本站小編為你精心準(zhǔn)備了無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈中混沌擴(kuò)頻通信的運(yùn)用參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《飛航導(dǎo)彈雜志》2016年第9期

摘要：

未來信息化戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜，將混沌擴(kuò)頻體制應(yīng)用到無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈中可以有效提高通信鏈路的保密性和安全性。對(duì)混沌擴(kuò)頻通信應(yīng)用于無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行了闡述，并對(duì)其未來研究方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：

混沌通信；無人機(jī)；數(shù)據(jù)鏈

引言

直接序列擴(kuò)頻(DSSS)技術(shù)是一種最常見的應(yīng)用在無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈中的抗截獲、抗干擾技術(shù)，擴(kuò)頻序列的性質(zhì)將直接影響擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的性能［1］。傳統(tǒng)直擴(kuò)系統(tǒng)中所采用的偽隨機(jī)序列普遍存在著數(shù)量有限、復(fù)雜度低、保密性不高的缺點(diǎn)，使得系統(tǒng)性能存在一定缺陷。隨著信號(hào)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)面臨著嚴(yán)重的威脅。混沌序列具有很多優(yōu)良的性質(zhì)，將混沌序列作為擴(kuò)頻碼使用在理論上可極大地提高無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈路的抗截獲、抗干擾和安全保密能力，是未來無人機(jī)抗截獲、抗干擾數(shù)據(jù)鏈發(fā)展最有前途的方向之一。

1混沌擴(kuò)頻通信概述

混沌理論被認(rèn)為是20世紀(jì)物理學(xué)三大成就之一，混沌理論指出具有混沌特性的信號(hào)是不可預(yù)測(cè)的，這種不可預(yù)測(cè)性就是其保密性、安全性、抗截獲性的理論基礎(chǔ)［2］。按目前國內(nèi)的研究水平，將混沌通信劃分為混沌擴(kuò)頻、混沌鍵控、混沌參數(shù)調(diào)制、混沌掩蓋四大類。前三類屬于混沌數(shù)字通信，最后一類屬于混沌模擬通信。在這四大類混沌通信體制中，混沌擴(kuò)頻占有重要的地位，目前已經(jīng)提出了有關(guān)混沌擴(kuò)頻的初步理論和實(shí)現(xiàn)方法，將混沌擴(kuò)頻應(yīng)用到無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的研究尚處于起步階段。混沌擴(kuò)頻的核心是通過混沌序列對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制。混沌序列非隨機(jī)卻類似隨機(jī)，具有復(fù)雜性和不可預(yù)測(cè)性，非常適用于保密通信，同時(shí)與常規(guī)的偽隨機(jī)序列如m序列、Gold序列等相比，混沌序列還有很多優(yōu)良的性質(zhì)。其特性對(duì)比如表1所示。基于混沌擴(kuò)頻的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的基本原理與傳統(tǒng)的無人機(jī)擴(kuò)頻數(shù)據(jù)鏈類似，只是將偽碼換成混沌序列。其原理是將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)用混沌序列進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，調(diào)制之后頻譜被擴(kuò)展，接收端則采用相同混沌序列進(jìn)行解擴(kuò)，以恢復(fù)數(shù)據(jù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多普勒測(cè)速和測(cè)距。其方框圖如圖1所示。

2關(guān)鍵技術(shù)

無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)钦麄€(gè)無人機(jī)系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，是連接無人機(jī)和地面控制站的生命線，需要極高的安全性［3］。混沌擴(kuò)頻可以有效提高無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的抗干擾能力和抗截獲能力。將混沌擴(kuò)頻通信體制應(yīng)用到無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈中，需要攻破混沌序列構(gòu)造方案、優(yōu)選方法和同步技術(shù)等難題。

2．1混沌序列構(gòu)造方案

混沌序列作為遙控遙測(cè)信息的載體，其性能將直接影響到無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的安全性和可靠性。混沌序列是由混沌映射方程經(jīng)過數(shù)值量化后生成，常見的混沌映射有Logisitc混沌映射、Chebyshev混沌映射、Tent映射等，但上述混沌映射均為一維單級(jí)映射，結(jié)構(gòu)簡單，生成的混沌序列復(fù)雜度不夠高，通過相空間重構(gòu)和反向迭代等方法破譯的可能性較大。因此，需要尋找能夠構(gòu)造更加復(fù)雜混沌序列的方案［4］。

1)組合混沌映射。組合混沌映射是指將不同混沌映射模型通過加法運(yùn)算或乘法運(yùn)算組合構(gòu)造出新型混沌映射模型的一種方案，組合混沌映射可以有效提高混沌系統(tǒng)的復(fù)雜度，大幅增加候選混沌序列的數(shù)量，擴(kuò)展混沌系統(tǒng)密鑰空間。

2)高維混沌映射。高維混沌映射相比于一維混沌映射擁有更加優(yōu)良的動(dòng)力學(xué)特性，其吸引子結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出更高的復(fù)雜度，且不具備任何規(guī)律，可以有效降低通過相空間重構(gòu)法破譯擴(kuò)頻序列的可能性，更適用于混沌保密通信。

3)自編碼序列和混沌序列相復(fù)合。自編碼直擴(kuò)是一種跳碼方案，其優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻碼伴隨傳輸?shù)臄?shù)據(jù)時(shí)刻變化，將自編碼序列和混沌序列相復(fù)合可以有效提高直擴(kuò)通信系統(tǒng)的抗截獲能力，更有利于實(shí)現(xiàn)無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈在未來軍事環(huán)境中信息對(duì)抗的需求［5］。復(fù)合擴(kuò)頻碼產(chǎn)生原理如圖2所示。

2．2混沌序列優(yōu)選方法

為了進(jìn)一步提高無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的抗干擾、抗截獲性能，需要對(duì)得到的混沌擴(kuò)頻序列進(jìn)行優(yōu)選。優(yōu)選過程考慮到混沌序列的平衡性、自相關(guān)特性和互相關(guān)特性等因素。混沌序列的平衡性主要影響載波抑制度，不平衡的序列會(huì)增大直擴(kuò)系統(tǒng)的載漏，降低無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的抗截獲能力;混沌序列的自相關(guān)性能主要影響無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的抗多徑干擾能力，互相關(guān)性能影響無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的抗多址干擾能力［6］。對(duì)混沌擴(kuò)頻序列進(jìn)行優(yōu)選，首先選取序列初始值，經(jīng)過混沌映射迭代得到混沌序列，依次利用上述的平衡性、自相關(guān)性、互相關(guān)性準(zhǔn)則，逐級(jí)篩選，若優(yōu)選產(chǎn)生的混沌序列達(dá)到一定的數(shù)量要求，就可判斷完成了優(yōu)選過程;否則，需要改變迭代的初值，重復(fù)優(yōu)選流程，直至序列數(shù)能夠滿足要求為止。上述混沌擴(kuò)頻序列優(yōu)選過程的流程圖如圖3所示。

2．3混沌擴(kuò)頻序列同步技術(shù)

無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈路能否可靠有效地工作，很大程度上依賴于直擴(kuò)系統(tǒng)的同步能力。同步的重點(diǎn)是要求地面站數(shù)據(jù)終端和無人機(jī)機(jī)載數(shù)據(jù)終端接收到的信號(hào)在頻率和相位上保持一致，這樣才能正確地解調(diào)出遙控遙測(cè)信息。傳統(tǒng)同步技術(shù)捕獲速度慢、精度差，難以滿足長周期混沌擴(kuò)頻序列在無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈中的應(yīng)用需求，下面介紹幾種新型快速捕獲算法。

1)輔助引導(dǎo)捕獲。對(duì)長周期混沌擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)的捕獲可以采用短碼引導(dǎo)的方式，由于接收信號(hào)中不但攜帶需要捕獲的長周期混沌碼，還可能攜帶短周期混沌碼，考慮到短周期碼周期較短，容易捕獲的特性，同時(shí)利用長周期混沌碼與短周期混沌碼的相位一致性，從而實(shí)現(xiàn)混沌擴(kuò)頻序列的快速同步。

2)循環(huán)相關(guān)捕獲。為了進(jìn)一步提高處理速度，提出了基于FFT的循環(huán)相關(guān)捕獲技術(shù)。其基本思想是利用信號(hào)在時(shí)頻域上的變換關(guān)系，計(jì)算接收信號(hào)與本地信號(hào)在頻域上的乘積，再將結(jié)果進(jìn)行FFT反變換，得到相關(guān)值后進(jìn)行捕獲判決［7］。這種方法不同于產(chǎn)同滑動(dòng)相關(guān)法的逐次移位，只需要進(jìn)行兩次FFT，一次逐點(diǎn)相乘和一次IFFT即可實(shí)現(xiàn)，大大減少了運(yùn)算量，提高了同步速度。運(yùn)算量對(duì)比如圖4所示。

3)XFAST(擴(kuò)展復(fù)制重疊)捕獲算法。XFAST捕獲算法主要依靠混沌擴(kuò)頻序列優(yōu)良的相關(guān)特性，其基本原理是將一個(gè)很長的混沌碼分為M個(gè)子段，并將各子段對(duì)應(yīng)的位置進(jìn)行算數(shù)疊加［8］。原來未疊加的碼片和從其它區(qū)段疊加過來的碼片互相關(guān)性很小，產(chǎn)生很小的背景噪聲，通過XFAST捕獲算法可以將運(yùn)算量減小M倍，其算法功能如圖5所示。

3未來研究方向

混沌擴(kuò)頻通信在無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈中的應(yīng)用還處于起步階段，在理論上和工程上都還有很多難題亟待解決，未來將重點(diǎn)解決以下3個(gè)問題:

1)無限長混沌序列的生成和同步。目前研究的混沌擴(kuò)頻序列一般要經(jīng)過截短處理，經(jīng)過截短處理后的混沌序列會(huì)損失部分混沌特性，導(dǎo)致性能下降。從某種意義上講，只有無限長的混沌序列才能充分體現(xiàn)混沌信號(hào)的優(yōu)良特性，才是真正的非周期性序列，才能更好地發(fā)揮出混沌信號(hào)優(yōu)良的抗截獲性能。但是，無限長混沌碼的序列生成和同步等問題還有待于做進(jìn)一步研究。

2)無人機(jī)混合擴(kuò)譜體制研究。直擴(kuò)體制和跳頻體制有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，將兩者合并得到的混合擴(kuò)譜體制可以充分結(jié)合兩者的優(yōu)勢(shì)。混沌序列不僅可以應(yīng)用在直擴(kuò)系統(tǒng)中，同樣可以控制跳頻系統(tǒng)的跳碼圖案，將混沌序列應(yīng)用到混合擴(kuò)譜體制中可以進(jìn)一步提高無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈抗干擾、抗截獲能力。

3)無人機(jī)“多站多機(jī)”技術(shù)。鑒于頻段使用的日漸復(fù)雜，傳統(tǒng)的“單站單機(jī)”模式已經(jīng)無法滿足未來信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的需求，由多個(gè)地面站控制多架無人機(jī)的“多站多機(jī)”模式具有更強(qiáng)的生命力，可以對(duì)一片區(qū)域內(nèi)的所有裝備進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)化，同時(shí)整個(gè)體系的抗干擾、抗偵察能力也會(huì)大幅提升。混沌序列由于其優(yōu)良的特性，可以提供大量互不相關(guān)的混沌序列做擴(kuò)頻碼，可以極大地提高無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系的多址性能，將混沌通信技術(shù)和“多站多機(jī)”技術(shù)結(jié)合將成為未來研究的熱點(diǎn)問題。

4結(jié)束語

為了適應(yīng)未來信息化電子對(duì)抗作戰(zhàn)的需要，無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈必須具備很強(qiáng)的抗干擾、抗截獲能力，將混沌擴(kuò)頻通信體制引入無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈中具有很大的優(yōu)越性，研究混沌擴(kuò)頻通信的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)提高無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的安全性、保密性具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

［1］王俊，周樹道，程龍，等．無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)．飛航導(dǎo)彈，2011(3)

［2］劉嘉興，何世彪．混沌測(cè)控的概念、特性與實(shí)現(xiàn)．飛行器測(cè)控學(xué)報(bào)，2011(1)

［3］楊海東，于宏坤，趙鵬．無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的未來發(fā)展和組網(wǎng)通信關(guān)鍵技術(shù)．2014年(第5屆)中國無人機(jī)大會(huì)論文集，2014

［4］李雙鑫，王馳，李廣喆，等．一種新型的二級(jí)分段Lo-gistic混沌映射及其性能分析．東北師大學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2014(4)

［5］張曉蓉，吳成茂，李文學(xué)．基于混沌與自編碼相融合的擴(kuò)頻碼構(gòu)造方法．計(jì)算機(jī)科學(xué)，2015，4(3)

［6］陳曉萍，胡建平，劉嘉興．應(yīng)用于測(cè)控系統(tǒng)的混沌碼產(chǎn)生與同步技術(shù)．電訊技術(shù)，2013(11)

［8］唐小妹，龐晶，黃仰博，等．XFAST長碼直捕算法參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)．中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2014(4）

作者:于一丁 王永川 王長龍 單位:軍械工程學(xué)院