偽碼信號識別和干擾的研究

摘 要：偽碼具有抗干擾能力強的特點勢必會在諸多領域得到廣泛應用，因此研究如何有效的識別和干擾該制導信號十分必要。本文首先給出了偽碼產生的機理及特性，然后利用偽碼的均衡性、游程分布和自相關等特性識別偽碼激光制導信號碼元寬度和周期，最后研究了誤碼和延遲誤差對干擾效果產生的影響，分析了上述影響因素產生的原因并給出了相應的減少方法。

關鍵詞：偽碼序列 識別 干擾效果 誤差分析

中圖分類號：TN977文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）05（b）-0076-03

1 偽碼產生的機理及特性

目標指示器中的偽碼是通過線性反饋移存器來完成的。

圖1為一般的線性反饋移存器原理方框圖，圖中各級移存器的狀態用ai=0或1（i為整數）。反饋線的連接狀態用ci表示，ci=1表示此線接通（參加反饋）；ci =0表示此線斷開（不參加反饋）。一個n級移存器經過n次移位后左端新得到的輸入an可以由（1）式所建立的數學模型來表示：

此式描述了移位輸入ak與移位前各級狀態的關系。利用偽碼的均衡性、游程分布和自相關等特性對偽碼激光制導信號進行識別。

2 偽碼激光制導信號識別

2.1 獲取偽碼信號碼元寬度

利用偽碼信號的游程分布規律來識別單個碼元寬度。在偽碼序列中，長度為1的游程占游程總數的1/2，長度為2的游程占游程總數的1/4，長度為3的游程占1/8，…。嚴格講，長度為k的游程數目占游程總數的2-k。

圖2給出了碼元寬度電路實現的原理圖。計數器對高頻時鐘進行計數，計數器的控制信號就是接收到的偽隨機碼。計數器1在控制信號的任意一個上升沿開始計數，在隨后的下降沿停止計數，同時計數器2開始計數，在隨后的上升沿停止計數，同時計數器3開始計數，在隨后的下降沿停止計數……這樣，N個計數器記錄了偽碼序列N個游程中采得的采樣點。當計數完畢之后，通過比較輸出最小的計數值，也就是單個碼元寬度中采得的高頻時鐘周期個數，將這個數字與高頻時鐘的周期相乘就可以得到碼元的寬度。每個游程的長度確定，碼元寬度確定，也就知道偽碼序列的編碼架構。

2.2 偽碼信號周期識別

2.2.1 相關法

偽碼信號的自相關函數的周期與偽碼周期是相同的，而偽碼自相關函數模型如式（3）所示，利用這個性質可以檢測偽碼周期：對得到的偽碼序列進行自相關運算，然后進行峰值檢測，兩個峰值之間的長度就是偽碼序列的周期，如圖3所示。

（3）

2.2.2 比較法

偽碼序列是一個周期序列，因此可以利用它的周期特性來測周期，電路原理如圖5所示。對取得的序列取前N位和后N位進行比較，如果相同則偽碼的周期可能為N。 這里的N是偽碼可能的周期，對長度為n的移位寄存器產生偽碼的周期只能是2n-1，因此N的值僅限于3，7，15，31，63，…，這是偽碼制導信號有別于其他制導信號的一大特點。而偽碼采用的周期都比較小，所以N的可能值很小，并不需要很多的并行支路，有利于對周期的檢測。

3 干擾方案

如果準確的知道偽碼的周期T，每個游程的長度以及偽碼識別干擾系統識別偽碼所占用時間τ，就可以有效的干擾導彈對目標的識別。具體實施方案：如圖1所示，將識別的偽碼制導信號發射到被保護目標附近具有高反射率的假目標，假目標漫反射的干擾信號被激光導引頭的波門接收，且干擾信號與制導信號相比，強度更強，到達激光導引頭的時間也比制導信號超前（超前量的大小在本文的4.2延時誤差詳細討論），則激光導引頭可能將干擾信號當作制導信號處理，那么激光半主動制導武器就會把假目標當作攻擊對象，從而達到了將激光制導武器從被保護目標引偏的目的，因此目標得到了有效地保護[3]。

4 影響干擾效果的因素

4.1 誤碼

4.1.1 理論分析

在截獲的過程中，由于偽碼本身不容易識別以及總存在一定的噪聲，所以誤碼總是存在的。其誤碼率如式（4）所示[4]

由于偽碼序列是周期序列，且每個碼元互不相關，所以在一個周期內存在k個誤碼的概率為

對含有誤碼的偽碼作自相關運算，主瓣峰值和副瓣值都將發生變化，將直接影響周期T的測量。具體的說，主瓣峰值要降低，旁瓣峰值要增加；且誤碼越多，其趨勢越明顯，以至于不能區分其主瓣和旁瓣的大小，也就不能正確的度量出偽碼的周期。

4.1.2 仿真結果及分析

以周期N=31的偽碼序列為例來分析存在誤碼時對周期識別的影響，根據圖5所示的仿真結果（作歸一化處理），得出以下結論：

（1）隨著誤碼數的增加，主瓣峰值下降，旁瓣峰值上升，這與以上的理論分析一致。

（2）誤碼數一定而誤碼出現的位置不同時，不影響此時主瓣峰值的大小，只影響旁瓣峰值出現的位置。

（3）實驗結果（歸一化處理）顯示，周期N=15的偽碼序列能允許的最大誤碼數為6，周期N=31的偽碼序列能允許的最大誤碼數為13。

4.1.3 減少誤碼的措施

（1）減少噪聲功率，提高信噪比。在電路設計中盡可能的使用低噪聲、低功耗的元器件，同時也可以設計專門的電路來減少噪聲功耗，提高信噪比，以減少誤差。

（2）選擇合適的判決電平。在信噪比一定的情況下，選擇適當的判決電平也可以減少誤碼。

4.2 延時誤差

4.2.1 理論分析

偽碼激光制導信號延遲的時間τ1由式（6）決定：

如圖1所示，R1為激光目標指示器與偽碼識別與干擾系統之間的距離，R2假目標與激光導引頭之間的距離，C是光速，τ1是偽碼識別與干擾系統識別偽碼制導信號所需的時間。一般來說R1/C、R2/C與τ1相比都可以忽略不計。

為了保證與偽碼制導信號同步，需要人為的延遲時間τ2后再向假目標發射干擾信號。τ2取值與（T-τ1）有關，其中T為偽碼制導信號的周期。

4.2.2 仿真結果及分析

（1）若τ2>（T-τ1），偽碼制導信號先于干擾信號到達激光導引頭波門，干擾失敗；

（2）若τ2=（T-τ1），偽碼制導信號與干擾信號同時到達激光導引頭波門，但是干擾信號強度更強，也能起一定的干擾效果，但是同時到達的幾率極低。

（3）若τ2<（T-τ1），干擾信號先于偽碼制導信號到達激光導引頭波門，可以成功的干擾，干擾成功率和提前到達的時間有關。對于波門寬度分別為200μs、300μs和500μs的固定波門來說，提前到達時間分別要小于2μs、3μs和5μs；對于波門寬度分別為30μs和50μs的實時波門來說，提前到達時間分別要小于0.3μs和0.5μs[5]。

5 結語

偽碼序列具有抗干擾能力強又便于重復產生和處理的特點勢必在激光制導中得到應用，所以研究如何識別和干擾很有必要。本文給出了識別偽碼的方法、提出了干擾方案以及對影響干擾效果的諸多因素分析，得出了一些有意義的結論，這為硬件電路的設計和改善提供了依據。

參考文獻

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