CN103095334A - 调频无线电引信抗转发干扰的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种调频无线电引信抗转发干扰的方法，旨在一种可灵活调整三角波频率和改变引信作用距离，并能提高引信设备的抗转发干扰能力的数字化抗干扰引信实现方法。本发明通过下述技术方案予以实现：在可编程门阵列芯片FPGA内，设计一个依次由三角波频率控制字、N位相位累加器、数据截位处理器与三角波相位查找表构成的三角波产生器，一个交联在平衡GOLD码产生器和数模转换器之间的BPSK调制器；当已知三角波调制频率后，在DDS三角波产生器中，采用三角波频率控制字的计算公式：将计算出的三角波频率控制字送到N位相位累加器进行累加，截掉数据的低18位，保留数据的高14位；送到三角波查找表，完成三角波信号的相位到幅度的转换。

Description

调频无线电引信抗转发干扰的实现方法

技术领域

本发明是关于在调频连续波雷达体制（FMCW）引信设备中，一种可灵活改变引信作用距离和提高抗转发干扰能力的引信数字化实现方法。

背景技术

目前，我国引信主要包括无线电引信、机电引信和激光引信等体制，而无线电引信是利用无线电波获取目标信息而作用的近炸引信，它的作用是在预先设定的探测距离处给出引炸指令，使导弹等弹药在最佳炸点引爆战斗部以提高杀伤力。无线电引信按作用原理不同可分为多普勒式、调频式、脉冲调制式等。调频式无线电近炸引信因具有近距离测量精度高、实现容易等优点，在实际工程应用中得了广泛的应用。但长期以来，无线电引信一直采用射频电路的方式,一台引信采用一种固定的波形和调制方式，并且在规定的频率范围内工作，导致无线电引信在开机工作时，极易被敌方所侦察，使其采取相应的措施进行规避，或者发射干扰信号干扰无线电引信的正常工作。无干扰信号时引信在近炸引信抗干扰试验时，把宽带噪声干扰模拟器安置于目标上，对ＰＤ引信进行干扰，当引信接收波门开启后,强的干扰信号要比目标信号提早进入引信的接收机(在主波束内)，由于在引信接收到目标强反射信号之前，先进入引信接收机的是强噪声干扰信号和目标弱的回波信号，当噪声干扰信号达到一定强度时，使引信提早报警，引信因干扰引起“早炸”。因此传统体制无线电引信的抗干扰能力较差。

技术更成熟的新体制无线电引信--跳频引信是采用“打一枪换一个地方”的游击策略,以躲避的形式提高抗干扰能力,只有当干扰频率正好处于跳频频道当前的频点时才能起到干扰作用。

传统调频式无线电引信是采用模拟体制实现的。目前针对调频连续波雷达体制（FMCW）的无线电引信，通常是通过FMCW雷达发射一个调频信号，用目标反射回来的信号与发射信号进行比较，用差拍频率对应雷达与目标之间的距离，因此距离越近，差频频率越低，而对调频无线电引信抗转发干扰的通常措施是在满足技术指标的前提下，尽可能降低引信发射机的功率，增大无模糊距离，增大发射信号带宽，减小天线波束宽度，缩短引信留空时间。但是，为保证引信系统参数选择的合理，对引信发射功率、信号带宽、天线波束宽度和留空时间的改变有很大的局限性。因此采用模拟体制实现的无线电引信，引信模糊距离通常只有几百米，其抗转发干扰性能不好。

而目前针对三角波调制的无线电引信，在差拍频率、射频调制带宽确定的情况下，要改变引信作用距离，则必须改变三角波调制频率，然而，三角波调制频率很难调整，要实现灵活的引信作用距离调整几乎不可实现。

发明内容

为了克服模拟体制的调频无线电引信存在的上述问题，本发明提供一种可灵活调整三角波频率和改变引信作用距离，并能提高引信设备的抗转发干扰能力的数字化抗干扰引信实现方法。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到：一种调频无线电引信抗转发干扰的方法，其特征在于包括如下步骤：在可编程门阵列芯片FPGA内，设计一个依次由三角波频率控制字、N位相位累加器、数据截位处理器与三角波相位查找表构成的三角波产生器，一个交联在平衡GOLD码产生器和数模转换器之间的BPSK调制器；当已知三角波调制频率后，在DDS三角波产生器中，采用三角波频率控制字的计算公式：

将计算出的三角波频率控制字送到N位相位累加器进行累加，若N位相位累加器的N值设定为32，三角波查找表输入数据位数是14位，累加器输出值通过数据截位处理器后，截掉数据的低18位，保留数据的高14位；然后把截位处理后的数据送到三角波查找表，通过14位数据位宽的三角波查找表查找三角波信号的输出幅度值，完成三角波信号的相位到幅度的转换；BPSK调制器根据平衡GOLD码产生器的输出PN码，进行三角波相位的0、π调制，当PN码为“1”时，载波相位发生π翻转，当PN码为“0”时，载波相位保持不变。完成BPSK调制后，再将获得的调制频率值的三角波输出信号，送模数转换器完成数字信号到模拟信号的转换，输出控制射频信号扫描，并满足差拍频率公式：

上述公式中，Fm是三角波调制频率，ΔF是射频调制带宽，R是作用距离，C是光速，T_m＝1/F_m是调制周期，f_s是时钟频率，N是相位累加器位数。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

本发明在传统模拟体制的调频连续波雷达体制（FMCW）无线电引信设计基础上，改用数字方式实现三角波产生，利用可编程芯片的可编程特性，根据直接数字式频率合成器DDS工作原理，通过改变三角波调制频率的频率控制字值而改变三角波输出频率，从而灵活改变引信作用距离R。在实际使用中，用户想要使导弹等弹药在最佳炸点引爆战斗部以提高杀伤力，就必须要确定最佳的作用距离R，但因引信设备的射频模拟电路、飞行姿态和轨迹等差异，最佳作用距离R略有差异，需要进行灵活调整，以往模拟体制的引信设备很难实现作用距离的灵活改变。但采用本发明的数字实现方式后，设计人员可根据不同最佳作用距离R计算出对应的三角波调制频率，从而使设计产品工作在最佳状态。

利用本方法，可灵活改变三角波信号的频率而改变引信的作用距离，且在数字方式实现中引入了扩频通信中PN码的抗干扰特性，通过PN码调制三角波相位的方法，改变发射信号和回波信号之间的相关特性，大大增加引信设备的模糊距离，从而从根本上解决引信工作时转发干扰问题。

本发明在可编程门阵列芯片FPGA内，设计了一个由三角波频率控制字、N位相位累加器、数据截位处理和三角波相位查找表构成的三角波产生器，当要改变三角波调制频率时，只需改变对应的频率控制字即可。同时，三角波产生器在可编程芯片FPGA内部采用数字方式实现，可灵活调整三角波频率控制字的值，从而灵活改变引信作用距离。

本发明在可编程门阵列芯片（FPGA）内，设计了一个根据平衡GOLD码进行相位的0、π调制器，即BPSK调制器。在数字方式实现中引入了扩频通信中PN码的抗干扰特性，通过PN码调制三角波相位的方法，改变发射信号和回波信号之间的相关特性，大大增加引信设备的模糊距离，从而从根本上解决引信工作时转发干扰的问题。假如选择PN码周期为1024位，引信模糊距离将大于300公里。

本发明针对三角波调制的无线电引信，其差拍频率与作用距离满足一定关系式：

$F_b=\frac{{4\mathrm{\ΔFF}}_m}{C}R,$ $T_m>>\frac{2R}{C}$

由上式表明，在差拍频率、射频调制带宽确定的情况下，三角波调制频率和作用距离成一定比例关系，要改变引信作用距离，只需改变三角波调制频率即可。在实际使用中，用户想要使导弹等弹药在最佳炸点引爆战斗部以提高杀伤力，就必须要确定最佳的作用距离R，但因引信设备的射频模拟电路、飞行姿态和轨迹等差异，最佳作用距离R略有差异，需要进行灵活调整，设计人员可根据不同最佳作用距离R计算出对应的三角波调制频率，从而使设计产品工作在最佳状态。同时，利用FPGA的可编程特性，可灵活调整三角波频率控制字的值，从而灵活改变引信作用距离。

附图说明

下面结合附图和实施例对发明进一步说明。

图1是本发明调频无线电引信的抗转发干扰数字电路原理示意图。

图2是本发明平衡Gold码的产生原理示意图。

具体实施方式

参阅图1。在以下实施例中，调频无线电引信抗转发干扰的实现方法是在可编程门阵列芯片FPGA内实现的。

具体实施方式是：

针对三角波调制的无线电引信，在FPGA内采用数字方式实现，设计一个依次由三角波频率控制字、N位相位累加器、数据截位处理器与三角波相位查找表构成的DDS三角波产生器。三角波频率控制字

的计算公式是：

由公式可知，

与F_m、f_s、N有关，设计人员可根据要求的引信作用距离计算出对应的三角波频率F_m，再计算出三角波频率控制字即可。N位相位累加器的作用是将三角波频率控制字进行累加输出，该输出值即是三角波信号的相位值。数据截位处理器主要是完成三角波相位值的位数转换，将N位相位累加器的输出数据位数转换成三角波查找表要求的输入数据位数，若N位相位累加器的N值设定为32，三角波查找表输入数据位数是14位，截位处理器将截掉数据的低18位，保留数据的高14位。通过14位数据位宽的三角波查找表查找三角波信号的输出幅度值，三角波查找表主要是完成三角波相位到幅度的转换，最终输出三角波信号，完成三角波信号的相位到幅度的转换；三角波产生器输出的三角波信号，BPSK调制器根据平衡GOLD码产生器的输出PN码，进行三角波相位的0、π调制，当PN码为“1”时，载波相位发生π翻转，当PN码为“0”时，载波相位保持不变。完成BPSK调制后，再将获得的调制频率值的三角波输出信号，送模数转换器D/A完成数字信号到模拟信号的转换，数模转换器恢复的模拟三角波信号，输出控制射频信号进行扫描，并满足差拍频率公式：

其中，系统硬件电路设计完成后，差拍频率是固定值，三角波调制频率与作用距离成比例关系，上述公式中，Fm是三角波调制频率，ΔF是射频调制带宽，R是作用距离，C是光速，T_m＝1/F_m是调制周期，f_s是时钟频率，N是相位累加器位数。

在实际使用中，用户想要使导弹等弹药在最佳炸点引爆战斗部以提高杀伤力，就必须要确定最佳的作用距离R，但因引信设备的射频模拟电路、飞行姿态和轨迹等差异，最佳作用距离R略有差异，需要进行灵活调整，设计人员可根据不同最佳作用距离R计算出对应的三角波调制频率，确定出最佳的作用距离R后，设计人员可根据R计算出三角波输出频率，并完成作用距离的灵活调整，使无线电引信工作在最佳工作状态。

参阅图2。平衡GOLD码产生器由分别并联于伪随机码初相A寄存器和伪随机码初相B寄存器的模2加法器和串联在上述伪随机码初相A寄存器和伪随机码初相B并联接点之间的1bit加法器构成。伪随机码初相A寄存器和伪随机码初相B寄存器是11位的寄存器，初始变量值为二进制信息“00110001000”，伪随机码初相B寄存器初始变量值为二进制信息“10000000000”。两个模2加法器与伪随机码产生多项式有关，伪随机码初相A寄存器和伪随机码初相B寄存器的伪随机码生成多项式A和伪随机码生成多项式B分别为：f_A（x）＝1＋x²＋x⁵＋x⁹＋x¹¹，f_B（x）＝1＋x²＋x¹¹。1bit加法器将平衡GOLD码产生器产生的两路二进制码流相加，1bit加法器输出的二进制码流就是按系统定义的伪随机码初相A、伪随机码初相B、伪随机码生成多项式A和伪随机码生成生多项式B等参数产生的平衡GOLD码。

以上所述的仅是本发明的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，比如，从上面的描述可以看出，根据系统使用要求更改伪随机码初相A、随机码初相B、伪随机码产生多项式A和伪随机码产生多项式B等参数，达到不同的抗转发干扰效果。这些变更和改变应视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种调频无线电引信抗转发干扰的实现方法，其特征在于包括如下步骤：在可编程门阵列芯片FPGA内，设计一个依次由三角波频率控制字、N位相位累加器、数据截位处理器与三角波相位查找表构成的三角波产生器，一个交联在平衡GOLD码产生器和数模转换器之间的BPSK调制器；当已知三角波调制频率后，在DDS三角波产生器中，采用三角波频率控制字的计算公式：

将计算出的三角波频率控制字送到N位相位累加器进行累加，若N位相位累加器的N值设定为32，三角波查找表输入数据位数是14位，累加器输出值通过数据截位处理器后，截掉数据的低18位，保留数据的高14位；然后把截位处理后的数据送到三角波查找表，通过14位数据位宽的三角波查找表，查找三角波信号的输出幅度值，完成三角波信号的相位到幅度的转换。

2.如权利要求1所述调频无线电引信抗转发干扰的方法，其特征在于，BPSK调制器根据平衡GOLD码产生器的输出PN码，进行三角波相位的0、π调制，当PN码为“1”时，载波相位发生π翻转，当PN码为“0”时，载波相位保持不变。

3.如权利要求1所述调频无线电引信抗转发干扰的方法，其特征在于，完成BPSK调制后，再将获得的调制频率值的三角波输出信号，送模数转换器完成数字信号到模拟信号的转换，输出控制射频信号扫描，并满足差拍频率公式：

上述公式中，Fm是三角波调制频率，ΔF是射频调制带宽，R是作用距离，C是光速，T_m＝1/F_m是调制周期，f_s是时钟频率，N是相位累加器位数。

4.如权利要求1所述调频无线电引信抗转发干扰的方法，其特征在于，所述平衡GOLD码产生器由分别并联于伪随机码初相A寄存器和伪随机码初相B寄存器的模2加法器和串联在上述伪随机码初相A寄存器和伪随机码初相B并联接点之间的1bit加法器构成。

5.如权利要求4所述调频无线电引信抗转发干扰的方法，其特征在于，伪随机码初相A寄存器和伪随机码初相B寄存器是11位的寄存器，初始变量值为二进制信息“00110001000”，伪随机码初相B寄存器初始变量值为二进制信息“10000000000”。

6.如权利要求4所述调频无线电引信抗转发干扰的方法，其特征在于，两个模2加法器与伪随机码产生多项式有关，伪随机码初相A寄存器和伪随机码初相B寄存器的伪随机码生成多项式A和伪随机码生成多项式B分别为：f_A（x）＝1＋x²＋x⁵＋x⁹＋x¹¹，f_B（x）＝1＋x²＋x¹¹。

7.如权利要求4所述调频无线电引信抗转发干扰的方法，其特征在于，1bit加法器将平衡GOLD码产生器产生的两路二进制码流相加，1bit加法器输出的二进制码流按系统定义的伪随机码初相A、伪随机码初相B、伪随机码生成多项式A和伪随机码生成生多项式B等参数产生的平衡GOLD码。

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