基于状态估计的混沌直扩信号联合均衡与解调

针对混沌直接序列扩频信号(以下称混沌直扩信号)通过非理想信道,利用信道和混沌直扩信号的状态方程及其均衡和解调的关联性,提出一种基于状态估计的联合均衡与解调算法.算法采用多扩展卡尔曼滤波(extended kalman filter,EKF)结构,一边对信道均衡,一边估计二进制信息码,二者互为因果,同时进行,不仅可以有效克服非理想信道所带来的多径信道畸变、加性噪声等对信号的影响,还可将掩藏在混沌直扩信号中的原始二进制信息码解调出来,比均衡和解调分离的做法更有效地利用信息,有更好的实时性.仿真结果表明,所提出的算法收敛速度快,能在信道特性未知情况下较好地抵御多径效应和噪声影响,实现了混沌直扩信号在非理想信道条件下的有效可靠传输. 关键词： 混沌直扩通信 非理想信道 联合均衡与解调算法 扩展卡尔曼滤波     

基于重复混沌扩频序列的差分混沌键控系统

提出一种基于可重复混沌扩频序列的差分混沌键控保密通信系统, 并对该系统的误码率进行分析。通过复制差分混沌键控调制信号的参考信号产生重复的混沌扩频序列, 再和经串并转换后的部分数据流相乘, 其余并行数据流按照传统差分混沌键控进行调制, 两部分信号相加后发送到信道中进行传输。在接收端进行相关解调恢复出原信息。理论分析和仿真结果表明: 在多径衰落信道下, 该系统的误码率低于DCSK、CDSK和CD-DCSK系统, 且扩频因子越小, 误码率越低。信道中叠加服从高斯分布噪声时的系统误码率相比叠加服从瑞利分布噪声时的小。     

一种混沌扩频序列的产生方法及其优选算法

提出一种基于组合映射模型产生混沌扩频序列的方法. 根据扩频序列的特性要求和多址干扰性能指标,给出了一种混沌扩频序列的优选算法;将得到的优选序列应用于直扩码分多址系统,在不同信道条件下进行仿真,并与优选的Logistic混沌扩频序列进行性能比较,结果表明本方法产生的混沌扩频序列具有和Logistic混沌扩频序列相近的良好性能,而且保密性更好. 关键词： 码分多址 优选算法 多径信道 误码率     

基于现场可编程门阵列技术的混沌数字通信系统——设计与实现

提出了基于IEEE-754标准和现场可编程门阵列(FPGA)技术的混沌数字通信系统的通用设计与硬件实现的一种新方法,实现了混沌加密体制与传统密码体制的结合.根据Euler算法,对连续混沌系统作离散化处理,通过FPGA硬件设计混沌离散系统,使其产生作为密钥的混沌数字序列,其中加密算法采用置乱扩展技术,并对算法进行了分析.设计驱动响应式同步保密通信系统,构建包含信号在内的闭环,实现发送端与接收端离散混沌系统的同步.以网格蔡氏混沌系统为例,对该保密通信系统进行了FPGA硬件实验,给出了技术实现过程、算法流程、硬 关键词： 网格多涡卷蔡氏电路 置乱扩展矩阵 现场可编程门阵列技术 混沌数字通信系统     

时变信道下的被动时间反转扩频水声通信

本文研究了时变信道条件下采用被动时间反转的直接序列扩频水声通信方案。多通道被动时间反转可通过对信道多径进行时间、空间聚焦实现信道匹配,但低信噪比、时变特性造成的信道特性失配对被动时间反转处理的性能造成严重影响。在垂直阵接收的基础上,本文采用码片级信道估计获取水声信道特性并进行周期性更新,并采用已判决码元产生的扩频码片作为信道估计训练序列,结合应用稀疏信道估计算法抑制零值抽头上的估计噪声,从而可有效改善时变、低信噪比条件下的被动时间反转处理的时、空多径聚焦效果,提高扩频通信性能。通过湖试实验比较了采用稀疏信道估计、传统信道估计算法的时反扩频接收机,以及经典直扩接收机的通信性能,实验结果表明：本文方案可在低信噪比获得较好的性能,并有效抑制时变信道对时反扩频通信性能的影响。     

核磁共振波谱仪接收机的设计与实现

介绍了液体高分辨率核磁共振波谱仪接收机的设计. 接收机以PCI-104为控制器实现网络通信与采样流程控制,通过FPGA（Field Programmable Gate Array, 现场可编程门阵列）实现数字中频接电路的控制和数据处理,简化了硬件结构;通过在接收机中引入脉冲序列生成器,产生接收机所需的采样控制信号,降低接收机与系统其他模块的耦合度. 最后组成500 MHz核磁共振波谱仪实现核磁共振信号的检测.     

M元码元移位键控扩频水声通信

针对传统直接序列扩频、M元扩频和码元移位键控扩频水声通信速率低的问题,基于小Kasami序列优良的自相关和互相关特性,提出了M元扩频和码元移位键控扩频两者相结合的水声扩频通信新方法.不仅利用了不同的序列信息,还利用了相同序列的扩频码相位信息.对于自相关和互相关函数在加性高斯白噪声和衰落信道下对M元码元移位键控扩频这种水声通信方法的影响进行了分析,并分别在两种信道下对其性能进行仿真,仿真结果表明在同等通信速率下M元码元移位键控扩频的抗噪声能力要高于直接序列扩频、M元扩频和码元移位键控扩频.在水池对M元扩频、码元移位键控扩频和M元码元移位键控这三种情况进行了比较性实验.在10~4比特的数据量下,实现了253.6 bps通信速率的M元码元移位键控无误码传输.     

混沌超宽带系统的广义负熵盲检测机理研究

本文提出了利用广义负熵盲检测机理对混沌超宽带系统的进行非相干盲检测的研究方法, 在传输信道状态未知的情况下即可检测出混沌脉冲信号. 该方法能够克服用于超宽带无线电通信的直接混沌通信方案存在的实际应用问题, 能够有效解决未知复杂多径信道问题. 通过仿真结果分析表明, 采用非相干盲检测方法的直接混沌通信超宽带方案, 不需要信道状态信息, 具有很好的分离检测效果. 为未知非理想信道下, 非相干盲检测的混沌超宽带系统提出了新思路.     

DM-UKF混沌拟合破译混沌直接序列扩频通信

针对已有混沌直接序列扩频通信系统的破译算法在低扩频因子和较大多径衰落下无法有效破译信息码的问题,提出了一种基于双模型无迹卡尔曼滤波混沌拟合的破译算法.所提算法联合多模型滤波原理,利用信息符号为有限集的特点,针对其不同取值分别建立对应的滤波模型.各模型下滤波器并行工作,利用广义同步系统同时拟合原混沌系统并估计混沌直扩信号,通过估计误差确定最佳匹配滤波模型,从而得到信息符号的估计.进一步通过引入误差控制因子,增大了不同模型下估计误差的距离,不仅有利于信息符号判定,并且减小了噪声和多径衰落对破译结果的影响.理论推导和仿真结果均证明提出的算法优于已有破译算法.     

基于现场可编程门阵列和大功率LED阵列光源的小型化水下无线光通信系统的研究与实现

针对水下无线通信高速率、远距离、低成本和小型化设备的实用需求,本文设计研制了一种高鲁棒性的基于现场可编程门阵列(FPGA)和大功率LED阵列的小型化水下无线光通信系统。其光发射机的光源采用45 W大功率LED阵列,基于FPGA实现高阶调制与编码,并设计了准直光学发射天线有效减少光束发散角,大幅度延长了传输距离。在光接收端,设计了一种基于3 mm大孔径雪崩光电二极管(APD)的自动增益控制放大和FPGA解调与信号处理的光接收机,降低了光通信系统对准的严苛要求。该系统可实现30 Mbps开关键控(OOK)信号和正交幅度调制(QAM)信号(16QAM信号)的12 m水下信道实时传输,二者的误码率(BER)分别为2.467×10^-4和3.467×10^-3。此外,该系统还实现了22 Mbps的非归零(NRZ)-OOK整形信号12 m水下+30 m空气的跨介质传输(总长度为42 m),BER为3.619×10^-4。最后,实现了12 m水下信道中接收机偏离主光轴40°之内22 Mbps OOK信号的有效接收,提高了系统的鲁棒性。     

多径衰落信道下混沌直扩通信的可破解性

本文在文献[1]的基础上,研究多径衰落信道条件下采用无先导卡尔曼滤波混沌拟合对混沌直扩通信的可破解性.由针对混沌直扩信号的无先导卡尔曼滤波混沌拟合的状态空间方程出发,分析了多径衰落信道对于无先导卡尔曼滤波混沌拟合过程中的跟踪误差的影响,得到了信息码状态估计的值域范围,从而提出了多径衰落信道下混沌直扩信号可被破解的充分条件定理.仿真结果表明,在满足充分条件下,混沌直扩信号无论是通过时不变信道还是时变信道,都可以被成功破解,并且具有良好的误码率性能. 关键词： 混沌通信 破解 多径衰落信道 无先导卡尔曼滤波     

一种破译混沌直接序列扩频保密通信的方法

提出了一种新型的混沌保密通信破译方法,并破译了混沌直接序列扩频保密通信(简称混沌直扩).针对混沌直扩信号中只有一个混沌吸引子的特点,基于混沌系统广义同步的思想,提出了混沌拟合方法;针对混沌直扩中混沌实值序列和数字信号相乘的特点,充分利用混沌直扩的基本原理和信息码是慢变信号的特性,提出了用无先导卡尔曼滤波混沌拟合的方法估计信息码的破译方法;进一步针对无先导卡尔曼滤波的过程噪声和混沌拟合的拟合误差共同导致的跟踪误差,提出了跟踪误差控制因子的方法,从而将跟踪误差转变成有利因素并加以利用,根据跟踪误差的值域范围破     

Breaking a chaotic secure communication scheme

The chaotic direct sequence spread spectrum (CD3S) has been extensively studied and accepted as an approach of chaotic secure communication. However, we find that CD3S is insecure and present the results of breaking CD3S. A modified unscented-Kalman-filter chaos fitting method is proposed. With the proposed method, an intruder can use a different chaotic system to fit the transmitter's chaotic system and break the CD3S scheme without any knowledge of the chaotic transmitter's structure, parameters or initial value, even under the following conditions: (A) the chaotic spreading sequence is complex and generated by two chaotic maps; (B) there exists noise in the CD3S signal; (C) the CD3S signal is constructed in frames. Simulation results verify the method.     

基于FPGA的PPM调制可见光图像传输系统

利用FPGA(field-programmable gate array, 现场可编程门阵列)为主控芯片，实现了5 Mbit/s的2-PPM(pulse position modulation, 脉冲位置调制)调制可见光图像传输系统。整个系统分为发射端与接收端两大模块，全部由FPGA实现。将处理好的图片信号由上位机通过串口发送到FPGA中，经过调制转换为2-PPM信号，并设计了信号传输数据帧格式，然后调制到红光LED(light emitting diode)上并发送出来；在接收端，根据数据帧格式完成了数据信号的同步和解调，并将解调后恢复的图像在液晶屏上显示出来。实验证明该系统可以实现可见光图像信号的传输。     

Chaotic direct sequence spread spectrum for secure underwater acoustic communication

Direct sequence spread spectrum (DSSS) has been widely used in underwater acoustic (UWA) communications. In DSSS communications, spreading sequence’s period and chip rate are important characteristic parameters. However, these characteristic parameters may be detected in hostile environments due to the periodic nature of spreading sequence and their well-known construction process. In this paper, a novel chaotic direct sequence spread spectrum (CD3S) method is proposed for secure UWA communications. In the CD3S communications, chaotic sequences acting as encryption keys are used to encrypt the phases of transmitted signals. Consequently, the application of chaotic sequences disguises these obvious characteristic parameters of spread spectrum (SS) signals. It is difficult for unauthorized users to detect or intercept CD3S signal without knowledge of corresponding chaotic sequences. Hence, CD3S signal has a lower probability of detection and interception. Moreover, CD3S can achieve similar bit error ratio (BER) performance compared with DSSS in actual UWA communications. Also, the receivers that are suitable for DSSS communication can also be applied to CD3S communication. Numerical simulations demonstrate its excellent performance and potential applications in confidential UWA communications.     

基于广义混沌映射切换的混沌同步保密通信

提出了一种基于广义混沌映射切换的混沌同步保密通信方式.这种通信方式首先构建产生多种混沌序列的广义混沌映射模型,然后在不同时段根据切换策略产生不同混沌序列,在发送端,将信号与混沌载波之和取模运算后再嵌入混沌映射的输入端进行迭代运算以实现调制;在接收端,根据切换协议,用同一个相应的广义混沌映射模型从接收信号中提取混沌载波并进而恢复信息信号.研究结果表明:这种基于广义混沌映射切换的混沌同步通信方式比基于单一混沌系统的保密通信方式具有更强的抗干扰能力,保密性能更好,且实现简单. 关键词： 混沌 混沌映射切换 同步 保密通信     

基于现场可编程逻辑门阵列的新型混沌系统实现

构建了一个新的五维变形蔡氏系统,通过数值仿真,分析平衡点的稳定性、分岔图和Lyapunov指数谱,研究系统特有的基本非线性动力学行为,还分析了改变不同参数时系统动力学行为的变化.基于混沌系统的数值仿真分析以及数字化处理技术,将五维变形蔡氏系统状态方程进行离散化处理,并根据IEEE-754标准和模块化设计理念构建出实现混沌系统变量运算关系的基本模块,进一步利用现场可编程逻辑门阵列硬件平台实现了五维变形蔡氏系统的混沌吸引子.研究结果表明,新五维变形蔡氏系统具有新的混沌动力学行为,并通过硬件证实了新系统的存在性和物理上的可实现性.     

基于IEEE-754标准和现场可编程门阵列技术的混沌产生器设计与实现

提出了基于IEEE-754标准的现场可编程门阵列(FPGA)通用混沌与超混沌信号产生器设计与硬件实现的一种新方法. 首先,根据Euler算法,对连续混沌系统作离散化处理,便于FPGA等一类数字信号处理器件的实现. 其次,基于IEEE-754标准和模块化设计理念,用硬件描述语言构建出浮点数的乘法运算、加法运算、符号函数运算、正负绝对值运算、初始值与迭代值选择等5个基本模块,并以此为基础,进一步在FPGA平台上产生包括网格状多涡卷蔡氏系统在内的多种不同类型的混沌与超混沌信号. 最后,通过对语音芯片的配置,利用 关键词： 网格状多涡卷混沌系统 IEEE-754标准 现场可编程门阵列 浮点数算法     

一种混沌映射的相空间去噪方法

对于混沌映射来说,它们的频谱比混沌流的频谱更广阔,与噪声频谱的重叠率更高,所以混沌流的去噪方法对它们并不适用. 在半盲分析法的框架下,混沌系统的参数估计问题终将归结为最小二乘估计问题. 本文从最小二乘拟合的角度出发估计混沌映射的演化参数,进而通过相空间重构以及投影操作,实现对观测信号的噪声抑制. 实验结果表明,该算法的去噪效果优于扩展卡尔曼滤波器（extended Kalman filter,EKF）和无先导卡尔曼滤波器（unscneted Kalman filter,UKF）,并且能够较大程度地将信号源的混沌特征量还原. 关键词： 混沌 噪声抑制 相空间重构 投影