伪码调相引信干扰仿真模块化设计*

涂友超,余大庆,董群华,鲁　犀

(信阳师范学院物理电子工程学院,河南信阳　464000)



伪码调相引信干扰仿真模块化设计*

涂友超,余大庆,董群华,鲁犀

(信阳师范学院物理电子工程学院,河南信阳464000)

摘要:为了便于研究伪码调相引信的干扰性能,利用Matlab/Simulink完成了伪码调相引信干扰仿真系统的模块化设计。用Simulink对伪码调相引信干扰仿真系统进行模块化设计,不仅建模简捷,而且增加了仿真的可视化效果和模块的可移植特性。最后在一定条件下对压制性噪声调频干扰和模拟回波的欺骗性干扰进行实时动态仿真,仿真结果表明所设计的伪码调相引信干扰仿真系统是正确可信的。

关键词:伪码调相引信;干扰;仿真;模块化;Simulink

0引言

Matlab/Simulink图形用户界面不仅能清晰地反映系统中具体环节的动态细节,而且能让用户清晰的了解其设计的系统中各器件、各子系统间的信息流流向和信息交换情况,从而能实现对整个系统的宏观掌握[1-2]。伪码调相引信由于有精确的定距性能和较强的抗干扰能力,使其成为引信体制中重要的发展方向之一[3]。对于伪码调相引信的干扰问题,已有许多文献作过详细研究,如文献[4-7]等,但这些研究多为理论分析,在干扰仿真实验方面的研究却很少。文中利用Matlab/Simulink完成了伪码调相引信干扰仿真系统模块化设计,所设计的系统能够对伪码调相引信的压制性噪声调频干扰过程和模拟回波的欺骗性干扰过程进行实时动态仿真,仿真结果能够为该体制引信的对抗双方在提高干扰、抗干扰能力方面提供理论依据。

1伪码调相引信干扰仿真模块化设计思想

伪码调相引信干扰仿真模块的设计分三步进行:1)根据伪码调相引信干扰仿真系统的任务及功能,将系统分为若干个模块,确定各模块间的信号交互关系;2)分别构建各模块的内容,并根据仿真的要求进行相应的参数设置;3)将各模块封装起来,构成模块化的伪码调相引信干扰仿真系统。

伪码调相引信干扰仿真系统分为5个模块:1)伪码信号产生模块(PNsignalproduction_mod),其作用是从伪码调相引信接收的回波信号和干扰信号中解调出引信所发射的伪码信号;2)干扰模块(jamming_mod),产生干扰仿真所用的噪声调频(NFM)干扰信号和模拟回波的欺骗性干扰信号,根据干扰信号进入系统的位置将此模块封装在伪码信号产生模块中;3)本地预延迟码模块(localdelaycode_mod),其作用是产生本地预延迟伪码;4)相关器模块(correlator_mod),其作用是将伪码信号产生模块输出的伪码与本地预延迟伪码作相关处理,输出相关信号;5)信号处理模块(signalprocession_mod),其功能是对相关器输出信号进行处理,产生引信启动信号。

2干扰仿真模块化设计

2.1伪码信号产生模块

假设伪码调相引信接收到的回波信号为:

(1)

式(1)中,SPN(t)可以通过模块PNSequenceGenerator、UnipolartoBipolarConverter来实现,载波cosω0t可以通过模块SineWave来实现,回波延迟时间τ可以通过选择模块Ramp、VariableTimeDelay,并通过设置合适的参数R0、v来实现。图1为伪码信号产生模块。

图1　伪码信号产生模块

2.2干扰模块

2.2.1压制性NFM干扰模块

不考虑干扰信号到达引信接收机的时延,则进入接收机的噪声调频干扰信号可表示为:

(2)

图2　压制性NFM干扰模块

2.2.2欺骗性干扰模块

根据式(1),设欺骗性干扰信号为:

(3)

式中:Uj为干扰信号电压幅度;τj为欺骗性干扰信号的延时,τj可表示为:τj=Rj/c+Δτj,其中Rj为干扰机与引信间的距离,Δτj为人为加入的一定步长的延时。欺骗性干扰模块如图3所示。

τj是一个动态延时,通过模块Ramp和VariableTimeDelay设置Rj、Δτj的大小,可以使引信在到达预定的起爆距离之前的某一时刻干扰伪码的延时τj近似等于本地伪码延时τd,引信接收到这个欺骗性干扰信号后启动,导致弹丸早炸。

图3　欺骗性干扰模块

2.3本地预延迟码模块

根据伪码调相连续波引信预定的炸点,通过设置本地伪码的延迟时间τd,可以得到本地预延迟伪码SPN(t-τd)。本地预延迟码模块如图4所示。

图4　本地预延迟码模块

2.4相关器模块

相关器模块由乘法器和积分器组成,如图5所示。

图5　相关器模块

2.5信号处理模块

信号处理模块由幅度检波器和比较器组成,如图6所示。相关器输出的信号经幅度检波后,与比较器设定的门限电平(文中仿真时Ucom=0.8)进行比较,当检波器的输出信号幅度大于或等于比较电平时,则比较器输出启动电平-1,触发引信执行级产生引爆信号。

图6　信号处理模块

2.6模块封装

将以上各模块封装起来,得到伪码调相引信干扰仿真系统如图7所示。根据伪码调相引信和干扰信号的类型、参数不同,进行干扰仿真实验时,可以按照实际情况对其中的一些模块进行移植、替换。

图7　伪码调相引信干扰仿真模型

3干扰仿真实验

根据文献[9],伪码调相连续波引信预定起爆距离为:

(4)

根据文献[9],伪码调相连续波引信模糊距离为:

(5)

根据图7所示的模型,设置仿真参数为:伪码码长P=15,伪码码元宽度Tc=100ns,τd=100ns,f0=3GHz,R0=31m,Ucom=0.8V,接收机带宽Δfr=2/Tc。则预定起爆距离为12.2m≤R≤17.8m,第一个模糊距离为Rf1=240m,第二个模糊距离为Rf2=465m。

3.1压制性NFM干扰仿真结果

仿真时设置NFM干扰功率Pj=0.5W,干扰带宽Δfj能够覆盖接收机带宽,其它参数不变,仿真结果如图8所示。

图8　NFM干扰下不同多普勒频率时信号处理模块输出波形

由图8可以看出,NFM干扰功率较小时,引信的作用距离位于其预定起爆距离内,引信正常启动,干扰失败。另外,在其它仿真条件不变的情况下,伪码调相连续波引信的作用距离随着多普勒频率fd的增大而减小。当NFM干扰功率Pj=4.5W时,引信的作用距离超过了其预定起爆距离,使引信早炸,干扰成功,此时信号处理模块输出的波形如图9所示。

图9　NFM干扰成功时信号处理模块输出波形

3.2欺骗性干扰仿真结果

设置弹目相对速度V=1 000m/s,当欺骗性干扰功率Pj=0.5W时,引信在第一模糊距离与预定起爆距离之间被成功干扰(简记为“情况一”),此时信号处理模块输出波形如图10所示。当欺骗性干扰功率Pj=8W时,引信在第一个模糊距离附近被成功干扰(简记为“情况二”),此时信号处理模块输出波形如图11所示。其它条件不变的情况下,如果继续增大欺骗性干扰功率,引信可能在第二个、第三个…第N个模糊距离附近被成功干扰。

图10　情况一时信号处理模块输出波形

图11　情况二时信号处理模块输出波形

4结论

文中利用Matlab/Simulink对伪码调相引信干扰仿真系统进行了模块化设计,根据所建立的仿真模型对一定条件下的压制性噪声调频干扰过程和模拟回波的欺骗性干扰过程进行实时动态仿真,验证了所设计的伪码调相引信干扰仿真模型是正确可信的。在此基础上,通过进一步的仿真研究,分析影响伪码调相引信压制性和欺骗性干扰效果的因素,还能够为引信对抗双方在提高干扰、抗干扰能力方面提供理论依据。文中提出的设计方法对伪码体制及其它体制引信类似的干扰仿真实验有一定的借鉴和帮助。

参考文献:

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[2]姚俊, 马松辉,Simulink. 建模与仿真 [M]. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2003: 6-9.

[3]赵惠昌. 无线电引信设计原理与方法 [M]. 北京: 国防工业出版社, 2012: 86-87.

[4]隋鉴, 李国林, 王凌. 基于噪声卷积的灵巧噪声伪码调相引信干扰 [J]. 系统工程与电子技术, 2014, 36(10): 1924-1928.

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[6]胡泽宾, 赵惠昌, 黄光明. 高斯白噪声对伪随机码调相引信干扰效果研究 [J]. 弹箭与制导学报, 2005, 25(7): 402-405.

[7]涂友超, 王玉光, 李功科, 等. 伪码调相引信压制性干扰效果仿真 [J]. 信阳师范学院学报, 2012, 25(4): 538-542.

[8]魏振华, 董文峰. 基于Simulink的有源压制性干扰建模与仿真 [J]. 空军雷达学院学报, 2009, 23(1): 42-45.

[9]涂友超. 典型伪码体制引信参数提取及干扰效果研究 [D]. 南京: 南京理工大学, 2010.

*收稿日期:2015-03-07

基金项目:河南省科技厅基础与前沿技术研究计划项目(142300410446)资助

作者简介:涂友超(1971-),男,河南信阳人,副教授,博士,研究方向:无线电引信信息对抗,信号处理与系统仿真研究。

中图分类号:TJ434.1

文献标志码: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