偽碼調相引信干擾仿真模塊化設計*

涂友超,余大慶,董群華,魯　犀

(信陽師范學院物理電子工程學院,河南信陽　464000)

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偽碼調相引信干擾仿真模塊化設計*

涂友超,余大慶,董群華,魯犀

(信陽師范學院物理電子工程學院,河南信陽464000)

摘要:為了便于研究偽碼調相引信的干擾性能,利用Matlab/Simulink完成了偽碼調相引信干擾仿真系統的模塊化設計。用Simulink對偽碼調相引信干擾仿真系統進行模塊化設計,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頻干擾和模擬回波的欺騙性干擾進行實時動態仿真,仿真結果表明所設計的偽碼調相引信干擾仿真系統是正確可信的。

關鍵詞:偽碼調相引信;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中具體環節的動態細節,而且能讓用戶清晰的了解其設計的系統中各器件、各子系統間的信息流流向和信息交換情況,從而能實現對整個系統的宏觀掌握[1-2]。偽碼調相引信由于有精確的定距性能和較強的抗干擾能力,使其成為引信體制中重要的發展方向之一[3]。對于偽碼調相引信的干擾問題,已有許多文獻作過詳細研究,如文獻[4-7]等,但這些研究多為理論分析,在干擾仿真實驗方面的研究卻很少。文中利用Matlab/Simulink完成了偽碼調相引信干擾仿真系統模塊化設計,所設計的系統能夠對偽碼調相引信的壓制性噪聲調頻干擾過程和模擬回波的欺騙性干擾過程進行實時動態仿真,仿真結果能夠為該體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。

1偽碼調相引信干擾仿真模塊化設計思想

偽碼調相引信干擾仿真模塊的設計分三步進行:1)根據偽碼調相引信干擾仿真系統的任務及功能,將系統分為若干個模塊,確定各模塊間的信號交互關系;2)分別構建各模塊的內容,并根據仿真的要求進行相應的參數設置;3)將各模塊封裝起來,構成模塊化的偽碼調相引信干擾仿真系統。

偽碼調相引信干擾仿真系統分為5個模塊:1)偽碼信號產生模塊(PNsignalproduction_mod),其作用是從偽碼調相引信接收的回波信號和干擾信號中解調出引信所發射的偽碼信號;2)干擾模塊(jamming_mod),產生干擾仿真所用的噪聲調頻(NFM)干擾信號和模擬回波的欺騙性干擾信號,根據干擾信號進入系統的位置將此模塊封裝在偽碼信號產生模塊中;3)本地預延遲碼模塊(localdelaycode_mod),其作用是產生本地預延遲偽碼;4)相關器模塊(correlator_mod),其作用是將偽碼信號產生模塊輸出的偽碼與本地預延遲偽碼作相關處理,輸出相關信號;5)信號處理模塊(signalprocession_mod),其功能是對相關器輸出信號進行處理,產生引信啟動信號。

2干擾仿真模塊化設計

2.1偽碼信號產生模塊

假設偽碼調相引信接收到的回波信號為:

(1)

式(1)中,SPN(t)可以通過模塊PNSequenceGenerator、UnipolartoBipolarConverter來實現,載波cosω0t可以通過模塊SineWave來實現,回波延遲時間τ可以通過選擇模塊Ramp、VariableTimeDelay,并通過設置合適的參數R0、v來實現。圖1為偽碼信號產生模塊。

圖1　偽碼信號產生模塊

2.2干擾模塊

2.2.1壓制性NFM干擾模塊

不考慮干擾信號到達引信接收機的時延,則進入接收機的噪聲調頻干擾信號可表示為:

(2)

圖2　壓制性NFM干擾模塊

2.2.2欺騙性干擾模塊

根據式(1),設欺騙性干擾信號為:

(3)

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

τj是一個動態延時,通過模塊Ramp和VariableTimeDelay設置Rj、Δτj的大小,可以使引信在到達預定的起爆距離之前的某一時刻干擾偽碼的延時τj近似等于本地偽碼延時τd,引信接收到這個欺騙性干擾信號后啟動,導致彈丸早炸。

圖3　欺騙性干擾模塊

2.3本地預延遲碼模塊

根據偽碼調相連續波引信預定的炸點,通過設置本地偽碼的延遲時間τd,可以得到本地預延遲偽碼SPN(t-τd)。本地預延遲碼模塊如圖4所示。

圖4　本地預延遲碼模塊

2.4相關器模塊

相關器模塊由乘法器和積分器組成,如圖5所示。

圖5　相關器模塊

2.5信號處理模塊

信號處理模塊由幅度檢波器和比較器組成,如圖6所示。相關器輸出的信號經幅度檢波后,與比較器設定的門限電平(文中仿真時Ucom=0.8)進行比較,當檢波器的輸出信號幅度大于或等于比較電平時,則比較器輸出啟動電平-1,觸發引信執行級產生引爆信號。

圖6　信號處理模塊

2.6模塊封裝

將以上各模塊封裝起來,得到偽碼調相引信干擾仿真系統如圖7所示。根據偽碼調相引信和干擾信號的類型、參數不同,進行干擾仿真實驗時,可以按照實際情況對其中的一些模塊進行移植、替換。

圖7　偽碼調相引信干擾仿真模型

3干擾仿真實驗

根據文獻[9],偽碼調相連續波引信預定起爆距離為:

(4)

根據文獻[9],偽碼調相連續波引信模糊距離為:

(5)

根據圖7所示的模型,設置仿真參數為:偽碼碼長P=15,偽碼碼元寬度Tc=100ns,τd=100ns,f0=3GHz,R0=31m,Ucom=0.8V,接收機帶寬Δfr=2/Tc。則預定起爆距離為12.2m≤R≤17.8m,第一個模糊距離為Rf1=240m,第二個模糊距離為Rf2=465m。

3.1壓制性NFM干擾仿真結果

仿真時設置NFM干擾功率Pj=0.5W,干擾帶寬Δfj能夠覆蓋接收機帶寬,其它參數不變,仿真結果如圖8所示。

圖8　NFM干擾下不同多普勒頻率時信號處理模塊輸出波形

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

圖9　NFM干擾成功時信號處理模塊輸出波形

3.2欺騙性干擾仿真結果

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

圖10　情況一時信號處理模塊輸出波形

圖11　情況二時信號處理模塊輸出波形

4結論

文中利用Matlab/Simulink對偽碼調相引信干擾仿真系統進行了模塊化設計,根據所建立的仿真模型對一定條件下的壓制性噪聲調頻干擾過程和模擬回波的欺騙性干擾過程進行實時動態仿真,驗證了所設計的偽碼調相引信干擾仿真模型是正確可信的。在此基礎上,通過進一步的仿真研究,分析影響偽碼調相引信壓制性和欺騙性干擾效果的因素,還能夠為引信對抗雙方在提高干擾、抗干擾能力方面提供理論依據。文中提出的設計方法對偽碼體制及其它體制引信類似的干擾仿真實驗有一定的借鑒和幫助。

參考文獻:

[1]薛定宇, 陳陽泉. 基于MATLAB/Simulink的系統仿真與應用 [M]. 2版. 北京: 清華大學出版社, 2011: 129-130.

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

[3]趙惠昌. 無線電引信設計原理與方法 [M]. 北京: 國防工業出版社, 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相引信干擾 [J]. 系統工程與電子技術, 2014, 36(10): 1924-1928.

[5]黃光明, 趙惠昌, 稽華. 偽碼引信信號識別與干擾 [J]. 彈箭與制導學報, 2004, 24(1): 219-222.

[6]胡澤賓, 趙惠昌, 黃光明. 高斯白噪聲對偽隨機碼調相引信干擾效果研究 [J]. 彈箭與制導學報, 2005, 25(7): 402-405.

[7]涂友超, 王玉光, 李功科, 等. 偽碼調相引信壓制性干擾效果仿真 [J]. 信陽師范學院學報, 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]. 空軍雷達學院學報, 2009, 23(1): 42-45.

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

*收稿日期:2015-03-07

基金項目:河南省科技廳基礎與前沿技術研究計劃項目(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,信號處理與系統仿真研究。

中圖分類號:TJ434.1

文獻標志碼: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