基于混沌调制的声呐收发系统设计
发布时间：2021-11-07 05:30
随着近海探测技术的发展,实现军用浅海声纳高精度、低功耗以及高隐蔽性已经成为目前近海探测研究的主要方向,目前浅海探测的主流方式依旧为传统波束声纳扫描,由于浅海复杂的噪声环境和严重的多径干扰,扫描精度与发射功率成为制约浅海波束声纳发展的主要矛盾,本文基于此矛盾,提出将具有类噪声特性及高度自相关特性的混沌序列作为发射信号的浅海波束声纳改良方案。本文综合比较三种典型的混沌序列生成方式,提出将Logistic混沌映射与Chebyshev混沌映射级联,生成混沌特性更强的复合随机序列,针对水声信道噪声干扰方式,提出使用Lyapunov自适应解调器补偿级联混沌序列参数,弥补了水声信道滤波损耗;结合级联混沌序列自相关特性,利用相干时延法消除加性噪声、结算回传距离。在此基础上,本文结合波束声纳方程,结合应用背景提出本次仿真系统指标,并根据该指标,设计包含接收机、发射机与上位机的混沌声纳仿真系统,通过FPGA控制各部分采集转换存储信号,上传至PC端进行数据结算以及整合绘图。通过对系统整体的性能测试以及重复性实验,验证该混沌波束声纳系统测量误差率低于15%,达到系统设计指标,通过小步进角度采样、边界数据去除可...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
浅海声纳结构模型图
中北大学学位论文11射以及Kent混沌映射，单一型的混沌映射伪随机序列混沌结构较为简单，在信道传输中混沌特性极易受到削弱，混沌构建方式越复杂，混沌类噪声特性越强[19,20]。本文根据浅海信道传输环境以及后续设计要求，对前两种混沌映射的方法进行详细的分析，提出级联生成混沌序列的方法，并展开详细阐述。2.3.1Logistic混沌映射Logistic混沌映射模型的表达式为(+1)=()(1())0<()<1（2-4）该混沌模型表达式从数学模型角度分析是一个相对简单的混沌映射，公式2-4中Logistic参数取值需处于0~4范围之内，初始值于0~1区间内取值，多次迭代之后，系统将进入混沌状态，在此范围之外，生成的序列必将稳定的收敛于某个特定的值[21,22],由于生成序列初始值在0~1范围内均具有混沌特性，本次设计将初始值设定为0.08。为了更加直观充分的结算分型参数，保持初始值为0.08，迭代次数为200，忽略前几次的迭代数值，就可以得到Logistic混沌映射的周期分叉图，如图2-2所示，随着分型参数的变化，混沌系统的周期性也随着进行变化，由单周期转换为二周期、四周砌，当分型参数处于3.56到4的区域内，混沌系统不存在收敛点，系统失去周期性，进入非周期混沌状态，当分型参数等于4时，系统遍历整个映射区间，系统达到满混沌映射状态。因此本次设计Logistic混沌映射部分初始值设定为0.08，分型参数确定为4[23]。图2-2混沌倍周期分叉图Fig.2-2ChaoticDoublePeriodBifurcationDiagram
中北大学学位论文12经过前人对Logistic随机分布特性的分析，发现Logistic映射的迭代序列分布并不均匀，该映射周期会存在一个狭窄的空白区域，此时整个区间并未全部遍历，存在非混沌特性情况出现，基于此问题，提出一种改进型的Logistic混沌映射，运算公式如下：+1=(,)=1^2∈[0,4]（2-5）设定初始值为0.08，采集点数为12000，分型参数对应换算为2，根据改进Logistic混沌映射公式生成混沌序列，绘制气泡图，如图2-3所示，所生成的混沌序列处于无序，随机分布在整个数值空间内[24]。图2-3改进型Logistic混沌序列分型参数气泡对比图Fig.2-3ComparisonchartofclassificationparameterbubbleofimprovedLogisticchaoticsequenceLogistic混沌序列的自相关函数为：()=lim→∞1∑()(+)=1={0.125=00≠0（2-6）Logistic混沌序列的互相关函数为：()=lim→∞1∑()(+)=1=0（2-7）根据上述公式可以得出Logistic混沌序列与白噪声的概率统计效果相似，具有优良的相关特性，适用于水声混沌通信[25]。2.3.2Chebyshev混沌映射Chebyshev混沌映射的生成公式为：(+1)=cos(())1≤()≤1（2-8）该公式中，参数为Chebyshev混沌映射的阶数，当该参数大等于2时，系统进入
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种水声信号模拟装置的设计[J]. 曹占启,崔滋刚. 电子设计工程. 2019(20)
[2]基于海流的海洋微小信号前端放大电路的研究[J]. 崔辰元,杜立彬,陈光源,贺海靖,雷卓,吴承璇. 山东科学. 2019(01)
[3]水声信号功率放大器的设计与实现研究[J]. 邓大鹏. 电子世界. 2019(02)
[4]声纳技术的发展道路[J]. 佟宏伟. 科技创新与应用. 2018(33)
[5]水声换能器发展中的技术创新[J]. 莫喜平. 陕西师范大学学报(自然科学版). 2018(03)
[6]一种复合混沌序列生成算法[J]. 徐东明,王园慧. 西安邮电大学学报. 2017(05)
[7]一种基于Logistic映射的水声混沌信号测距方法[J]. 郭亚静,王黎明,王琳,范浩. 科学技术与工程. 2017(05)
[8]一种甲乙类水声功率放大器设计[J]. 张洪欣,路晓磊,周彬,马治忠,孟涛. 电声技术. 2016(05)
[9]基于MATLAB的自适应数字滤波算法设计与实现[J]. 赵耀,孙伟. 信息通信. 2015(09)
[10]多波束成像声纳系统低功耗设计[J]. 崔海英,董琎琎,夏伟杰,窦法旺,蒋鹏飞,金雪. 海洋测绘. 2015(03)
博士论文
[1]浅水多波束测深声纳关键技术研究[D]. 鲁东.哈尔滨工程大学 2015
[2]几类混沌系统的设计及应用研究[D]. 谢国波.广东工业大学 2012
硕士论文
[1]基于混沌扩频的水声通信技术研究与实现[D]. 张宏达.中北大学 2019
[2]基于μ C/OS Ⅱ的超声波流量监测系统研究[D]. 贾文水.安徽理工大学 2018
[3]基于混沌的浅海地形探测系统设计[D]. 张一凡.中北大学 2018
[4]小型通信声纳系统的设计与实现[D]. 张文博.哈尔滨工程大学 2018
[5]混沌水声扩频通信的关键技术研究[D]. 宗振.浙江海洋大学 2017
[6]多波束在海底底质探测中的应用研究[D]. 郭冠令.中国地质大学(北京) 2017
[7]基于OFDM的水声通信技术研究[D]. 张智敏.中北大学 2017
[8]混沌循环移位扩频水声通信及其数据采集系统[D]. 黄硕.哈尔滨工程大学 2015
[9]基于载荷特性的机电液系统功率流耦合特性研究[D]. 王莹.西安建筑科技大学 2014
[10]多波束成像声纳系统硬件平台设计与实现[D]. 杨成.南京航空航天大学 2013
本文编号：3481255
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
浅海声纳结构模型图
中北大学学位论文11射以及Kent混沌映射，单一型的混沌映射伪随机序列混沌结构较为简单，在信道传输中混沌特性极易受到削弱，混沌构建方式越复杂，混沌类噪声特性越强[19,20]。本文根据浅海信道传输环境以及后续设计要求，对前两种混沌映射的方法进行详细的分析，提出级联生成混沌序列的方法，并展开详细阐述。2.3.1Logistic混沌映射Logistic混沌映射模型的表达式为(+1)=()(1())0<()<1（2-4）该混沌模型表达式从数学模型角度分析是一个相对简单的混沌映射，公式2-4中Logistic参数取值需处于0~4范围之内，初始值于0~1区间内取值，多次迭代之后，系统将进入混沌状态，在此范围之外，生成的序列必将稳定的收敛于某个特定的值[21,22],由于生成序列初始值在0~1范围内均具有混沌特性，本次设计将初始值设定为0.08。为了更加直观充分的结算分型参数，保持初始值为0.08，迭代次数为200，忽略前几次的迭代数值，就可以得到Logistic混沌映射的周期分叉图，如图2-2所示，随着分型参数的变化，混沌系统的周期性也随着进行变化，由单周期转换为二周期、四周砌，当分型参数处于3.56到4的区域内，混沌系统不存在收敛点，系统失去周期性，进入非周期混沌状态，当分型参数等于4时，系统遍历整个映射区间，系统达到满混沌映射状态。因此本次设计Logistic混沌映射部分初始值设定为0.08，分型参数确定为4[23]。图2-2混沌倍周期分叉图Fig.2-2ChaoticDoublePeriodBifurcationDiagram
中北大学学位论文12经过前人对Logistic随机分布特性的分析，发现Logistic映射的迭代序列分布并不均匀，该映射周期会存在一个狭窄的空白区域，此时整个区间并未全部遍历，存在非混沌特性情况出现，基于此问题，提出一种改进型的Logistic混沌映射，运算公式如下：+1=(,)=1^2∈[0,4]（2-5）设定初始值为0.08，采集点数为12000，分型参数对应换算为2，根据改进Logistic混沌映射公式生成混沌序列，绘制气泡图，如图2-3所示，所生成的混沌序列处于无序，随机分布在整个数值空间内[24]。图2-3改进型Logistic混沌序列分型参数气泡对比图Fig.2-3ComparisonchartofclassificationparameterbubbleofimprovedLogisticchaoticsequenceLogistic混沌序列的自相关函数为：()=lim→∞1∑()(+)=1={0.125=00≠0（2-6）Logistic混沌序列的互相关函数为：()=lim→∞1∑()(+)=1=0（2-7）根据上述公式可以得出Logistic混沌序列与白噪声的概率统计效果相似，具有优良的相关特性，适用于水声混沌通信[25]。2.3.2Chebyshev混沌映射Chebyshev混沌映射的生成公式为：(+1)=cos(())1≤()≤1（2-8）该公式中，参数为Chebyshev混沌映射的阶数，当该参数大等于2时，系统进入
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种水声信号模拟装置的设计[J]. 曹占启,崔滋刚. 电子设计工程. 2019(20)
[2]基于海流的海洋微小信号前端放大电路的研究[J]. 崔辰元,杜立彬,陈光源,贺海靖,雷卓,吴承璇. 山东科学. 2019(01)
[3]水声信号功率放大器的设计与实现研究[J]. 邓大鹏. 电子世界. 2019(02)
[4]声纳技术的发展道路[J]. 佟宏伟. 科技创新与应用. 2018(33)
[5]水声换能器发展中的技术创新[J]. 莫喜平. 陕西师范大学学报(自然科学版). 2018(03)
[6]一种复合混沌序列生成算法[J]. 徐东明,王园慧. 西安邮电大学学报. 2017(05)
[7]一种基于Logistic映射的水声混沌信号测距方法[J]. 郭亚静,王黎明,王琳,范浩. 科学技术与工程. 2017(05)
[8]一种甲乙类水声功率放大器设计[J]. 张洪欣,路晓磊,周彬,马治忠,孟涛. 电声技术. 2016(05)
[9]基于MATLAB的自适应数字滤波算法设计与实现[J]. 赵耀,孙伟. 信息通信. 2015(09)
[10]多波束成像声纳系统低功耗设计[J]. 崔海英,董琎琎,夏伟杰,窦法旺,蒋鹏飞,金雪. 海洋测绘. 2015(03)
博士论文
[1]浅水多波束测深声纳关键技术研究[D]. 鲁东.哈尔滨工程大学 2015
[2]几类混沌系统的设计及应用研究[D]. 谢国波.广东工业大学 2012
硕士论文
[1]基于混沌扩频的水声通信技术研究与实现[D]. 张宏达.中北大学 2019
[2]基于μ C/OS Ⅱ的超声波流量监测系统研究[D]. 贾文水.安徽理工大学 2018
[3]基于混沌的浅海地形探测系统设计[D]. 张一凡.中北大学 2018
[4]小型通信声纳系统的设计与实现[D]. 张文博.哈尔滨工程大学 2018
[5]混沌水声扩频通信的关键技术研究[D]. 宗振.浙江海洋大学 2017
[6]多波束在海底底质探测中的应用研究[D]. 郭冠令.中国地质大学(北京) 2017
[7]基于OFDM的水声通信技术研究[D]. 张智敏.中北大学 2017
[8]混沌循环移位扩频水声通信及其数据采集系统[D]. 黄硕.哈尔滨工程大学 2015
[9]基于载荷特性的机电液系统功率流耦合特性研究[D]. 王莹.西安建筑科技大学 2014
[10]多波束成像声纳系统硬件平台设计与实现[D]. 杨成.南京航空航天大学 2013
本文编号：3481255
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