基于加权分数阶傅里叶变换的低截获信号产生方法与流程

1.基于加权分数阶傅里叶变换的低截获信号产生方法，属于抗干扰通信技术领域。


背景技术：

2.以无人机为典型代表的通信系统在信息传输过程中易被第三方监听，如何加强无人机通信系统传输信息的保密性、提高无人机信号的抗干扰能力，成为无人机通信中急需突破的重要难题。wfrft不仅具备单载波调制的强抗多普勒能力，还具有多载波调制的强抗多径能力，成为无人机通信的一项重要备选技术。无人机系统中常引用直扩技术和跳频技术来提高通信链路的抗干扰性能，跳频体制无人机通信链路具有强抗干扰性、可靠性和隐蔽性等优点。
3.文献[1](xue-jun sha,hybrid carrier cdma communication system based on weighted-type fractional fourier transform.ieee communications letters.2012,vol.16,no.4,pp.432-435)中提出了一种基于加权分数傅立叶变换的混合载波与cdma的联合传输方法，通过与cdma技术相结合，使得信号能量均匀地分布在时频平面上，具有较现有传输方法更优的系统误码性能。
[0004]
文献[2](fang xiaojie,secret communication using parallel combinatory spreading wfrft,ieee communications letters,2015,vol.19,no.1,pp.62-65)中提出了一种基于并行组合扩频码的wfrft保密通信方法，通过不同的扩频码序列与加权因子复合，动态地利用信息本身进行加密，与传统的dsss系统相比，可有效提高保密通信系统的安全性能。
[0005]
文献[3](徐瑞阳,达新宇,梁源,等.基于跳频的改进加权分数阶傅里叶变换[j].华中科技大学学报(自然科学版),2019,47(2):30-35)中提出了一种跳频的改进加权分数阶傅里叶变换方法，通过子载波跳频的方式打乱离散傅里叶变换矩阵的顺序，提高抗截获性。
[0006]
文献[4](李卓于2019年在其硕士学位论文中发表的基于wfrft的低检测扩频方法研究,哈尔滨工业大学)中将加权分数阶傅里叶变换与直接序列扩频系统相结合，在直接序列扩频系统固有的低检测特性基础上，将wfrft与直扩系统有机地融合，从而有效地提升低检测性能。
[0007]
以上提出的基于加权分数阶傅里叶变换的通信方法均通过与扩频技术相结合进一步提升系统的抗干扰性，但均为两种技术的简单组合，两种技术之间并未存在实质的关联，这导致其抗截获性有待增强。


技术实现要素：

[0008]
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用数据码作为输入产生进行加权分数阶傅里叶变换的跳频体制数据信号产生，提高信号的抗扫描性、抗截获性、抗干扰性的基于加权分数阶傅里叶变换的低截获信号产生方法。
[0009]
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该基于加权分数阶傅里叶变换的低截获信号产生方法，其特征在于：包括如下步骤：
[0010]
步骤1)输入同步序列发生器的参数，生成待调制的基带同步序列；
[0011]
步骤2)输入伪码发生器的移位寄存器参数，产生同步信号的加权因子序列；
[0012]
步骤3)对生成的待调制的基带同步序列进行加权分数阶傅里叶变换，得到基于加权分数阶傅里叶变换的同步信号；
[0013]
步骤4)输入同一伪码发生器的移位寄存器参数产生跳频序列，并根据跳频序列得到基于加权分数阶傅里叶变换的跳频同步信号；
[0014]
步骤5)输入每一跳的信息数据，并生成待调制的基带数据序列；
[0015]
步骤6)对生成的待调制的基带数据序列进行加权分数阶傅里叶变换，得到基于加权分数阶傅里叶变换的数据信号；
[0016]
步骤7)对基于加权分数阶傅里叶变换的数据信号进行调频调制，到最终的基于加权分数阶傅里叶变换的跳频数据信号。
[0017]
优选的，根据步骤1)中的参数，产生每一跳的同步序列ci(n)，将同步序列经过基带映射、串并转换处理后，生成所述待调制的基带同步序列pi(n)。
[0018]
优选的，步骤2)中的移位寄存器参数，产生旋转因子序列α(n)(αi(n)∈[0，4])，产生同步信号的加权因子序列wk(n)＝{w0，w1，w2，
…
，w
l
}(k＝0，1，2，3)；
[0019][0020][0021]
优选的，根据加权因子序列wk(n)，并对生成的待调制的基带同步序列pi(n)进行加权分数阶傅里叶变换，调制后的信号为y1(n)，
[0022][0023]
其中：pi(n)、pi(-n)、pi(-n)分别为pi(n)的1、2、3次傅里叶变换；且pi(-n)为的pi(n)的反转操作。
[0024]
优选的，所述pi(-n)与pi(n)的关系如下：
[0025][0026]
优选的，对调制后的信号为y1(n)添加循环前缀，并依次进行并串转换、中频调制，得到中频同步信号y
if
(n)：
[0027]yif
(n)＝y1(n)*cos(2πf
if
n)＝wfrft[pi(n)，wk(n)]*cos(2πf
if
n)。
[0028]
优选的，对步骤4)中所述的跳频序列进行跳频调制，得到调制后的信号y2(n)，
[0029]
y2(n)＝y
if
(n)*cos(2πfin)，
[0030]
其中，y
if
(n)为基于加权分数阶傅里叶变换的同步信号，fi(n)为从跳频频率集中产生跳频频率；
[0031]
对调制后的信号y2(n)进行d/a转换，得到基于加权分数阶傅里叶变换的跳频同步信号。
[0032]
优选的，将步骤5)所述的信息数据的信息序列经过基带映射、串并转换处理后生成待调制的基带数据序列di(n)。
[0033]
优选的，对步骤5)中的待调制的基带数据序列进行加权分数阶傅里叶变换，得到调制后的信号s1(n)，
[0034][0035]
其中，wk(n)＝{w0，w1，w2，
…
，w
l
}(k＝0，1，2，3)为同步信号的加权因子序列，di(n)、di(-n)、d(-n)为di(n)的1、2、3次傅里叶变换；
[0036]
对调制后的信号s1(n)添加循环前缀经过并串转换、中频调制，可得到基于加权分数阶傅里叶变换的跳频同步信号s
if
(n)，
[0037]sif
(n)＝s1(n)*cos(2πf
if
n)＝wfrft(di(n)，wk(n))*cos(2πf
if
n)。
[0038]
优选的，对步骤7)中所述的跳频同步信号s
if
(n)跳频调制，得到调制后的信号s2(n)，
[0039]
s2(n)＝s
if
(n)*cos(2πfin)，
[0040]
其中，fi(n)为从跳频频率集中产生跳频频率，
[0041]
对调制后的信号s2(n)进行d/a转换，得到最终的基于加权分数阶傅里叶变换的跳频数据信号。
[0042]
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
[0043]
本基于加权分数阶傅里叶变换的低截获信号产生方法产生的信号的信息具有低截获和抗干扰传输的特性，通过伪码发生器同时控制跳频序列与旋转因子序列的产生，有效关联加权分数阶傅里叶变换与跳频技术，采用伪随机码作为输入进行加权分数阶傅里叶变换的跳频体制同步信号产生，采用数据码作为输入产生进行加权分数阶傅里叶变换的跳频体制数据信号产生，提高信号的抗扫描性、抗截获性、抗干扰性。
附图说明
[0044]
图1为基于加权分数阶傅里叶变换的低截获信号产生方法的流程图。
[0045]
图2为加权因子序列w0时加权因子模值与旋转因子的曲线图。
[0046]
图3为加权因子序列w1时加权因子模值与旋转因子的曲线图。
[0047]
图4为加权因子序列w2时加权因子模值与旋转因子的曲线图。
[0048]
图5为加权因子序列w3时加权因子模值与旋转因子的曲线图。
[0049]
图6加权分数阶傅里叶变换基本原理框图。
[0050]
图7为传统跳频信号的跳频体制信号时域波形图。
[0051]
图8为基于加权分数阶傅里叶变换的跳频体制信号时域波形图。
[0052]
图9为传统跳频信号的跳频体制信号功率谱密度图。
[0053]
图10为基于加权分数阶傅里叶变换的跳频体制信号功率谱密度图。
[0054]
图11为传统跳频信号的跳频体制信号星座图。
[0055]
图12为基于加权分数阶傅里叶变换的跳频体制信号星座图。
[0056]
图13为传统跳频信号的跳频体制信号时频分布图。
[0057]
图14为基于加权分数阶傅里叶变换的跳频体制信号时频分布图。
具体实施方式
[0058]
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，然而熟悉本领域的人们应当了解，在这里结合附图给出的详细说明是为了更好的解释，本发明的结构必然超出了有限的这些实施例，而对于一些等同替换方案或常见手段，本文不再做详细叙述，但仍属于本技术的保护范围。
[0059]
图1～14是本发明的最佳实施例，下面结合附图1～14对本发明做进一步说明。
[0060]
具体的：如图1所示：基于加权分数阶傅里叶变换的低截获信号产生方法，包括如下步骤：
[0061]
步骤1)输入同步序列发生器的参数，生成待调制的基带同步序列。
[0062]
输入同步序列发生器的参数，产生每一跳的同步序列ci(n)，将同步序列经过基带映射、串并转换处理后，生成所述待调制的基带同步序列pi(n)。
[0063]
步骤2)输入伪码发生器的移位寄存器参数，产生同步信号的加权因子序列。
[0064]
输入伪码发生器的移位寄存器参数，产生旋转因子序列αi(n)(αi(n)∈[0，4])，产生同步信号的加权因子序列wk(n)＝{w0，w1，w2，
…
，w
l
}(k＝0，1，2，3)；
[0065][0066][0067]
上述两个加权因子序列wk(n)的表达式的本质是相同的，只不过旋转的方向不同，即时/频域的具体路径不同，上侧的表达式是顺时针方向下加权因子序列模值随着旋转因子序列变化规律，如图2～5所示。
[0068]
步骤3)对生成的待调制的基带同步序列进行加权分数阶傅里叶变换，得到基于加权分数阶傅里叶变换的同步信号。
[0069]
输入加权因子序列wk(n)，并对生成的待调制的基带同步序列pi(n)行加权分数阶傅里叶变换调制后的信号为y1(n)，加权分数阶傅里叶变换基本原理如图6所示；
[0070][0071]
其中：pi(n)、pi(-n)、pi(-n)分别为pi(n)的1、2、3次傅里叶变换；且pi(-n)为的pi(n)的反转操作。
[0072]
pi(-n)与pi(n)的关系如下：
[0073][0074]
对调制后的信号为y1(n)添加循环前缀经过并串转换、中频调制，得到中频同步信
号y
if
(n)，即基于加权分数阶傅里叶变换的同步信号：
[0075]yif
(n)＝y1(n)*cos(2πf
if
n)＝wfrft[pi(n)，wk(n)]*cos(2πf
if
n)。
[0076]
步骤4)输入同一伪码发生器的移位寄存器参数产生跳频序列，并根据跳频序列得到基于加权分数阶傅里叶变换的跳频同步信号。
[0077]
输入同一伪码发生器的移位寄存器参数，产生跳频序列mi(n)；根据跳频序列mi(n)，从跳频频率集中产生跳频频率fi(n)；输入中频同步信号y
if
(n)和跳频频率fi(n)，对中频同步信号y
if
(n)进行跳频调制，得到调制后的信号y2(n)，中频是指频段由300khz到3000khz的频率。
[0078]
y2(n)＝y
if
(n)*cos(2πfin)＝wfrft[pi(n)，wk(n)]*cos(2πf
if
n)*cos(2πfin)，
[0079]
对调制后的信号y2(n)进行d/a转换，得到基于加权分数阶傅里叶变换的跳频同步信号。
[0080]
第四跳的传统跳频同步信号和基于加权分数阶傅里叶变换的跳频同步信号时域波形对比如图7和8所示。第四跳的传统跳频同步信号和基于加权分数阶傅里叶变换的跳频同步信号功率谱密度对比如图9和10所示。第四跳的传统跳频同步信号和基于加权分数阶傅里叶变换的跳频同步信号星座图对比如图11和12所示。连续十跳的传统跳频同步信号和基于加权分数阶傅里叶变换的跳频同步信号时频分布对比如图13和14所示。
[0081]
步骤5)输入每一跳的信息数据，并生成待调制的基带数据序列。
[0082]
输入每一跳的信息数据datai(n)，将信息序列经过基带映射、串并转换处理后生成待调制的基带数据序列di(n)。
[0083]
步骤6)对生成的待调制的基带数据序列进行加权分数阶傅里叶变换，得到基于加权分数阶傅里叶变换的数据信号。
[0084]
输入伪码发生器的移位寄存器参数，产生旋转因子序列αi(n)(αi(n)∈[0，4])，产生同步信号的加权因子序列wk(n)＝{w0，w1，w2，
…
，w
l
}(k＝0，1，2，3)，并对生成的待调制的基带数据序列di(n)进行加权分数阶傅里叶变换，得到调制后的信号s1(n)，
[0085][0086]
其中，wk(n)＝{w0，w1，w2，
…
，w
l
}(k＝0，1，2，3)为同步信号的加权因子序列，di(n)、di(-n)、d(-n)为di(n)的1、2、3次傅里叶变换；
[0087]
对调制后的信号s1(n)添加循环前缀经过并串转换、中频调制，可得到基于加权分数阶傅里叶变换的跳频同步信号s
if
(n)，
[0088]sif
(n)＝s1(n)*cos(2πf
if
n)＝wfrft(di(n)，wk(n))*cos(2πf
if
n)。
[0089]
步骤7)对基于加权分数阶傅里叶变换的数据信号进行调频调制，得到最终的基于加权分数阶傅里叶变换的跳频数据信号。
[0090]
输入同一伪码发生器的移位寄存器参数，产生跳频序列mi(n)；根据跳频序列mi(n)，从跳频频率集中产生跳频频率fi(n)；输入中频数据信号s
if
(n)和跳频频率fi(n)，对中频数据信号s
if
(n)跳频调制，得到调制后的信号s2(n)，
[0091]
s2(n)＝s
if
(n)*cos(2πfin)＝wfrft(di(n)，wk(n))*cos(2πf
if
n)*cos(2πfin)，
[0092]
对调制后的信号进行d/a转换，得到最终的基于加权分数阶傅里叶变换的跳频数
据信号。
[0093]
基于加权分数阶傅里叶变换的跳频体制信号是一种单载波和多载波组合的混合载波信号，对时频干扰信道有更好的适应能力，可同时适应单载波条件下的多普勒信道和多载波条件下的多径信道，且加权分数阶傅里叶变换后的星座图发生旋转和裂变，统计特性服从复高斯分布，有效对抗基于统计分析的盲信号检测方法；
[0094]
基于加权分数阶傅里叶变换的跳频体制信号中由于载波频率和旋转因子的高速跳变，具有较强的抗跟踪干扰能力，可有效提高信息传输的安全性，且在时域和频域上仅呈现与常规跳频信号相同的变化特征，具有较强的隐蔽性和反侦察性；
[0095]
基于加权分数阶傅里叶变换的跳频体制信号通过同一伪码发生器同时控制跳频序列与旋转因子序列的产生，同时产生变化的两维参数可进一步提高信号的抗参数扫描性，具有较强的可有效提高信息传输的抗截获性。
[0096]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。