[发明专利]一种混沌测距方法及装置

说明书

技术领域：飞行器测控、导航定位、距离测量

本发明涉及一种利用混沌扩频测距系统，特别是涉及利用非周期混沌序列作为扩频码的 扩频测距系统的实现方法及同步捕获技术。能够实现传统扩频伪码测距的功能并且具有更好 的保密和抗截获性能。

背景技术：

在飞行器测控中，目前普遍采用扩频伪码测距技术，伪码测距具有良好的测量精度、抗 干扰、保密和抗截获性能。但是传统的伪码测距系统采用的是基于线性反馈移位寄存器产生 的序列，如m序列的Gold序列，以及由这些序列所组成的复合码等，由于m序列及Gold序 列是线性移位寄存器周期序列，其复杂度低，其保密性能和抗截获性能不高，在许多应用场 合，例如军用飞行测控应用场合，存在安全隐患。另外，由于m序列的数量不多，而且m序 列的互相关性能不好，不适应多目标测控应用。Gold序列虽然能提供数量足够的互相关系数 小的序列，以支持多目标测控，但是其自相关和性能比m序列有所下降，互相关性能也达不 到理想状态。近年来，随着非线性理论和混沌理论的不断成熟，利用混沌序列对初值的敏感 依赖性，可以提供数量众多、非相关、非周期、类噪声而又确定再生的信号。利用混沌码进 行保密通信或利用混沌映射产生的序列替代传统的伪码进行扩频通信，已经成为国内外通信 领域理论研究和工程应用的热点，并且已取得实质性进展。利用混沌序列替代传统的伪码进 行扩频伪码测距，比传统的扩频伪码测距具有更好的保密性能和抗截获性能。

传统的伪码测距是由测距站向目标发射一个扩频信号，目标接收此信号后经透明转发或 再生应答将此信号再发回测距站，测距站根据电磁信号在空中的传输时间，来计算测距站与 目标之间的距离。其基本过程为：测距站产生一个PN码，然后将该码调制到合适的射频上 并向远端的测距目标发送，目标接收到的测距信号又反射回测距站。为此，测距目标必须配 备一个再生发射机应答器，或者是一个反向发射机应答器。在前一种情况下，接收到的PN 码由相关接收机进行跟踪，然后再生并传回测距站。在实际应用中，再生发射机应答器可以 产生一个与原始测距信号无差错的信号原型。在后一种情况下，反向发射机应答器对接收到 的PN信号进行完整的解调，将其带宽限制在码片速率f_c的70％左右，再将PN码重新调制 到射频上并发回测距站。

假设传播速度已知，则从测距目标到测距站的距离d可由PN码传播到测距目标并返回 测距站的时延t_d＝2τ求得，即

d=12ctd=cτ]]>

c为电磁波在大气中的传播速度，t_d为电磁信号在测距站与目标之间一个来回所用的传播 时间，τ是电磁信号在目标和测距站之间单向传播时间。

时延t_d可由启动-停止法或相位比较法求得。若采用启动-停止法，则时延可由测量起始码 字和终止码字之间的时间得到。假设测距信号采用一个n阶的m序列，则起始码字和终止码 字均可视为长度为n的特定m序列的子序列(通常情况下为全“1”状态)。启动-停止法采用起 始码字开启门电路，当检测到终止码字时关闭门电路。在门电路开启的时间内，对离散时刻 计数并以此来计算时延。

相位比较法是利用发送伪码与接收伪码的相位比较来测量传输时延的，这样可保证相位 信息的实时提取，并可将其迅速转化为时延量和距离量。

发射端将伪码序列发送到信道，伪码产生器在输入时钟的驱动下，相位在递进。由目标 返回后的信号经并行捕获(码周期为N时共有N种不同的相位)。将捕获到的伪码相位，与 此时的发送端伪码相位进行比较，其相位差M个伪码码元，则时延为：

t_d＝MT_c

对于伪码测距系统，最大的无模糊测量距离，取决于系统可识别的最大时延，它由伪码 周期决定。设测距码的周期为N，码片时间为T_c，则最大无模糊测量距离为：