一种辐射源产生及识别技术设计*

2016-04-15孙希东李晓江

舰船电子工程 2016年3期

关键词：辐射源识别

孙希东　李晓江

(1.91404部队　秦皇岛　066001)(2.91202部队　秦皇岛　066001)

一种辐射源产生及识别技术设计*

孙希东1李晓江2

(1.91404部队秦皇岛066001)(2.91202部队秦皇岛066001)

摘要论文论证了一种辐射源的产生及精确识别技术的设计及实现过程,主要包括信号环境产生系统和侦察接收系统的工作原理和设计方案,可为辐射源指纹识别等革新技术在雷达与电子战中的应用研究提供基本的实验验证平台,可为电子目标识别与应用提供基本的支撑条件。

关键词辐射源; 识别; 信号环境; 侦察

A Kind of Generation and Identification Technology for Radio Transmitters

SUN Xidong1LI Xiaojiang2

(1. No. 91404 Troops of PLA, Qinhuangdao066001)(2. No. 91202 Troops of PLA, Qinhuangdao066001)

AbstractA realization of the process and the design of a kind of generation & identification technology for radio transmitters are demonstrated in this paper. It includes the work principle and designed scheme for signal envialment generating system and receive and detect system. It provides a test validating platform for identification technology for radio transmitters to do research for application of radar and electronic countmeasure. And it provides a supportable condition for the application of identificating electronic target and utilizing.

Key Wordsradio transmitters, identification, signal environment, detect

Class NumberTN957.5

1引言

随着现代科学技术的不断发展,现代战争已由过去的单一兵器或单一平台的对抗向系统对抗、体系对抗转变[1]。面对复杂的战争环境,单一功能电子对抗装备的生存能力和作战性能受到了严峻的挑战,任何单一的电子战装备或多种电子战装备的简单叠加,已难以保障对敌方综合性高技术电子兵器实施有效和可靠的压制,必须把不同种类、不同用途的电子战设备和多种电子战手段有机结合,构成综合性一体化电子战作战体系,才能形成强大的电子进攻力量和电子防卫力量。

目前,国内在通信侦察、雷达侦察系统等方面的研究均取得了很大成果[2],研制、装备了许多雷达、通信侦察设备,并积累了丰富的工程经验,但在综合一体化电子战系统方面的研究则刚刚起步。综合一体化电子战系统所涉及的研究内容相当广泛,需要解决的关键技术也非常多[3]。基于当前实际情况,本文着重对信息化条件下军事训练保障领域就如何模拟多种、多批次通信电台、雷达发射的信号,通过高保真度电子对抗侦察接收机接收,输出保真度极高的中频、视频信号,供辐射源指纹识别等军民融合发展课题进行分析和研究。

2系统组成

辐射源产生及精确识别系统主要包括信号环境产生系统和侦察接收系统,其中,信号环境产生系统主要用于模拟多种、多批次通信电台和多体制、多批次雷达辐射源信号,以构建构建电子对抗新技术研究所需的通信信号和雷达辐射源等电子对抗信号。侦察接收系统主要是接收信号环境产生系统模拟的多种、多批次通信电台和多体制、多批次雷达辐射源信号,输出保真度极高的中频、视频信号,以供辐射源指纹识别等科研课题的验证实验。

3工作原理及实现

3.1信号环境产生系统

信号环境产生系统主要由显示控制单元、基带信号波形产生单元、发射激励单元、频率源单元及电源模块等组成,其组成原理如图1所示。

显示控制单元是信号环境产生系统的重要组成部分,控制辐射源信号产生模块的运行,为用户提供友好的人机界面,它包含的主要功能有:信号数据库管理、自检、试验战情设置、设备运行控制、设备状态显示和接口通信等,其主要功能包括:

图1　信号环境产生系统组成原理框图

显示控制单元的辐射源信号产生控制软件为用户提供一个开放的辐射源信号编辑环境,用户通过辐射源信号编辑界面将雷达及多种体制通信信号的参数设置至控制软件内,通过控制软件生成辐射源信号数据报文,在初始化时发送至基带信号波形产生单元。显示控制单元可选用PowerPC作为显控控制计算机,液晶显示屏选用16位真彩显示屏。

基带信号波形产生单元是以具有调频、调相功能的DDS为核心的大规模实时信号产生系统,主要接收显示控制单元的威胁辐射源参数,进行必要的数据精度转换,如脉冲宽度、子码宽度、频率精度等,以及线性调频、非线性调频等脉内调制信息的解算,按照脉冲的时序排队,顺序生成控制宽带DDS的频率控制字、相位控制字,控制宽带DDS产生相应频率、脉宽、脉内调制的400MHz~600MHz的威胁辐射源中频基带信号脉冲,并负责频率合成器、发射激励单元的微波器件的控制。

基带信号波形产生单元利用大规模FPGA和高速DAC构建的具有调频、调相功能的宽带DDS器件,在FPGA内部通过DDS IP核,构建DDS的相位累加器、ROM和数字控制接口,通过数字控制接口将相应脉冲的频率控制字、相位控制字发送给DDS IP核,产生高速的波形数字量数字流,送给高速DAC,产生具有一定载频、脉宽、频率调制、相位调制的威胁辐射源脉冲中频基带信号。

基带信号波形产生单元所实现的宽带DDS具有调频、调相功能,DDS工作原理框图如图2所示。

图2　DDS工作原理框图

DDS不仅能直接合成信号频率,而且可以直接合成任意信号的波形。根据DDS技术本身的这些特性可以看出,只要输入不同的控制指令,就可以产生各种波形。假设信号波形定义为:Asin(ωt+φ)。

DDS技术可以直接对三个信号波形参数ω、φ、A中的一个、二个或三个同时进行控制,而且置频时间在100ns左右,因此,不但可以实现连续波信号、常规脉冲信号,还可以实现频率捷变、脉冲压缩、脉冲编码等体制的威胁雷达信号及通信信号。

如果要产生线性/非线性调频,只需要按照频率变化的规律对频率控制字进行改变,则可形成所需要的线性/非线性调频信号。如果需要二相/多相编码,则可以按照规律改变相位累加器的相位代码,就能得到所需要的调相信号。

基带信号波形产生单元可模拟的中频基带信号形式包括:常规脉冲雷达、频率分集雷达、重频抖动雷达、重频参差雷达、频率捷变雷达、线性调频雷达、连续波雷达以及TDMA、CDMA、FDMA、OFDM等多种体制通信信号。基带信号波形产生单元还根据每个威胁辐射源脉冲的载频信息,通过TTL电平的数字I/O实时控制频率源、变频网络及射频通道等微波模块,产生所需的威胁辐射源射频信号。

发射激励单元主要是接收基带信号波形产生单元输出的雷达中频基带信号,在100KHz~500MHz频段范围内,直接接收基带信号产生单元输出的100KHz~500MHz中频基带信号,进行放大滤波和高速调制,产生所需的威胁辐射源射频信号。

频率源单元主要功能是为发射激励单元的上变频网络提供变频所需本振信号,并为基带信号波形产生单元提供所需的时钟信号。参考源采用噪声性能优异的100MHz恒温晶振(OCXO),1kHz相噪为-150dBc,并具有很高的频率精度和频率稳定度。谐波发生器产生100MHz间隔的梳状谱,通过固定电频滤波器产生1GHz、2GHz的时钟信号,通过开关滤波器组滤出3GHz~4GHz上变频所需的2.6GHz~3.4GHz间隔200MHz的连续本振信号。2GHz时钟信号送基带信号产生单元,1GHz时钟信号送另一个谐波发生器产生间隔1GHz的梳状谱,通过开关滤波器组滤出0.5GHz~4GHz上变频所需的4GHz、5GHz、13GHz、14GHz;固定本振信号利用固定点频滤波器滤出。

3.2侦察接收系统

侦察接收系统主要由标频模块、下变频模块、PowerPC模块、数字处理模块1、接口控制模块、AD采样模块、预处理模块、电源模块组成。侦察接收设备组成框图如图3所示。

图3　侦察接收系统原理框图

下变频模块1采用宽、窄带一体化设计,分为宽带直采和窄带变频两种工作模式。100KHz~500MHz的输入信号经过模式选择、预选滤波后经开关分为两路,一路经放大、数控衰减和放大后输出宽带直采信号,另一路经混频放大、数控衰减、带通滤波和放大后输出中心频率为40.455MHz,带宽为24kHz的窄带信号。宽带信号和窄带信号通过开关选择输出,供数字处理采样使用。每路信道模块中都包含独立本振,通过统一提供的参考源产生本振信号,用于侦察时,各信道设置不同的本振频率,实现对不同频率信号的接收[4]。

下变频模块2完成对500MHz~4000MHz频段范围内的射频信号的下变频,输出1路中心频率为140MHz,带宽为0.2/20/60MHz的中频信号。

AD采样模块接收下变频模块输出的中频模拟信号,实现2路中频模拟信号数字变换,模块变换后的数据通过总线分发送预处理模块进行信道化及分发等处理,预处理后数据发送给数字处理模块再进行指纹特征提取,通过确立辐射源信号的载频、调制参数及杂散成分特性为稳态信号指纹,可以对上述特征运用时域、频域分析方法和现代时频域和高阶谱方法进行特征提取分析[5]。

图4　基于证据理论组合分类器的辐射源个体识别结构

数字处理模块配置高速FPGA和DSP芯片,实现对带数据的宽带侦察、识别和窄带侦控等工作[6]。信号处理模块软件主要包括通信信号载波恢复、调制参数特征提取、识别软件和雷达信号分选识别软件组成[7]。通信信号载波恢复、调制参数特征提取、识别软件利用通信侦察接收模块输出的中频通信信号进行采样数据,在事后构建高精度载波恢复模块和调制参数特征提取模块,恢复通信信号的载波信息,恢复信号类型包括AM、SSB、FM、FSK、PSK;同时提取通信信号的调制参数,调制类型包括AM、SSB、FM、FSK、PSK,调制参数包括调制指数、码元速率、误差矢量幅度[8];通信信号的分析过程包括预处理和信号处理两部分,预处理模块进行信道化及分发等处理,数字处理模块配置高速FPGA和DSP芯片,实现对带数据的宽带侦察、识别等工作[9]。

雷达信号分选识别软件主要是完成雷达信号的事后分选和分析,实现雷达辐射源的识别,雷达信号分选识别过程包括预处理和主处理。预处理完成信号的去交错脉冲分选,主处理完成信号的详细分选与参数计算。

接口控制模块负责扩展分机的对外接口,如从PowerPC模块经VPX底板过来的2路千兆以太网接口、控制前端需要的RS422接口、接收GPS/匿影/秒脉冲、音频输出等。

标频模块为各信道模块提供统一的参考源时钟,该模块也可接入外部参考源时钟信号,实现内部参考源和外部参考源时钟信号的选择切换。

PowerPC模块上设计有高性能双核CPU芯片,负责分机内部资源的检测识别、管理调度,并实现协议分析功能,同时负责接收和分解席位下发的指令,根据当前需求为数字处理模块加载相应软件,设置分机内的各硬件模块的工作参数等。

4结语

辐射源精确识别技术集成了通信及雷达信号的产生与侦察,该技术应用于电子侦察装备,将大大提高电子对抗系统综合侦察效能[10],可为辐射源指纹识别等革新技术在雷达与电子战中的应用研究提供基本的实验验证平台,可为电子目标识别与应用提供基本的支撑条件;通过构建电子对抗信号环境模拟器和高保真度电子对抗侦察接收机,模拟多种、多批次通信电台、雷达发射的信号,通过高保真度电子对抗侦察接收机接收,输出保真度极高的中频、视频信号,供辐射源指纹识别等科研课题的验证实验。

参考文献

[1] 胡礼鸿,林春应,邵国培,等.电子对抗概论(试用讲义)[M].合肥:中国人民解放军电子工程学院,1993.

[2] 王铭三,钟子发,等.通讯对抗原理[M].北京:解放军出版社,1999.

[3] 李朝伟,周希元,刘福来.雷达/通信信号侦察一体化技术[J].舰船电子对抗,2008,31(2):5-11.

[4] 钟子发.通讯对抗系统与技术(讲义)[M].合肥:中国人民解放军电子工程学院,2003.

[5] 朱丽莉,王爱粉,赵星.通信辐射源指纹识别技术[J].电子科技,2011,24(12):63-65.

[6] 董健,魏平.采用ADSP-TS201处理器的通讯侦察系统的设计[J].实践科学与技术,2007,5(3):7-9.

[7] 蒋留兵,赵菁菁.电子战综合试验模拟系统信号处理机的实现[J].现代雷达,2006,28(4):59-61.

[8] 朱庆厚.无线电监测与通信侦察[M].北京:人民邮电出版社,2005.

[9] 杨小牛,楼才义,徐建良.软件无线电原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2001.

[10] 甄君,张建华,员建厦,等.雷达与通信信号一体化侦察系统半实物仿真[J].舰船电子对抗,2010,33(1):56-58.

中图分类号TN957.5