非相干DPSK通信信号混沌振子检测器及构建方法

摘要

本发明提供的是一种非相干DPSK通信信号混沌振子检测器及构建方法。利用同频Duffing振子、圆域分割器构成M个分别与同频Duffing振子阵元对应、用于检测非相干DPSK通信信号的相位分集通道，然后再利用等权数据融合、相关积分和相关峰查找技术，筛出并选通含有最多基带数据信息

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种非相干信号混沌振子检测器及构建方法。特别是涉及一种非相干DPSK通信信号混沌振子检测器及构建方法。

背景技术

专利申请号为200810209736.4的专利文件中公开了一种“对待检信号相位无敏感性的同频Duffing振子及构建方法”，其中的同频Duffing振子为用混沌振子检测非相干信号提供了普适性方法和技术，这使得人们用混沌方法检测非相干信号的想法变成了现实。但应该看到，该文献中只回答并解决了用混沌方法可否检测非相干信号的问题，并没有为实时检测非相干DPSK通信信号提供具体方案；实际上，受辨识同频混沌振子各阵元相迹图案运算复杂性限制，完全按该文献记载的方法实时完成对非相干DPSK通信信号的检测任务还是具有相当难度的。

专利申请号为200710071895.8的专利文件中，为了降低辨识相轨迹图案的计算复杂度，先把同频混沌振子各阵元的相轨迹图案转换为一维时间信号，再进行DPSK解码处理，然后以等加权形式进行数据融合，便可取得较大幅度降低计算量的效果。但是，因同频混沌振子各阵元不能同时对待检DPSK信号都呈现周期轨迹图案，故其转换后的一维时间信号中含有呈现混沌轨迹图案阵元的不良影响(相当于干扰信号)，所以，以等加权形式进行数据融合不能保证非相干DPSK信号检测器具有最佳性能。

显然，如果我们能够找到一种方法，把呈现混沌轨迹图案的阵元输出从转换后的一维时间信号中删除，即禁止非呈现周期轨迹图案的阵元输出参加数据融合，那么用同频混沌振子检测非相关DPSK通信信号的性能就会获得提升，由此构建的非相干DPSK通信信号混沌振子检测器就会更加具有工程实用性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够使构建的非相干DPSK通信信号混沌振子检测器就会更加具有工程实用性的非相干DPSK通信信号混沌振子检测器。本发明的目的还在于提供一种非相干DPSK通信信号混沌振子检测器的构建方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的非相干DPSK通信信号混沌振子检测器由差分放大单元、摸-数转换单元、后置配置单元、智能处理单元和时钟源连接组成；差分放大单元把输入信号x(t)转换为差分信号；摸-数转换单元把x(t)转换为14位的二进制数字信号，转换时钟由智能处理单元提供，频率根据待检信号确定；后置配置单元为智能处理单元提供后置配置；智能处理单元为FPGA或SOPC芯片，实现同频Duffing振子；时钟源为智能处理单元提供系统时钟。

所述x(t)为包含待检信号和噪声的外部信号，幅度峰-峰值不大于±0.20V。

本发明的非相干DPSK通信信号混沌振子检测器的构建方法为：

利用同频Duffing振子、圆域分割器构成M个分别与同频Duffing振子阵元对应、用于检测非相干DPSK通信信号的相位分集通道，然后再利用等权数据融合、相关积分和相关峰查找技术，筛出并选通含有最多基带数据信息的占优阵元通道，达到从非相干DPSK通信信号中实时检出基带数据信息的目的。

本发明的本发明的非相干DPSK通信信号混沌振子检测器的构建方法具体包括如下步骤：

1.选取一个由M个Duffing振子做阵元的同频Duffing振子，阵元的状态方程表示为：

或

式中，k＝0，1，·，M-1为阵元k的编号；y₁和y₂为阵元的输出；x(t)＝s(t)+n(t)为输入外部信号，s(t)为待检DPSK信号其载波角频率为ω，n(t)是噪声，a为外部信号注入强度因子；γcos(t)代表阵元k内部驱动力，为阵元k内部驱动力的初相，即：

式中，k＝0，1，·，M-1；

2.选取M个相同的圆域分割器，其圆域分割线方程由式(4)给出：

$\bar{y}\left(t\right)=\left(\begin{array}{cc}+1,& \sqrt{y_1^2+y_2^2}>R\\ -1,& \sqrt{y_1^2+y_2^2}\le R\end{array}\right)---\left(4\right)$

式中，y₁，y₂代表同频Duffing振子的阵元输出，R为阵元呈现周期轨迹时其轨迹既不接触也不穿越的位于其内部的一个圆形区域的半径，代表圆域分割器的一维时间输出信号；

3.对M个圆域分割器的输出分别进行DPSK解调处理，采用无需载波恢复的比特延迟解调方案，其数学模型由式(5)给出：

${\tilde{y}}_k\left(t\right)={\bar{y}}_k\left(t\right)\otimes {\bar{y}}_k(t-\tau )---\left(5\right)$

式中，k＝1，2，·，M为圆域分割器的编号；τ为DPSK信号的码元持续时间；

4.把同频Duffing振子的M个阵元输出连接到M个圆域分割器的输入，把M个圆域分割器输出连接到M个DPSK解调器的输入，组成非相关DPSK通信信号混沌振子检测器基本系统；

5.把M个DPSK解调器的输出取和，得到等加权数据融合信号为：

$\stackrel{·}{s}\left(t\right)=\underset{k=1}{\overset{M}{\Sigma }}{\stackrel{·}{y}}_k\left(t\right)---\left(6\right);$

6.求出等加权数据融合信号与每个DPSK解调器输出的相关值，相关积分时间取为DPSK信号码元持续时间的2-3倍，相关计算按式(7)进行：

$u_k\left(t\right)={\int }_0^{(2-3)\times \tau }{\stackrel{·}{y}}_k\left(t\right)\stackrel{·}{s}\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(7\right)$

式中，k＝1，2，·，M

7.把最大、次大相关峰所对应的DPSK解调器输出作为占优阵元输出，经由非相关DPSK通信信号混沌振子检测器的求和运算单元对外输出；

8.占优阵元的切换由相关积分时间决定；两次切换之间占优阵元的输出持续选通。

本发明的关键特征是：由同频Duffing振子、圆域分割器、比特延迟DPSK解调器、等权数据融合器、相关积分阵列、相关峰查找器、占优阵元选通控制器、占优阵元输出求和器所构成；具有从同频Duffing振子的M个阵元输出通道中，依据相关峰检测结果，自动选通呈现周期轨迹图案的占优阵元信号的能力。当任一待检的非相干DPSK通信信号出现时，本非相干DPSK通信信号混沌振子检测器将直接输出检出的基带数据信息

本发明的实质是：利用同频Duff ing振子、圆域分割器构成M个分别与同频Duffing振子阵元对应、用于检测非相干DPSK通信信号的相位分集通道，然后再利用等权数据融合、相关积分和相关峰查找技术，即占优阵元选通策略，筛出并选通含有最多基带数据信息的占优(具有最大和次大相关峰的)阵元通道，于是，可达到从非相干DPSK通信信号中实时检出基带数据信息的目的。

本发明的具体工作过程和原理是：

第一步，幅值不超过±0.20V的含噪信号x(t)经由模-数转换器(ADC)转化为数字量，转换速率为待检信号载频频率的5-12倍；

第二步，把数字化的x(t)作为外部信号送入以四阶龙格-库塔算法进行解算的同频Duffing振子的M个阵元中，送入方式由式(1)或式(2)确定，解算步长与ADC的转换时钟周期相同，运算结果以相轨迹横、纵坐标分量的形式实时地送给圆域分割器；

第三步，圆域分割器按式(4)实时处理来自同频Duffing振子阵元的数据，然后送至比特延时DPSK解调器按式(5)进行DPSK信号解调；

第四步，执行式(6)运算，取得等加权融合数据；

第五步，执行式(7)运算，找出最大、次大相关峰值；

第六步，把与最大、次大相关峰值对应的比特延时DPSK解调器，即占优阵元通道，与求和器接通，使检出的基带信息连续输出；

第七步，更新相关峰计算，找出最大、次大相关峰值，刷新占优阵元通道的连接。

本发明的有益效果在于：

1.提供一种非相干DPSK通信信号混沌振子检测器，其构建思想对发展和丰富混沌振子非相干DPSK数字接收机新理论将会起到奠基作用。

2.从理论和技术两方面都展示了非相干DPSK通信信号混沌振子检测器的可构建性，这对未来研制混沌振子非相干DPSK数字接收机产品具有重要的指导意义。本发明特别适用于检测非相干DPSK通信信号的场合。

附图说明

图1非相关DPSK通信信号混沌振子检测器基本系统；

图2非相关DPSK通信信号混沌振子检测器的互连原理框图，图中，为检出的基带数据信息；

图3非相干DPSK通信信号混沌振子检测器的电原理图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述：

结合图3，本实施例的功能由差分放大单元U1、摸-数转换单元U2、后置配置单元U3、智能处理单元U4和时钟源U5共同组成。

U1负责把输入信号x(t)转换为差分信号；U2负责把x(t)转换为14位的二进制数字信号，转换时钟由U4提供，频率根据待检信号确定；U3负责为智能处理单元U4提供后置配置，软件下载使用JTAG方式；U4为FPGA或SOPC芯片，负责实现同频Duffing振子，算法采用VHDL语言和μ/COSII嵌入式汇编语言实现；U5负责为U4提供系统时钟。

本实施例采用的具体参数是：

1.x(t)为包含待检信号和噪声的外部信号，幅度峰-峰值不大于±0.20V。

2.A/D转换时钟为360.5MHz。

3.待检信号频率为36.05MHz。

4.同频Duffing振子模型为

式中，M＝4；k＝0，1，2，3。

5.同频Duffing振子的解算采用四阶龙格-库塔法。

6.圆域分割器模型为

$\bar{y}\left(t\right)=\left(\begin{array}{cc}+1,& \sqrt{y_1^2+y_2^2}>R\\ -1,& \sqrt{y_1^2+y_2^2}\le R\end{array}\right)$

式中，k＝1，2，·，M；y₁，y₂为同频Duffing振子的阵元输出；R＝0.99为圆域的半径。

7.DPSK解调器模型为

${\tilde{y}}_k\left(t\right)={\bar{y}}_k\left(t\right)\otimes {\bar{y}}_k(t-\tau )$

式中，k＝1，2，·，M；τ为DPSK信号的码元持续时间。

8.等加权数据融器模型为

$\stackrel{·}{s}\left(t\right)=\underset{k=1}{\overset{M}{\Sigma }}{\stackrel{·}{y}}_k\left(t\right)$

9.相关器模型为

$u_k\left(t\right)={\int }_0^{(2-3)\times \tau }{\stackrel{·}{y}}_k\left(t\right)\stackrel{·}{s}\left(t\right)\mathrm{dt}$

式中，k＝1，2，·，M。

10.占优阵元选通策略

1)从M个相关器输出中找出最大、次大相关峰值；

2)把与最大、次大相关峰值对应的DPSK解调器，即占优阵元通道，与求和器接通，使检出的基带信息连续输出；

3)更新相关峰计算，找出最大、次大相关峰值，刷新占优阵元通道的连接。

以上描述为本发明的一种实施例，根据本发明的技术方案可以进行相应变化。

结合图1，本发明的实现步骤是：

1.按照专利ZL200810209736.4提供的方法，选取一个由M个Duffing振子做阵元的同频Duffing振子，阵元的状态方程表示为：

或

式中，k＝0，1，·，M-1为阵元k的编号；y₁和y₂为阵元的输出；x(t)＝s(t)+n(t)为输入外部信号，s(t)为待检DPSK信号其载波角频率为ω，n(t)是噪声，a为外部信号注入强度因子；γcos(t)代表阵元k内部驱动力，为阵元k内部驱动力的初相，即：

式中，k＝0，1，·，M-1。

2.按照专利ZL200710071895.8提供的方法，选取M个相同的圆域分割器，其圆域分割线方程由式(4)给出：

$\bar{y}\left(t\right)=\left(\begin{array}{cc}+1,& \sqrt{y_1^2+y_2^2}>R\\ -1,& \sqrt{y_1^2+y_2^2}\le R\end{array}\right)---\left(4\right)$

式中，y₁，y₂代表同频Duffing振子的阵元输出，R为阵元呈现周期轨迹时其轨迹既不接触也不穿越的位于其内部的一个圆形区域的半径，代表圆域分割器的一维时间输出信号。

3.对M个圆域分割器的输出分别进行DPSK解调处理，这里采用无需载波恢复的比特延迟解调方案，其数学模型由式(5)给出：

${\tilde{y}}_k\left(t\right)={\bar{y}}_k\left(t\right)\otimes {\bar{y}}_k(t-\tau )---\left(5\right)$

式中，k＝1，2，·，M为圆域分割器的编号；τ为DPSK信号的码元持续时间。

4.把同频Duffing振子的M个阵元输出连接到M个圆域分割器的输入，把M个圆域分割器输出连接到M个DPSK解调器的输入，即可组成如图1所示的非相关DPSK通信信号混沌振子检测器基本系统。

5.把M个DPSK解调器的输出取和，得到等加权数据融合信号为：

$\stackrel{·}{s}\left(t\right)=\underset{k=1}{\overset{M}{\Sigma }}{\stackrel{·}{y}}_k\left(t\right)---\left(6\right)$

6.求出等加权数据融合信号与每个DPSK解调器输出的相关值，相关积分时间取为DPSK信号码元持续时间的2-3倍，相关计算按式(7)进行：

$u_k\left(t\right)={\int }_0^{(2-3)\times \tau }{\stackrel{·}{y}}_k\left(t\right)\stackrel{·}{s}\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(7\right)$

式中，k＝1，2，·，M。

7.把最大、次大相关峰所对应的DPSK解调器输出作为占优阵元输出，经由非相关DPSK通信信号混沌振子检测器的求和运算单元对外输出。

8.占优阵元的切换由相关积分时间决定；两次切换之间占优阵元的输出持续选通。

非相干DPSK通信信号混沌振子检测器的硬件系统原理可参考图2。