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作者: 发布时间:2017-04-10 来源: 繁体版
  于一丁,王永川,王长龙  (军械工程学院 无人机工程系,河北 石家庄 050003) 摘要:为了分析基于多值量化的混沌扩频序列的性能,以Chebyshev混沌映射为例,结合其概率密度分布函数的特点给

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  (军械工程学院 无人机工程系,河北 石家庄 050003)i3M自动化在线网

        摘要:为了分析基于多值量化的混沌扩频序列的性能,以Chebyshev混沌映射为例,结合其概率密度分布函数的特点给出对其进行多值量化的方法。仿真分析多值量化混沌序列的平衡性和相关性,在高斯白噪声信道中对传统二值量化混沌序列和多值量化混沌序列扩频通信系统进行误码率仿真,并从低检测概率和低利用概率两个角度对多值量化混沌序列的抗截获性能进行分析。仿真结果表明多值量化混沌序列的误码率性能更好,其抗截获性能也有所提高。i3M自动化在线网

  关键词:混沌序列;多值量化;抗截获i3M自动化在线网

  中图分类号:TN914文献标识码:ADOI: 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.06.018i3M自动化在线网

  引用格式:于一丁,王永川,王长龙. 基于多值量化的混沌扩频序列及其性能分析[J].微型机与应用,2017,36(6):58-61.i3M自动化在线网

0引言i3M自动化在线网

  *基金项目:装备预研基金项目(9140A25031314JB34004)混沌现象是非线性动态系统中出现的确定性的类随机过程,这种过程具备高度的初值敏感性,非周期又不收敛。通过混沌映射可以生成大量具有尖锐自相关性、近似正交互相关性、类噪声的混沌序列[1]。相比传统的扩频序列如m序列、Gold序列等,混沌序列具有更好的伪随机性、更高的复杂度和抗截获能力,更加适合作为扩频码应用到扩频通信系统中[2]。i3M自动化在线网

  目前针对混沌序列的生成和优选方法国内外已经做过大量研究[3?5],但仍存在一些问题:由混沌映射生成的混沌序列通常要经过数字量化处理后才能应用于扩频通信系统中,目前对混沌序列通常采用二值化处理,常用的方法有门限量化法[6]、比特抽取量化法[7]、中值量化法[8]等,但在二值化的过程中混沌序列会损失大量信息。为了改善混沌扩频序列的性能,本文将多值量混沌序列作为扩频码应用于扩频通信系统中,以Chebyshev混沌映射为例,将传统二值量化混沌序列和多值量化混沌序列应用于直接序列扩频(DSSS)系统中并进行仿真,仿真结果表明多值量化混沌扩频序列的性能优于传统的二值量化混沌扩频序列,更加符合扩频通信系统的要求。i3M自动化在线网

1混沌扩频通信系统i3M自动化在线网

  混沌扩频通信系统的基本原理和传统直接序列扩频系统类似,只是将伪随机序列换成混沌序列,其基本原理是将信源数据用混沌序列进行扩频调制,调制之后信源数据的频谱被扩展并通过天线传入信道,在接收端则采用与发送端同步的混沌序列进行相关解扩恢复数据。图1为混沌扩频通信系统框图。i3M自动化在线网

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  混沌扩频通信系统采用混沌序列作为扩频码,充分利用了混沌序列数量众多、伪随机性良好、序列复杂度高等优势,提高了直扩系统的可靠性和安全性。i3M自动化在线网

2混沌序列的多值量化i3M自动化在线网

  混沌序列一般通过非线性混沌映射反复迭代产生,常见的混沌映射有Logistic映射、Chebyshev映射、Tent映射等。本文以Chebyshev混沌映射作为模型进行研究,其映射公式为:i3M自动化在线网

  xn+1=f(x)=cos(ωarccosxn)(1)i3M自动化在线网

  初始值x0∈(-1,1),ω为映射的阶数,当ω=2n时,系统处于混沌状态,其概率密度分布函数为:i3M自动化在线网

  R`A4%)I}016KB2LI)4[8O85.pngi3M自动化在线网

  混沌序列应用于扩频通信系统中通常需要经过数值量化处理,相比于常规的二值量化,经过多值量化处理后的序列混沌特性损失减小,序列复杂度更高,伪随机性更强,有利于提升扩频通信系统的性能。下面对混沌序列多值量化的方法进行分析。i3M自动化在线网

  假设对混沌序列进行N值量化,则需要通过N+1个划分点将区间 [-1,1] 划分成N段连续的子区间,划分点设为a0,a1,…,aN+1,其中a0=-1,aN+1=1。为了保证N值量化的均匀性,要求混沌序列在每个子区间上的分布概率相同,由式(2)可知Chebyshev混沌映射在子区间[ak,ak+1]上的分布概率为:i3M自动化在线网

  }$0MV$9I[B1(G5C5RMBDP6D.pngi3M自动化在线网

  可得i3M自动化在线网

  ak=-cos(kπ/N) ,k=0,1,2,…,N(4)i3M自动化在线网

  由于改进型Logistic混沌映射同Chebyshev混沌映射具有相同的概率密度分布函数,因此文中给出的多值量化方法也同样适用于改进型Logistic混沌映射。i3M自动化在线网

3多值量化混沌序列性能分析i3M自动化在线网

  3.1平衡性i3M自动化在线网

  混沌序列的平衡性与载波抑制度有密切的关系,低平衡性的混沌序列会导致直扩系统的载漏增大,将破坏扩频系统保密性、抗干扰和抗侦破的能力。二值量化序列的平衡度E为:i3M自动化在线网

  E=|U-V|/L(5)i3M自动化在线网

  式中U与V分别表示混沌序列中1与-1的数目,L表示序列长度。鉴于二值量化平衡度公式不适用于衡量多值量化序列的平衡性,本文采用一种新指标来替代E对多值量化序列的平衡性进行衡量。对于多值量化序列,定义其平衡指数:i3M自动化在线网

  rn=|un-1/N|(6)i3M自动化在线网

  定义最大平衡指数:


 基于多值量化的混沌扩频序列及其性能分析
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