的猜测中，当敌方发现目标时，以为时已晚。无源探测***在不发射电磁波的前提下，能够探测很远的距离，具有较强的隐蔽性，对飞机的生存能力构成了严重威胁。随着隐身技术的发展和应用，在未来战场上将出现愈来愈多、性能优良的各种隐身武器，打破已形成的攻防平衡，推动防御***中的各种探测***发生重大变革，并不断推动隐身技术的发展。

射频隐身技术是指射频辐射信号的目标特征减缩控制技术，目的是增大敌方射频无源探测***信号检测、分选识别的难度，实现武器平台相对于敌方射频无源探测***的“隐身”。飞机射频有源传感器辐射的射频信号的传播及其被无源探测***检测、处理的过程示意图如图1所示。

最大不确定性策略是射频隐身设计的重要方面，通过一定策略使射频辐射信号参数的不确定性最大化，使敌方无源探测***难以侦知，从而提高射频信号的抗截获、抗分选和抗识别性能。跳频雷达利用跳频序列实现雷达信号频率特征的伪随机变化，从而保证信号的射频隐身性能。

传统方法虽然提出了雷达跳频信号设计思想，增大了雷达信号参数的不确定性，提升了其射频隐身性能，但这些方法并未考虑跳频发射周期的不确定性，其采用的跳频周期均为固定值，敌方无源探测***仍可通过跳频速率、跳频频率集等特征参数对雷达信号进行估计，实现机载雷达跳频信号的截获、分选和识别。另外，目前常用的Logistic混沌映射虽然具有很好的序列随机性，但其应用广泛且形式过于简单，敌方极易攻击并破译，安全性能很差；而由光学双稳混沌映射直接生成的雷达跳频周期容易出现扎堆现象。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于光学双稳混沌模型的跳频雷达发射周期设计方法，利用光学双稳混沌模型对雷达跳频发射周期进行优化设计，生成具有伪随机、类噪声和非周期特性变化的跳频周期，最大化跳频雷达信号参数的最大不确定性，从而提升雷达***的射频隐身性能。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种基于光学双稳混沌模型的跳频雷达发射周期设计方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤1)根据射频隐身最大不确定性策略，确定光学双稳混沌模型参数及***初值；

步骤2)以最大化跳频雷达发射周期的不确定性为优化目标，采用光学双稳混沌模型进行跳频雷达发射周期设计，生成光学双稳混沌序列；

步骤3)设计并确定跳频雷达发射周期序列；

步骤4)衡量跳频雷达发射周期的不确定性，以得到具有最大不确定性的跳频雷达发射周期。

前述的一种基于光学双稳混沌模型的跳频雷达发射周期设计方法，其特征是，所述步骤1)中具体内容为：获取光学双稳混沌模型的参数A、B和***初值x₀，保证所生成的序列具有伪随机、类噪声和非周期特性。

前述的一种基于光学双稳混沌模型的跳频雷达发射周期设计方法，其特征是，所述步骤2)中光学双稳混沌模型如下x_k+1＝Asin²(x_k-B)，式中，A和B为***参数，x_k表示第k次迭代的序列值，x_k+1表示第k+1次迭代的序列值；

对于所有的x_k，在给定参数A、B以及***初值x₀的情况下，通过光学双稳混沌模型的迭代计算可以获得任意长度的光学双稳混沌序列。

前述的一种基于光学双稳混沌模型的跳频雷达发射周期设计方法，其特征是，所述步骤3)包括如下步骤：

31)确定两个混沌序列：分别在***初值和下产生混沌序列和N为混沌序列内的个数；

32)根据固定调频周期，对混沌序列对差并进行归一化处理；

33)根据步骤32)处理的结果确定跳频周期。

前述的一种基于光学双稳混沌模型的跳频雷达发射周期设计方法，其特征是，所述步骤32)包括如下内容：

将两个混沌序列做差值，生成具有伪随机、类噪声和非周期特性变化的混沌序列如下：

前述的一种基于光学双稳混沌模型的跳频雷达发射周期设计方法，其特征是，所述步骤33)包括如下内容：

设定传统跳频雷达的固定跳频周期为T_a，将混沌序列在雷达跳频周期空间中进行映射并归一化处理如下：其中，为光学双稳混沌序列在跳频周期空间中的映射序列；

跳频雷达按照映射序列对跳频信号的发射周期进行自适应控制。

前述的一种基于光学双稳混沌模型的跳频雷达发射周期设计方法，其特征是，所述步骤4)中的具体内容为：

雷达***发射信号参数的不确定性利用熵来表征，信号参数的不确定性越大，其熵值也就越大，熵的数学表达式如下：式中，T＝{T₁,T₂,…,T_i,…,T_N}表示所有跳频周期所组成的集合，h(T)表示跳频周期的熵值，p(T_i)是T_i的概率密度函数。

本发明所达到的有益效果：1)本方法既保证了跳频雷达信号参数的最大不确定性，提升了跳频雷达的射频隐身性能，而且光学双稳混沌模型安全性好，不易被攻击；2)本方法根据混沌序列的初值敏感性，将两个不同***初始值所产生的光学双稳混沌序列做差值，克服了传统光学双稳映射直接生成混沌序列的扎堆现象，并在雷达跳频周期空间中进行映射和归一化处理，以得到具有最大不确定性的跳频雷达发射周期；3)采用的光学双稳混沌模型形式较为复杂，安全性更好，难以被敌方攻击和破译；4)不仅满足雷达信号参数的最大不确定性，有利于提升跳频雷达的射频隐身性能，而且光学双稳混沌模型安全性好，不易被攻击和破译。

附图说明

图1是飞机射频辐射信号被无源探测***截获过程示意图；

图2是跳频雷达发射周期设计流程图；

图3是初始值为0.5时的光学双稳混沌序列；

图4是初始值为0.6时的光学双稳混沌序列；

图5是初始值为0.5时的跳频雷达发射周期；

图6是初始值为0.6时的跳频雷达发射周期；

图7是不同方法下的跳频雷达发射周期对比曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明首先利用混沌理论中的光学双稳混沌模型，根据混沌序列的初值敏感性，设定光学双稳模型参数值以及***初值，生成具有伪随机、类噪声和非周期特性变化的混沌序列；然后，以最大化跳频雷达发射周期的不确定性为优化目标，将两个不同***初始值所产生的光学双稳混沌序列做差值，并在雷达跳频周期空间中进行映射和归一化处理，即可得到具有最大不确定性的跳频雷达发射周期。

具体步骤为：

步骤1)确定光学双稳混沌模型参数及***初值，本步骤考虑到混沌序列的初值敏感性，应首先确定光学双稳混沌模型的参数A、B和***初值x₀，保证所生成的序列具有伪随机、类噪声和非周期特性。

步骤2)采用光学双稳混沌模型进行跳频雷达发射周期设计，光学双稳混沌模型如下：x_k+1＝Asin²(x_k-B)，式中，A和B为***参数，x_k表示第k次迭代的序列值，x_k+1表示第k+1次迭代的序列值。

对于所有的x_k，在给定参数A、B和***初值x₀的情况下，通过光学双稳混沌模型的迭代计算可以获得任意长度的光学双稳混沌序列。

分别在***初值和下产生混沌序列和并将两个混沌序列做差值，生成具有伪随机、类噪声和非周期特性变化的混沌序列如下：

步骤3)设计跳频雷达发射周期序列：给定传统跳频雷达的固定跳频周期为Ta，将混沌序列在雷达跳频周期空间中进行映射并归一化处理如下：式中，为光学双稳混沌序列在跳频周期空间中的映射序列。跳频雷达可按照映射序列对跳频信号的发射周期进行自适应控制。

步骤4)衡量跳频雷达发射周期不确定性，雷达***发射信号参数的不确定性通常利用熵来表征。信号参数的不确定性越大，其熵值也就越大。熵的数学表达式如下：式中，T＝{T₁,T₂,…,T_i,…,T_N}表示所有跳频周期所组成的集合，h(T)表示跳频周期的熵值，p(T_i)是T_i的概率密度函数。

结合实施例对本发明的仿真结果进行说明：

假设第1步中的参数如表1所示。

表1仿真参数设置

初始值为0.5时的光学双稳混沌序列如图3所示，初始值为0.6时的光学双稳混沌序列如图4所示，初始值为0.5时的跳频雷达发射周期如图5所示，初始值为0.6时的跳频雷达发射周期如图6所示。

从图中可以看出，即使初始值差别很小，经过多次迭代后，光学双稳混沌映射所产生的序列值却不相同，但却出现了明显的扎堆现象。因此，将两个不同初始值所产生的光学双稳混沌序列做差值，利用得到的新序列对雷达跳频周期进行控制。

不同方法下的跳频周期对比曲线如图7所示。由图7可知，基于光学双稳混沌模型的跳频雷达发射周期设计方法所产生的跳频周期在取值范围内按照伪随机、类噪声和非周期特性变化，克服了传统光学双稳映射直接生成跳频周期的扎堆现象，从而使得敌方无源探测***难以对跳频信号时序进行估计和预测。而传统跳频雷达采用固定跳频周期，具有最差的不确定性，容易被敌方截获接收机侦知。

表2不同方法下的熵值对比

利用步骤4)中的信息熵对跳频雷达发射周期的不确定性进行衡量。表2给出了不同跳频周期设计方法下的熵值对比。由表2可以看出，基于光学双稳混沌模型的跳频雷达发射周期设计方法的熵值为5.7038，而固定跳频周期方法中所采用的跳频周期均为定值，其熵值为0。因此，基于光学双稳混沌模型的跳频雷达发射周期设计方法的信号参数不确定性远优于固定跳频周期方法，从而具有更优的射频隐身性能。

由上述仿真结果可知，基于光学双稳混沌模型的跳频雷达发射周期设计方法，以最大化雷达跳频周期的不确定性为优化目标，利用光学双稳混沌映射产生具有混沌特性的伪随机序列，并将该序列在雷达跳频周期空间中进行映射，自适应优化设计跳频雷达发射周期，从而有效增大了雷达发射信号参数的不确定性，进一步提升了其射频隐身性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于光学双稳混沌模型的跳频雷达发射周期设计方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤1)根据射频隐身最大不确定性策略，确定光学双稳混沌模型参数及***初值；

步骤2)以最大化跳频雷达发射周期的不确定性为优化目标，采用光学双稳混沌模型进行跳频雷达发射周期设计，生成光学双稳混沌序列；

步骤3)设计并确定跳频雷达发射周期序列；

步骤4)衡量跳频雷达发射周期的不确定性，以得到具有最大不确定性的跳频雷达发射周期。

2.根据权利要求1所述的一种基于光学双稳混沌模型的跳频雷达发射周期设计方法，其特征是，所述步骤1)中具体内容为：获取光学双稳混沌模型的参数和***初值x₀，保证所生成的序列具有伪随机、类噪声和非周期特性。

3.根据权利要求2所述的一种基于光学双稳混沌模型的跳频雷达发射周期设计方法，其特征是，所述步骤2)中光学双稳混沌模型如下x_k+1＝Asin²(x_k-B)，式中，A和B为***参数，x_k表示第k次迭代的序列值，x_k+1表示第k+1次迭代的序列值；

对于所有的x_k，在给定参数A、B以及***初值x₀的情况下，通过光学双稳混沌模型的迭代计算可以获得任意长度的光学双稳混沌序列。

4.根据权利要求1所述的一种基于光学双稳混沌模型的跳频雷达发射周期设计方法，其特征是，所述步骤3)包括如下步骤：

31)确定两个混沌序列：分别在***初值和下产生混沌序列和N为混沌序列内的个数；

32)根据固定调频周期，对混沌序列对差并进行归一化处理；

33)根据步骤32)处理的结果确定跳频周期。

5.根据权利要求4所述的一种基于光学双稳混沌模型的跳频雷达发射周期设计方法，其特征是，所述步骤32)包括如下内容：

将两个混沌序列做差值，生成具有伪随机、类噪声和非周期特性变化的混沌序列如下：

6.根据权利要求5所述的一种基于光学双稳混沌模型的跳频雷达发射周期设计方法，其特征是，所述步骤33)包括如下内容：

设定传统跳频雷达的固定跳频周期为T_a，将混沌序列在雷达跳频周期空间中进行映射并归一化处理如下：其中，为光学双稳混沌序列在跳频周期空间中的映射序列；

跳频雷达按照映射序列对跳频信号的发射周期进行自适应控制。

7.根据权利要求6所述的一种基于光学双稳混沌模型的跳频雷达发射周期设计方法，其特征是，所述步骤4)中的具体内容为：

雷达***发射信号参数的不确定性利用熵来表征，信号参数的不确定性越大，其熵值也就越大，熵的数学表达式如下：式中，T＝{T₁,T₂,…,T_i,…,T_N}表示所有跳频周期所组成的集合，h(T)表示跳频周期的熵值，p(T_i)是T_i的概率密度函数。