基于FPGA的混沌信号发生方法、系统、装置及介质

技术领域

本发明涉及混沌信号产生技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的混沌信号发生方法、系统、装置及介质。

背景技术

高分辨雷达目标识别是当今高技术领域的一个重要的发展方向。由于具有较高的分辨率，高分辨雷达在照射目标时目标的散射场可以被看成是多个散射中心的集合，雷达回波的形状取决于散射中心的分布和性质，因此，高分辨雷达目标回波中含有丰富的目标信息，如目标的大小、建造的材料、表面的几何结构等。可见，高分辨雷达目标识别研究有着良好的物理基础。

目前，关于雷达目标识别问题主要有两种方法：人工识别法和自动识别法。人工识别法的结果大大地依赖于操作人员的经验、精神状况等其它方面因素的影响，因而人工识别法的效果是非常有限的。研究表明，基于混沌理论的雷达目标识别研究是一个崭新的、非常值得深入研究的课题。

混沌是确定性的非线性动态系统中出现的一种貌似随机的运动。由于混沌具有伪随机性、对初始值敏感等特性，且可以控制和同步，使得它在诸如保密通信、信息加密等工程领域具有广阔的应用前景。而混沌的应用需要产生混沌信号，由此，激发了人们对混沌系统以及混沌系统电路实现的研究兴趣，并成为了近年来非线性电路与系统领域的研究热点之一。

在混沌系统电路实现方面，传统的方法通常是利用模拟电子电路来完成的，但存在电路参数离散性较大、通用性较差等问题，电路设计者需要有较高的调试技巧和经验。

发明内容

为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种基于FPGA的混沌信号发生方法、系统、装置及介质。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于FPGA的混沌信号发生方法，包括以下步骤：

在matlab软件中输入混沌函数，设置混沌函数的初始值后，获得函数值的数值表；

在Quartus软件中建立hex文件，将matlab软件获得的数值表存储入所述hex文件中；

调用Quartus软件的ROM的IP核，根据IP核建立ROM，将所述hex文件作为ROM存储的数据；

建立程序语言文件，根据所述程序语言文件、输入的相位控制字与频率控制字获取地址数据；

根据所述地址数据调取并输出ROM中存储的混沌函数的数值，获得混沌信号。

进一步，所述混沌函数的表达式为：

X

其中，混沌函数的初始值设置为0.2983，获得函数值的1*2048数值表。

进一步，所述ROM的地址宽度为11位、数据深度为2048。

进一步，所述将matlab软件获得的数值表存储入所述hex文件中，包括：

将matlab软件获得的数值表以16进制存储入所述hex文件中。

进一步，所述混沌信号发生方法还包括仿真步骤，包括：

采用modelsim软件对混沌信号进行波形仿真。

本发明所采用的另一技术方案是：

一种基于FPGA的混沌信号发生系统，包括：

数值获取模块，用于在matlab软件中输入混沌函数，设置混沌函数的初始值后，获得函数值的数值表；

数值存储模块，用于在Quartus软件中建立hex文件，将matlab软件获得的数值表存储入所述hex文件中；

文件存储模块，用于调用Quartus软件的ROM的IP核，根据IP核建立ROM，将所述hex文件作为ROM存储的数据；

地址调取模块，用于建立程序语言文件，根据所述程序语言文件、输入的相位控制字与频率控制字获取地址数据；

数值调取模块，用于根据所述地址数据调取并输出ROM中存储的混沌函数的数值，获得混沌信号。

进一步，所述混沌函数的表达式为：

X

其中，混沌函数的初始值设置为0.2983，获得函数值的1*2048数值表。

进一步，所述ROM的地址宽度为11位、数据深度为2048。

本发明所采用的另一技术方案是：

一种基于FPGA的混沌信号发生装置，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上所述方法。

本发明所采用的另一技术方案是：

一种存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行如上所述方法。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种在基于FPGA的混沌信号生成方法，为混沌信号的产生提供了一种全新的途径，可简化生成混沌信号的设备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本发明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员而言，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。

图1是本发明实施例中一种基于FPGA的混沌信号发生方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中输出波形的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本实施例提供一种基于FPGA的混沌信号发生方法，包括以下步骤：

S1、在matlab中输入Logistic混沌函数：X

S2、在QuartusⅡ上建立hex文件，将matlab生成的数值表粘贴进以16进制存储的hex文件中。

S3、调用QuartusⅡ的ROM的IP核，新建地址宽度11位、数据深度2048的ROM，并调用此hex文件作为存储的数据。

S4、新建程序语言文件，以DDS原理，通过输入的相位控制字与频率控制字控制，输出地址数据，以此地址数据调取ROM中存储好的混沌函数数值，进行输出。在本实施例中，程序语言文件指的是编程代码文件，即verilog HDL代码。

S5、新建程序语言文件，设置测试时间单位与精度1ns/1ns，设置系统时钟周期10ns，频率控制字1000000，相位控制字0。以此testbench文件对程序进行仿真。

S6、使用modelsim仿真，观测波形，如图2所示，输出的波形与预期效果一致。

由上可知，本实施例将混沌信号应用于高分辨雷达中，致力于提高高分辨雷达通信的安全性和保密性，利用脉冲调相的原理，在matlab里实现混沌度的分析和优化，并在FPGA硬件平台实现混沌发生器的设计。最后通过示波器观测FPGA硬件平台生成的混沌信号与MATLAB仿真结果一致，说明该设计的有效性和准确性。

本实施例还提供一种基于FPGA的混沌信号发生系统，包括：

数值获取模块，用于在matlab软件中输入混沌函数，设置混沌函数的初始值后，获得函数值的数值表；

数值存储模块，用于在Quartus软件中建立hex文件，将matlab软件获得的数值表存储入所述hex文件中；

文件存储模块，用于调用Quartus软件的ROM的IP核，根据IP核建立ROM，将所述hex文件作为ROM存储的数据；

地址调取模块，用于建立程序语言文件，根据所述程序语言文件、输入的相位控制字与频率控制字获取地址数据；

数值调取模块，用于根据所述地址数据调取并输出ROM中存储的混沌函数的数值，获得混沌信号。

进一步作为可选的实施方式，所述混沌函数的表达式为：

X

其中，混沌函数的初始值设置为0.2983，获得函数值的1*2048数值表。

进一步作为可选的实施方式，所述ROM的地址宽度为11位、数据深度为2048。

本实施例的一种基于FPGA的混沌信号发生系统，可执行本发明方法实施例所提供的一种基于FPGA的混沌信号发生方法，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。

本实施例还提供一种基于FPGA的混沌信号发生装置，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现图1所示方法。

本实施例的一种基于FPGA的混沌信号发生装置，可执行本发明方法实施例所提供的一种基于FPGA的混沌信号发生方法，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。

本申请实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行图1所示的方法。

本实施例还提供了一种存储介质，存储有可执行本发明方法实施例所提供的一种基于FPGA的混沌信号发生方法的指令或程序，当运行该指令或程序时，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。

在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。

此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。