混沌在時變參數(shù)保密通信及雷達波形設計中的應用基礎研究.pdf

1、隨著混沌的深入研究，混沌日益廣泛地應用到各個領(lǐng)域中。本文將研究混沌在保密通信和雷達信號應用這兩個方面的一些問題。 混沌同步保密通信，本意是利用混沌系統(tǒng)的掩蔽性達到保密目的。但出現(xiàn)的種種針對混沌系統(tǒng)的破密方法，如：廣義同步法、相圖或變形相圖法、參數(shù)自適應估計算法、不動點密鑰攻擊法，使混沌系統(tǒng)的保密性形同虛設。為了補救，學術(shù)界提出了種種辦法對其保密性進行加強。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用性，必須同時考慮到保密性和魯棒性這兩個方面。針對這些問題，本文作了以下研究工作。 1．本文提出了時變參數(shù)、連續(xù)時變參數(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)時變參數(shù)混沌同步通信方法，理論上是難以破譯的，文中對此作了證明，理論上難以存在可以對其有效攻擊的方法

3、，實際中目前的攻擊方法都對其無效。同時，此二方法未對魯棒性造成負面影響，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問題得到了解決。 2．從理論上對時變參數(shù)、連續(xù)時變參數(shù)同步方法進行了研究，在理論上為其鋪墊，滿足理論上的需求，并進一步用理論為其實踐發(fā)展作指導。目前對混沌同步的證明，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，基于實用化考慮，使其同步充分條件盡量寬松。對于參數(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，需要一些算法對其工作進行支持，特別是時變參數(shù)同步算法，系統(tǒng)才能工作，本文對這些算法做了大量開發(fā)工作，并對其進行了仿真及檢驗，證實其正常工作。 4．檢驗了時變參數(shù)、連續(xù)時變參數(shù)的混沌

5、同步保密通信系統(tǒng)，一方面，確認其具有極高的保密性，并證明了連續(xù)時變參數(shù)方法的保密性，達到了理論上難以破譯的程度，因此，難以存在可以對其有效攻擊的方法，目前的混沌攻擊方法都對其無效。另一方面，此方法沒有對通信系統(tǒng)魯棒性造成負面影響，系統(tǒng)仍然有好的魯棒性。文中給出了時變參數(shù)、連續(xù)時變參數(shù)的混沌同步保密通信系統(tǒng)的一些實現(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，推動了混沌保密通信的實用化進程。 混沌也

6、日益廣泛地應用于雷達方面。 脈沖壓縮雷達體制，由于兼顧作用距離和距離分辨力，同時具有一定的多譜勒分辨力，而受到廣泛應用。噪聲雷達類似于脈沖壓縮雷達，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、抗干擾能力，而受到學術(shù)界廣泛關(guān)注。 由于混沌序列的偽隨機性，大量文獻嘗試把混沌序列作為噪聲源，應用于噪聲雷達中。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)性會顯露出來，導致得到的雷達信號相關(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雷達調(diào)制下，表現(xiàn)出性能不穩(wěn)定，這阻礙了混沌在雷達的應用。噪聲信號是隨機的，沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，噪聲信號不存在這個問題，但與噪聲相比，混沌信號具有優(yōu)秀的可控性和易于產(chǎn)生和使用等諸多優(yōu)勢，人們希望能夠保持混沌信號的優(yōu)點，克服其缺點，以便應用到噪

8、聲雷達。 本文在這方面作了以下工作。 1．分析了混沌和噪聲的特點，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)性與某些雷達調(diào)制方式相結(jié)合，會使調(diào)制后的雷達信號性能大幅下降。要克服這個缺點，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)進行了驗證。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，當其參數(shù)k在一定范圍內(nèi)取