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混沌扩频技术及其在测控中的应用研究

作　者: 李巍
导　师: 何世彪
学　校: 重庆大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 混沌扩频通信多址干扰伪码测距差分混沌键控
分类号: TN914.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 72次
引　用: 2次
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内容摘要

混沌现象是在非线性动态系统中出现的一种确定性的、类似随机的过程,这种过程非周期、是一种貌似无规则的运动,不收敛但有界,且对初始值具有极其敏感的依赖性,这些独特的性质使得混沌在保密通信、扩频通信等领域具有很好的应用前景。在测控领域,利用扩频原理的伪码测控技术已获得广泛的应用。传统的扩频测控,使用的伪码主要是m序列、Gold序列,或由这两种序列组合而成的复合序列。在一些领域,测控必须保证安全和保密,而m序列或Gold序列由于其复杂度低,不能满足测控的安全保密性要求,因此寻找非线性高复杂度的伪码进行测控,就成为测控领域的一项新课题。随着混沌理论和技术的发展,混沌信号或由量化而成的混沌序列由于具有良好的类噪声、非周期、非线性等特点,因而受到广泛的关注,并且获得了广泛的应用。利用混沌码进行扩频伪码测控是一个新的发展方向,其研究具有非常普遍的理论价值和应用价值。本文首先介绍了混沌的基本理论,包括混沌的定义、性质,重点介绍了混沌在测控通信中的应用情况。接着介绍了Chebyshev、Tent、Logistic和改进型Logistic四种基本的混沌映射,分析了四种典型的混沌序列的统计特性,对其自相关、互相关性能分别进行了仿真,讨论了四种混沌映射的初始值和分形参数的选择问题。研究了混沌序列的量化方法,并从平衡性、自相关和互相关特性等方面对混沌序列进行优选,给出了优选的流程和方法。研究了混沌扩频通信系统的抗干扰性能,根据混沌扩频的原理,搭建Simulink模型,通过仿真,分析比较了混沌扩频通信系统在高斯白噪声干扰、单频干扰、低频脉冲干扰、部分频段干扰、多址干扰下的误码性能,并与传统的Gold序列扩频通信系统之间的误码性能进行比较,仿真结果表明混沌扩频通信系统具有良好的抗干扰性能。研究了混沌扩频Rake接收技术,通过对现有的计算多用户混沌扩频Rake接收误码率方法的分析,推导出一种新的误码率计算方法,将误码率公式以能量分布、多径数目、用户数和混沌序列平均功率的形式给出,然后进行仿真,结果表明该方法的正确性。最后介绍了伪码测距的基本原理及两种测距方法,同时重点介绍并研究了差分混沌键控系统及混沌自同步方案。根据伪码测距的原理,利用现有的扩频技术、同步技术并结合混沌的特点,设计了两种混沌测距方案,即基于匹配滤波的混沌测距方案和基于DCSK的混沌测距方案。对这两种测距方案的优缺点进行了理论分析和阐述,并对其工作流程和性能进行了仿真分析。理论分析和仿真结果表明这两种混沌测距方案可行。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-10
1 绪论  10-18
  1.1 引言  10
  1.2 混沌的定义  10-11
  1.3 混沌的性质  11-15
    1.3.1 对初始值的极端敏感性  11-12
    1.3.2 奇异（混沌）吸引子  12-13
    1.3.3 李亚普诺夫指数  13-14
    1.3.4 不变测度  14-15
  1.4 混沌在测控通信中的应用  15-16
  1.5 本文结构及主要内容安排  16-17
  1.6 小结  17-18
2 二相混沌序列及其性能分析  18-34
  2.1 几种典型的二相混沌映射  18-22
    2.1.1 Chebyshev 映射  18-19
    2.1.2 Tent 映射  19-20
    2.1.3 Logistic 映射  20-21
    2.1.4 改进型Logistic 映射  21-22
    2.1.5 四种混沌映射的初始值和分形参数的取值范围  22
  2.2 混沌序列的实现及量化  22-25
    2.2.1 混沌序列的整数实现  22-24
    2.2.2 二值量化法  24-25
  2.3 混沌序列性能分析  25-30
    2.3.1 平衡性  25-28
    2.3.2 游程性  28-29
    2.3.3 自相关旁瓣与互相关均方根值  29-30
  2.4 混沌序列的优选方法和流程  30-32
  2.5 小结  32-34
3 混沌扩频通信系统及其性能仿真  34-46
  3.1 混沌扩频通信理论  34
  3.2 混沌DS-CDMA 系统性能理论分析  34-37
    3.2.1 系统模型  34-35
    3.2.2 系统误码率理论分析  35-37
  3.3 混沌DS-CDMA 系统性能仿真  37-45
    3.3.1 在单用户高斯白噪声下的性能仿真  37-38
    3.3.2 在单频干扰及高斯白噪声下的性能仿真  38-39
    3.3.3 在低频脉冲干扰及高斯白噪声下的性能仿真  39-41
    3.3.4 在部分频段干扰及高斯白噪声下的性能仿真  41-42
    3.3.5 在多址干扰下的性能仿真  42-45
  3.4 小结  45-46
4 混沌扩频 Rake 接收技术  46-58
  4.1 分集基本原理  46-47
  4.2 合并准则  47-50
    4.2.1 最佳选择合并  48-49
    4.2.2 最大比合并  49
    4.2.3 等增益合并  49-50
  4.3 Rake 接收机  50-51
  4.4 多用户混沌扩频Rake 接收误码性能分析  51-56
    4.4.1 发射机及信道结构  51-52
    4.4.2 多用户Rake 接收理论分析  52-55
    4.4.3 仿真结果  55-56
  4.5 小结  56-58
5 混沌扩频测距系统设计  58-80
  5.1 伪码测距  58-61
    5.1.1 伪码测距原理  59-60
    5.1.2 复合码测距  60-61
  5.2 伪码测距的两种方法  61-64
    5.2.1 启动-停止法  61-62
    5.2.2 比相法  62-64
  5.3 混沌同步方法  64-69
    5.3.1 差分混沌键控系统  64-66
    5.3.2 混沌自同步方案  66-69
  5.4 基于匹配滤波的混沌扩频测距方案  69-74
    5.4.1 捕获性能分析  70-73
    5.4.2 误差分析  73-74
  5.5 基于 DCSK 的混沌测距方案  74-78
    5.5.1 系统方案设计  74-76
    5.5.2 工作流程仿真  76-78
  5.6 小结  78-80
6 总结与展望  80-82
  6.1 总结  80-81
  6.2 展望  81-82
致谢  82-84
参考文献  84-88
附录  88

混沌扩频技术及其在测控中的应用研究

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