混沌调相锯齿波调频近程探测系统抗海杂波干扰研究

冯小勤 魏东旭

摘要：传统近程探测系统容易受到海杂波的干扰，影响系统对海面目标的探测识别。文章设计了一种全新体制的混沌调相锯齿波调频复合近程探测系统，系统较好的利用了混沌的短时随机性和长时确定性，可以实现对目标的精确定距测量，并且有着较强的抗干扰能力。通过仿真，采用零记忆非线性变化法（ZMNL）产生了具有统计特性的瑞利海杂波，并将之加入目标回波中，验证了文章设计的复合探测系统的抗海杂波干扰能力。

关键词：混沌;近程探测;抗干扰;瑞利

中图分类号：TP391 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）31-0226-03

1研究背景

无线电近程探测系统工作在低空状态，对海面目标进行定距识别时，会接收到较强的海面杂波信号。强的海面杂波信号往往会淹没真正的目标信号，且目标信号只有在目标进入近程探测系统的天线波束主波束范围内才存在，而海面杂波信号会出现的更早，将一直持续到系统工作结束。无线电近程探测系统接收到的海面杂波信号严重干扰目标信号。因此，如何设计一种全新体制的探测系统，能够克服强的海杂波影响，是近程探测工作的技术关键。

文章设计了一种基于混沌调相锯齿波调频的复合近程探测系统，系统较好的利用了混沌的短时随机性和长时确定性，在常规线性调频的基础性上对发射信号进行混沌相位调制。系统有着较强的定距能力和抗干扰能力。

2混沌调相锯齿波调频系统

混沌调相锯齿波调频复合探测系统的原理框图如图1所示，它由混沌码发生器、线性调制器、混频器、相关器及信号处理电路等部分组成。

线性调制器产生一定频率的线性锯齿波信号，此信号进入固态源，形成受锯齿波调制的锯齿波调频信号u（t）。在时钟的作用下，混沌码产生器通过Logistic映射并整形，生成一定宽度的混沌码s（t），对锯齿波调频信号进行相位调制，调制后的信号Ut（t）作为经过功率放大，作为系统的发射信号，由发射天线辐射到空间中。发射信号Ut（t）遇到探测目标后，部分能量被反射并被探测系统的接收天线接收。将接受到的回波信号与系统原锯齿波调频信号Ul（t）进行混频解调，在混频器输出端可解调出携带探测目标距离信息的混沌码的延时码。经恒虚警放大后，进入相关器里设定的相关码与信号相关，进而实现定距的目的。

3海杂波的产生

根据近程探测系统海杂波产生的机理，杂波可以分为幅度上服从Rayleigh分布、LogNormal分布、Weibull分布和K分布的杂波，还有功率谱分布上为Gaussian型、Cauchy型、AllPole型的杂波等。

海面目标的探测是近程探测的一个关键分支，实测海杂波数据是近程探测研究中的一个非常重要的参数，对海面目标近程探测系统的研究有着非常重要的指导价值。然而，由于此数据大都对外保密，所以我们很难得到一手的实测海杂波数据。所以在相关研究中，涉及海杂波的相关研究时，可以采用仿真的方法产生各式具有统计特性的海杂波数据。海杂波仿真的实质就是产生符合给定统计特性的杂波序列。常用方法有ZMNL法和SIRP法，即零记忆非线性变化法和球不变随机过程法。在此使用ZMNL法实现杂波仿真。

3.1ZMNL法

ZMNL法即零记忆非线性变化法，此方法的设计思路为：首先对高斯白噪声进行滤波处理，使高斯序列具有一定的相关性，然后选择不同参数的零记忆非线性变换对此相关高斯序列进行变换，得到各式幅度服从统计特性的海杂波数据。

ZMNL法生成海杂波的具体步骤为：

图5和图6中，红色线为理论的瑞利杂波幅度分布和频谱，蓝色线为仿真产生。由图可见仿真产生的瑞利杂波的幅度分布和频谱均和理论值有着较好的拟合。

4混沌调相锯齿波调频近程探测系统抗瑞利杂波仿真分析

为了验证文章设计的复合探测系统抗瑞利海杂波的性能，我们将瑞利杂波信号加入探测系统回波，进行仿真。

混沌调相锯齿波调频复合近程探测系统中，探测系统和目标的初始距离设为10.5m，探测系统载体的运动速度为2000m/s，系统本地延时50ns;混沌序列采用Logistic混沌，混沌码元宽度50ns;锯齿波频率100kHz，频偏5MHz;调制频率为1GHz。为了更好地验证系统的抗海杂波干扰能力，瑞利杂波标准差取6。

图7为仿真产生的混沌调相锯齿波调频近程探测系统的回波波形，图8为标准差为6的瑞利杂波波形。

图9为含有瑞利杂波的探测系统回波波形，从波形图可以看出，回波信号已经完全被瑞利海杂波信号所淹没。图10为通过文章近程探测系统工作后，含有瑞利海杂波的回波信号解调波形。

我们将解调波形和本地的延时混沌码进行相关，可以得到图11的相关波形。

系统本地延时50ns，故理论定距距离为7.5m。而由图11，实际仿真相关峰最大值时间为1.549ms，所以经计算，定距距离为7.402m。在强海杂波干扰下，定距的误差仅为0.098m，证明了文章设计符合近程探测系统确实有着较强的抗干扰能力。

5结束语

文章首先对混沌调相锯齿波调频复合近程探测系统的工作原理进行了参數。推导了ZMNL法产生海杂波的步骤，并用此方法产生了瑞利海杂波，从仿真产生的杂波参数来看，和理论结果有着较好的重合度。最后，我们将产生的瑞利海杂波加入设计的复合探测系统，通过仿真，验证了此体制近程探测系统的抗海杂波干扰能力。