涂友超,余大慶,董群華,魯　犀

(信陽師范學(xué)院物理電子工程學(xué)院,河南信陽　464000)

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偽碼調(diào)相引信干擾仿真模塊化設(shè)計(jì)*

涂友超,余大慶,董群華,魯犀

(信陽師范學(xué)院物理電子工程學(xué)院,河南信陽464000)

摘要:為了便于研究偽碼調(diào)相引信的干擾性能,利用Matlab/Simulink完成了偽碼調(diào)相引信干擾仿真系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)。用Simulink對偽碼調(diào)相引信干擾仿真系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì),不僅建模簡捷,而且增加了仿真的可視化效果和模塊的可移植特性。最后在一定條件下對壓制性噪聲調(diào)頻干擾和模擬回波的欺騙性干擾進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真,仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的偽碼調(diào)相引信干擾仿真系統(tǒng)是正確可信的。

關(guān)鍵詞:偽碼調(diào)相引信;干擾;仿真;模塊化;Simulink

0引言

Matlab/Simulink圖形用戶界面不僅能清晰地反映系統(tǒng)中具體環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)細(xì)節(jié),而且能讓用戶清晰的了解其設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中各器件、各子系統(tǒng)間的信息流流向和信息交換情況,從而能實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的宏觀掌握[1-2]。偽碼調(diào)相引信由于有精確的定距性能和較強(qiáng)的抗干擾能力,使其成為引信體制中重要的發(fā)展方向之一[3]。對于偽碼調(diào)相引信的干擾問題,已有許多文獻(xiàn)作過詳細(xì)研究,如文獻(xiàn)[4-7]等,但這些研究多為理論分析,在干擾仿真實(shí)驗(yàn)方面的研究卻很少。文中利用Matlab/Simulink完成了偽碼調(diào)相引信干擾仿真系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì),所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠?qū)未a調(diào)相引信的壓制性噪聲調(diào)頻干擾過程和模擬回波的欺騙性干擾過程進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真,仿真結(jié)果能夠?yàn)樵擉w制引信的對抗雙方在提高干擾、抗干擾能力方面提供理論依據(jù)。

1偽碼調(diào)相引信干擾仿真模塊化設(shè)計(jì)思想

偽碼調(diào)相引信干擾仿真模塊的設(shè)計(jì)分三步進(jìn)行:1)根據(jù)偽碼調(diào)相引信干擾仿真系統(tǒng)的任務(wù)及功能,將系統(tǒng)分為若干個(gè)模塊,確定各模塊間的信號(hào)交互關(guān)系;2)分別構(gòu)建各模塊的內(nèi)容,并根據(jù)仿真的要求進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置;3)將各模塊封裝起來,構(gòu)成模塊化的偽碼調(diào)相引信干擾仿真系統(tǒng)。

偽碼調(diào)相引信干擾仿真系統(tǒng)分為5個(gè)模塊:1)偽碼信號(hào)產(chǎn)生模塊(PNsignalproduction_mod),其作用是從偽碼調(diào)相引信接收的回波信號(hào)和干擾信號(hào)中解調(diào)出引信所發(fā)射的偽碼信號(hào);2)干擾模塊(jamming_mod),產(chǎn)生干擾仿真所用的噪聲調(diào)頻(NFM)干擾信號(hào)和模擬回波的欺騙性干擾信號(hào),根據(jù)干擾信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)的位置將此模塊封裝在偽碼信號(hào)產(chǎn)生模塊中;3)本地預(yù)延遲碼模塊(localdelaycode_mod),其作用是產(chǎn)生本地預(yù)延遲偽碼;4)相關(guān)器模塊(correlator_mod),其作用是將偽碼信號(hào)產(chǎn)生模塊輸出的偽碼與本地預(yù)延遲偽碼作相關(guān)處理,輸出相關(guān)信號(hào);5)信號(hào)處理模塊(signalprocession_mod),其功能是對相關(guān)器輸出信號(hào)進(jìn)行處理,產(chǎn)生引信啟動(dòng)信號(hào)。

2干擾仿真模塊化設(shè)計(jì)

2.1偽碼信號(hào)產(chǎn)生模塊

假設(shè)偽碼調(diào)相引信接收到的回波信號(hào)為:

(1)

式(1)中,SPN(t)可以通過模塊PNSequenceGenerator、UnipolartoBipolarConverter來實(shí)現(xiàn),載波cosω0t可以通過模塊SineWave來實(shí)現(xiàn),回波延遲時(shí)間τ可以通過選擇模塊Ramp、VariableTimeDelay,并通過設(shè)置合適的參數(shù)R0、v來實(shí)現(xiàn)。圖1為偽碼信號(hào)產(chǎn)生模塊。

圖1　偽碼信號(hào)產(chǎn)生模塊

2.2干擾模塊

2.2.1壓制性NFM干擾模塊

不考慮干擾信號(hào)到達(dá)引信接收機(jī)的時(shí)延,則進(jìn)入接收機(jī)的噪聲調(diào)頻干擾信號(hào)可表示為:

(2)

圖2　壓制性NFM干擾模塊

2.2.2欺騙性干擾模塊

根據(jù)式(1),設(shè)欺騙性干擾信號(hào)為:

(3)

式中:Uj為干擾信號(hào)電壓幅度;τj為欺騙性干擾信號(hào)的延時(shí),τj可表示為:τj=Rj/c+Δτj,其中Rj為干擾機(jī)與引信間的距離,Δτj為人為加入的一定步長的延時(shí)。欺騙性干擾模塊如圖3所示。

τj是一個(gè)動(dòng)態(tài)延時(shí),通過模塊Ramp和VariableTimeDelay設(shè)置Rj、Δτj的大小,可以使引信在到達(dá)預(yù)定的起爆距離之前的某一時(shí)刻干擾偽碼的延時(shí)τj近似等于本地偽碼延時(shí)τd,引信接收到這個(gè)欺騙性干擾信號(hào)后啟動(dòng),導(dǎo)致彈丸早炸。

圖3　欺騙性干擾模塊

2.3本地預(yù)延遲碼模塊

根據(jù)偽碼調(diào)相連續(xù)波引信預(yù)定的炸點(diǎn),通過設(shè)置本地偽碼的延遲時(shí)間τd,可以得到本地預(yù)延遲偽碼SPN(t-τd)。本地預(yù)延遲碼模塊如圖4所示。

圖4　本地預(yù)延遲碼模塊

2.4相關(guān)器模塊

相關(guān)器模塊由乘法器和積分器組成,如圖5所示。

圖5　相關(guān)器模塊

2.5信號(hào)處理模塊

信號(hào)處理模塊由幅度檢波器和比較器組成,如圖6所示。相關(guān)器輸出的信號(hào)經(jīng)幅度檢波后,與比較器設(shè)定的門限電平(文中仿真時(shí)Ucom=0.8)進(jìn)行比較,當(dāng)檢波器的輸出信號(hào)幅度大于或等于比較電平時(shí),則比較器輸出啟動(dòng)電平-1,觸發(fā)引信執(zhí)行級(jí)產(chǎn)生引爆信號(hào)。

圖6　信號(hào)處理模塊

2.6模塊封裝

將以上各模塊封裝起來,得到偽碼調(diào)相引信干擾仿真系統(tǒng)如圖7所示。根據(jù)偽碼調(diào)相引信和干擾信號(hào)的類型、參數(shù)不同,進(jìn)行干擾仿真實(shí)驗(yàn)時(shí),可以按照實(shí)際情況對其中的一些模塊進(jìn)行移植、替換。

圖7　偽碼調(diào)相引信干擾仿真模型

3干擾仿真實(shí)驗(yàn)

根據(jù)文獻(xiàn)[9],偽碼調(diào)相連續(xù)波引信預(yù)定起爆距離為:

(4)

根據(jù)文獻(xiàn)[9],偽碼調(diào)相連續(xù)波引信模糊距離為:

(5)

根據(jù)圖7所示的模型,設(shè)置仿真參數(shù)為:偽碼碼長P=15,偽碼碼元寬度Tc=100ns,τd=100ns,f0=3GHz,R0=31m,Ucom=0.8V,接收機(jī)帶寬Δfr=2/Tc。則預(yù)定起爆距離為12.2m≤R≤17.8m,第一個(gè)模糊距離為Rf1=240m,第二個(gè)模糊距離為Rf2=465m。

3.1壓制性NFM干擾仿真結(jié)果

仿真時(shí)設(shè)置NFM干擾功率Pj=0.5W,干擾帶寬Δfj能夠覆蓋接收機(jī)帶寬,其它參數(shù)不變,仿真結(jié)果如圖8所示。

圖8　NFM干擾下不同多普勒頻率時(shí)信號(hào)處理模塊輸出波形

由圖8可以看出,NFM干擾功率較小時(shí),引信的作用距離位于其預(yù)定起爆距離內(nèi),引信正常啟動(dòng),干擾失敗。另外,在其它仿真條件不變的情況下,偽碼調(diào)相連續(xù)波引信的作用距離隨著多普勒頻率fd的增大而減小。當(dāng)NFM干擾功率Pj=4.5W時(shí),引信的作用距離超過了其預(yù)定起爆距離,使引信早炸,干擾成功,此時(shí)信號(hào)處理模塊輸出的波形如圖9所示。

圖9　NFM干擾成功時(shí)信號(hào)處理模塊輸出波形

3.2欺騙性干擾仿真結(jié)果

設(shè)置彈目相對速度V=1 000m/s,當(dāng)欺騙性干擾功率Pj=0.5W時(shí),引信在第一模糊距離與預(yù)定起爆距離之間被成功干擾(簡記為“情況一”),此時(shí)信號(hào)處理模塊輸出波形如圖10所示。當(dāng)欺騙性干擾功率Pj=8W時(shí),引信在第一個(gè)模糊距離附近被成功干擾(簡記為“情況二”),此時(shí)信號(hào)處理模塊輸出波形如圖11所示。其它條件不變的情況下,如果繼續(xù)增大欺騙性干擾功率,引信可能在第二個(gè)、第三個(gè)…第N個(gè)模糊距離附近被成功干擾。

圖10　情況一時(shí)信號(hào)處理模塊輸出波形

圖11　情況二時(shí)信號(hào)處理模塊輸出波形

4結(jié)論

文中利用Matlab/Simulink對偽碼調(diào)相引信干擾仿真系統(tǒng)進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì),根據(jù)所建立的仿真模型對一定條件下的壓制性噪聲調(diào)頻干擾過程和模擬回波的欺騙性干擾過程進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真,驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的偽碼調(diào)相引信干擾仿真模型是正確可信的。在此基礎(chǔ)上,通過進(jìn)一步的仿真研究,分析影響偽碼調(diào)相引信壓制性和欺騙性干擾效果的因素,還能夠?yàn)橐艑闺p方在提高干擾、抗干擾能力方面提供理論依據(jù)。文中提出的設(shè)計(jì)方法對偽碼體制及其它體制引信類似的干擾仿真實(shí)驗(yàn)有一定的借鑒和幫助。

參考文獻(xiàn):

[1]薛定宇, 陳陽泉. 基于MATLAB/Simulink的系統(tǒng)仿真與應(yīng)用 [M]. 2版. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2011: 129-130.

[2]姚俊, 馬松輝,Simulink. 建模與仿真 [M]. 西安: 西安電子科技大學(xué)出版社, 2003: 6-9.

[3]趙惠昌. 無線電引信設(shè)計(jì)原理與方法 [M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2012: 86-87.

[4]隋鑒, 李國林, 王凌. 基于噪聲卷積的靈巧噪聲偽碼調(diào)相引信干擾 [J]. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù), 2014, 36(10): 1924-1928.

[5]黃光明, 趙惠昌, 稽華. 偽碼引信信號(hào)識(shí)別與干擾 [J]. 彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào), 2004, 24(1): 219-222.

[6]胡澤賓, 趙惠昌, 黃光明. 高斯白噪聲對偽隨機(jī)碼調(diào)相引信干擾效果研究 [J]. 彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào), 2005, 25(7): 402-405.

[7]涂友超, 王玉光, 李功科, 等. 偽碼調(diào)相引信壓制性干擾效果仿真 [J]. 信陽師范學(xué)院學(xué)報(bào), 2012, 25(4): 538-542.

[8]魏振華, 董文峰. 基于Simulink的有源壓制性干擾建模與仿真 [J]. 空軍雷達(dá)學(xué)院學(xué)報(bào), 2009, 23(1): 42-45.

[9]涂友超. 典型偽碼體制引信參數(shù)提取及干擾效果研究 [D]. 南京: 南京理工大學(xué), 2010.

*收稿日期:2015-03-07

基金項(xiàng)目:河南省科技廳基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃項(xiàng)目(142300410446)資助

作者簡介:涂友超(1971-),男,河南信陽人,副教授,博士,研究方向:無線電引信信息對抗,信號(hào)處理與系統(tǒng)仿真研究。

中圖分類號(hào):TJ434.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

ModularizedDesignofJammingSimulationforPseudo-randomCodePhaseModulationFuze

TUYouchao,YUDaqing,DONGQunhua,LUXi

(CollegeofPhysicsandElectronicsEngineering,XinyangNormalUniversity,HenanXinyang464000,China)

Abstract:In order to conveniently study jamming performance of pseudo-random code phase modulation fuze, jamming simulation system of the fuze was built for a modular design by using Matlab/Simulink, The method of modularized design for the jamming simulation system of the fuze based on Simulink toolbox not only makes modeling simply and clearly, but also increases visualization effect of simulation and transplantable feature of the modules. Finally, real-time dynamic simulation on suppressing noise FM jamming and simulation echo deceptive jamming was done, simulation results showed the designed modular system was correct and credible.

Keywords:pseudo-random code phase modulation fuze; jamming; simulation; modularized; Simulink