混沌在時(shí)變參數(shù)保密通信及雷達(dá)波形設(shè)計(jì)中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、隨著混沌的深入研究，混沌日益廣泛地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中。本文將研究混沌在保密通信和雷達(dá)信號(hào)應(yīng)用這兩個(gè)方面的一些問題。 混沌同步保密通信，本意是利用混沌系統(tǒng)的掩蔽性達(dá)到保密目的。但出現(xiàn)的種種針對(duì)混沌系統(tǒng)的破密方法，如：廣義同步法、相圖或變形相圖法、參數(shù)自適應(yīng)估計(jì)算法、不動(dòng)點(diǎn)密鑰攻擊法，使混沌系統(tǒng)的保密性形同虛設(shè)。為了補(bǔ)救，學(xué)術(shù)界提出了種種辦法對(duì)其保密性進(jìn)行加強(qiáng)。但混沌同步保密通信存在著保密性和魯棒性難以兼顧的矛盾，單純提高任一方面都是

2、不可取的，混沌同步保密通信的研究一度陷入舉步為艱的局面。學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注的差分混沌鍵控(DCSK)保密通信方式保密性也不高。要使混沌同步保密通信具有實(shí)用性，必須同時(shí)考慮到保密性和魯棒性這兩個(gè)方面。針對(duì)這些問題，本文作了以下研究工作。 1．本文提出了時(shí)變參數(shù)、連續(xù)時(shí)變參數(shù)的的混沌同步保密通信方法。此二方法都具有極高的保密性，特別是連續(xù)時(shí)變參數(shù)混沌同步通信方法，理論上是難以破譯的，文中對(duì)此作了證明，理論上難以存在可以對(duì)其有效攻擊的方法

3、，實(shí)際中目前的攻擊方法都對(duì)其無效。同時(shí)，此二方法未對(duì)魯棒性造成負(fù)面影響，兼具魯棒性。因此，混沌通信通信保密性得到了很大提升，并且兼具魯棒性，保密性和魯棒性矛盾這個(gè)問題得到了解決。 2．從理論上對(duì)時(shí)變參數(shù)、連續(xù)時(shí)變參數(shù)同步方法進(jìn)行了研究，在理論上為其鋪墊，滿足理論上的需求，并進(jìn)一步用理論為其實(shí)踐發(fā)展作指導(dǎo)。目前對(duì)混沌同步的證明，要么給出必要條件，要么給出全局的充分條件，較缺乏能夠確定混沌同步的演化開始及演化過程中變量取值范圍的充分

4、條件，文中對(duì)這種充分條件做了大量研究。這種混沌同步充分條件，基于實(shí)用化考慮，使其同步充分條件盡量寬松。對(duì)于參數(shù)變化的混沌同步系統(tǒng)，其演化規(guī)律和演化狀態(tài)的研究，文中做了大量工作。 3．時(shí)變參數(shù)混沌同步通信方法，同步方式與一般固定參數(shù)混沌同步不同，需要一些算法對(duì)其工作進(jìn)行支持，特別是時(shí)變參數(shù)同步算法，系統(tǒng)才能工作，本文對(duì)這些算法做了大量開發(fā)工作，并對(duì)其進(jìn)行了仿真及檢驗(yàn)，證實(shí)其正常工作。 4．檢驗(yàn)了時(shí)變參數(shù)、連續(xù)時(shí)變參數(shù)的混沌

5、同步保密通信系統(tǒng)，一方面，確認(rèn)其具有極高的保密性，并證明了連續(xù)時(shí)變參數(shù)方法的保密性，達(dá)到了理論上難以破譯的程度，因此，難以存在可以對(duì)其有效攻擊的方法，目前的混沌攻擊方法都對(duì)其無效。另一方面，此方法沒有對(duì)通信系統(tǒng)魯棒性造成負(fù)面影響，系統(tǒng)仍然有好的魯棒性。文中給出了時(shí)變參數(shù)、連續(xù)時(shí)變參數(shù)的混沌同步保密通信系統(tǒng)的一些實(shí)現(xiàn)方案。至此，采用此方法，混沌同步保密通信的保密性和魯棒性問題得到較好的解決，推動(dòng)了混沌保密通信的實(shí)用化進(jìn)程。 混沌也

6、日益廣泛地應(yīng)用于雷達(dá)方面。 脈沖壓縮雷達(dá)體制，由于兼顧作用距離和距離分辨力，同時(shí)具有一定的多譜勒分辨力，而受到廣泛應(yīng)用。噪聲雷達(dá)類似于脈沖壓縮雷達(dá)，同樣兼顧作用距離和距離分辨力，具有優(yōu)良的距離模糊壓縮特性，并且有一定的反偵測(cè)、抗干擾能力，而受到學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注。 由于混沌序列的偽隨機(jī)性，大量文獻(xiàn)嘗試把混沌序列作為噪聲源，應(yīng)用于噪聲雷達(dá)中。大多數(shù)混沌序列作為噪聲源，其自相關(guān)函數(shù)類似6函數(shù)，互相關(guān)函數(shù)接近為0，似乎是較理想的噪

7、聲源。但混沌系統(tǒng)畢竟是具有確定性的系統(tǒng)，大多數(shù)混沌序列內(nèi)部存在很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性，在某些調(diào)制方式下，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)性會(huì)顯露出來，導(dǎo)致得到的雷達(dá)信號(hào)相關(guān)特性變得很差，隨之而來的是模糊函數(shù)性能也變得很差?；煦缭肼曉丛诟鞣N雷達(dá)調(diào)制下，表現(xiàn)出性能不穩(wěn)定，這阻礙了混沌在雷達(dá)的應(yīng)用。噪聲信號(hào)是隨機(jī)的，沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，噪聲信號(hào)不存在這個(gè)問題，但與噪聲相比，混沌信號(hào)具有優(yōu)秀的可控性和易于產(chǎn)生和使用等諸多優(yōu)勢(shì)，人們希望能夠保持混沌信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)，克服其缺點(diǎn)，以便應(yīng)用到噪

8、聲雷達(dá)。 本文在這方面作了以下工作。 1．分析了混沌和噪聲的特點(diǎn)，指出混沌系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)性是造成這種現(xiàn)象的原因，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)性與某些雷達(dá)調(diào)制方式相結(jié)合，會(huì)使調(diào)制后的雷達(dá)信號(hào)性能大幅下降。要克服這個(gè)缺點(diǎn)，需要減弱混沌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性，或選擇內(nèi)部結(jié)構(gòu)性弱的混沌系統(tǒng)。 2．通過與噪聲比較，提出了弱結(jié)構(gòu)性的概念。用MSPL混沌系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。MSPL系統(tǒng)是一種混沌系統(tǒng)，但可以調(diào)整其參數(shù)尼逐步過渡為噪聲，當(dāng)其參數(shù)k在一定范圍內(nèi)取