CN103427930B - 基于数字噪声的阻塞式干扰信号发生装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无线信号传输技术领域，公开了一种基于数字噪声的阻塞式干扰信号发生装置及方法，包括：随机数字序列产生电路、FPGA器件、DAC芯片、DDS芯片和调整输出电路，其中，随机数字序列产生电路用于产生随机数字序列；FPGA器件接收随机数字序列并将其处理为带凹口的白噪声数字信号，同时生成频率控制字；DAC芯片将白噪声数字信号转换成白噪声模拟信号；DDS芯片根据频率控制字产生指定波形信号；调整输出电路将白噪声模拟信号和指定波形信号混频后得到噪声调制信号，随后调整处理进行无线输出。本发明提供了一种设置更为灵活的阻塞式干扰方式，可实现阻断带宽实时可调，干扰针对性更强、威力更大，有效提升干扰系统适应性。
Description
技术领域
本发明涉及无线信号传输技术领域，特别涉及一种基于数字噪声的阻塞式干扰信号发生装置及方法。
背景技术
阻塞干扰是一种信号干扰现象，是指使用强干扰信号与有用信号同时加入接收机时，即使干扰信号离接收机工作频率较远，但仍能进入接收机并作用于其前端电路，使接收机灵敏度下降的现象。产生阻塞的主要原因是器件的非线性，特别是引起互调、交调的多阶产物对信号接收产生影响。一般情况下，强干扰会使接收机链路的非线性器件饱和，产生非线性失真；即使只有有用信号，在信号过强时，也会产生振幅压缩现象，严重时同样会产生阻塞；此外，接收机的动态范围受限也会引起阻塞干扰。
阻塞会导致接收机无法正常工作，长时间的阻塞还可能造成接收机的永久性性能下降。因而在无线通信领域通常会将阻塞干扰视为严重的不良现象，但实际情况中，阻塞式干扰在不少领域有着重大的应用价值。比如通信对抗中，尤其是对无线信号的主动防御中，相对于对干扰设备和使用方式有较高要求的主动式有源电子干扰（其设备实现复杂，使用时严重依赖于可靠的电子侦察），阻塞式干扰一直是最为简便、常用而有效的一种干扰样式。
由于现有无线通信设备可用的频率范围很宽，比如RCIED（RemoteControl Improvised Explosive Device，遥控简易爆炸装置）分布的频率可以从20MHz到3000MHz，完全覆盖全部频带进行阻塞干扰并不可行，实际工作中通常将干扰通道细分为若干个子频段，每个子频段覆盖不同的频率宽度。比如在常见的250MHz到500MHz的频率范围内，可能存在RCIED威胁的频道或频段包括：315MHz（电子门铃）、433MHz（汽车遥控器）和400MHz-470MHz（UHF频段对讲机）等。现有阻塞式干扰通常采用高强度宽频带白噪声信号，可以覆盖250MHz-500MHz的频率范围，从而阻断该频率范围内所有无线电通信设备，达到阻止RCIED引爆的目的。现有的阻塞式干扰信号产生原理如图1所示：图1中，现有技术主要通过VCO（voltage-controlled oscillator，压控振荡器）对2个齐纳二极管产生的基带噪声分别进行调频，随后将噪声信号求和再通过带通滤波器经放大器输出。采用该方式，现有阻塞式干扰可以指定一个较大的频率范围进行覆盖干扰。
但是，现有技术下干扰信号带宽一般为齐纳二极管产生的基带噪声带宽的一半，一旦硬件器件及电路确定，其输出的带宽也就固定。而在实际应用中，威胁对象通常只使用频率范围内有限的一项或几项特定频率，采用现有方式持续对很宽的频带进行阻塞干扰就会存在很大问题。由于现有方式干扰信号带宽不可调，将能量用于一个大的频率范围会导致大部分干扰信号能量落到了不需要干扰的频段上，导致功率利用率低，干扰威力大打折扣；此外，现有技术只能进行覆盖干扰，无法灵活设置频率凹口，实现保护通道功能，会对正常通讯设备造成不必要的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何进行灵活的阻塞式干扰。为解决该问题，一方面，本发明提供了一种基于数字噪声的阻塞式干扰信号发生装置，所述装置包括：随机数字序列产生电路、FPGA器件、DAC芯片、DDS芯片和调整输出电路，其中，
所述随机数字序列产生电路用于产生随机数字序列；
所述FPGA器件接收所述随机数字序列并将其处理为带凹口的白噪声数字信号，同时产生频率控制字；
所述DAC芯片将所述白噪声数字信号转换成白噪声模拟信号；
所述DDS芯片根据所述频率控制字产生指定波形信号；
所述调整输出电路将所述白噪声模拟信号和所述指定波形信号混频后得到噪声调制信号，随后调整处理进行无线输出。
优选地，所述随机数字序列产生电路包括模拟噪声产生电路和模拟噪声数字化电路，其中，
所述模拟噪声产生电路产生随机噪声样本模拟信号；
所述模拟噪声数字化电路对所述噪声样本进行调理和模/数转换，得到随机数字序列。
优选地，所述模拟噪声产生电路包括稳压二极管，所述稳压二极管经过齐纳击穿产生符合高斯分布的白噪声样本模拟信号；
所述模拟噪声数字化电路包括放大器、滤波器和模/数转换芯片，所述白噪声样本经过幅度放大、滤波处理后，输入给模/数转换芯片，从而将模拟的白噪声样本转换成符合高斯分布的白噪声随机数字序列。
优选地，所述FPGA器件完成所述DDS芯片内部寄存器初始化、接收随机数字序列并处理为高斯白噪声数字信号、产生所述DDS芯片所需的频率控制字。
优选地，所述FPGA器件还通过串口接收MCU的控制指令并上传本地状态信息。
优选地，所述调整输出电路包括混频器、放大/衰减控制电路、BPF和射频输出端，混频得到所述噪声调制信号后对所述噪声调制信号进行放大和滤波处理再进行输出。
另一方面，本发明还同时提供一种阻塞式干扰信号发生方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
产生随机数字序列；
将所述随机数字序列处理为带凹口的白噪声数字信号，同时产生频率控制字；
利用DAC芯片将所述白噪声数字信号转换成白噪声模拟信号；
利用DDS芯片根据所述频率控制字产生指定波形信号；
将所述白噪声模拟信号和所述指定波形信号混频后得到噪声调制信号，随后调整处理进行无线输出。
优选地，所述随机数字序列是由模拟噪声产生电路产生随机噪声样本模拟信号，再经模拟噪声数字化电路进行调理和模/数转换后得到；或是由LFSR或伪随机函数产生的伪随机数字序列。
优选地，所述频率控制字是由FPGA器件根据MCU要求输出信号频率范围中心频率所确定。
优选地，对所述随机数字序列的处理包括：由FPGA器件通过高阶数字低通滤波器、高阶数字带阻滤波器进行数字滤波，得到指定带宽、指定凹口宽度的高斯白噪声数字信号。
与现有技术相比，本发明的技术方案提供了一种设置更为灵活的阻塞式干扰方式，可实现阻断带宽实时可调，干扰针对性更强，干扰威力更大，有效提升干扰系统适应性；同时，还可以任意设置频率凹口，实现保护通道的功能，在干扰威胁对象的同时保证己方正常通信。
附图说明
图1为现有技术中阻塞式干扰信号产生装置的结构图；
图2为本发明的一个典型实施例中基于数字噪声的阻塞式干扰信号发生装置的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例为实施本发明的较佳实施方式，所述描述是以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围应当以权利要求所界定者为准，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先，如图2所示，本发明的一个典型实施例中，利用纯数字方式产生基带白噪声，其干扰频率、带宽实时可调，从而实现了更为灵活、有针对性的阻塞式干扰。在图2中，本发明的基于数字噪声的阻塞式干扰信号发生装置包括：随机数字序列产生电路、FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）器件、DAC（Digital to Analog Converter，数模转换器）芯片、DDS（Direct Digital Synthesizer，直接数字式频率合成器）芯片和调整输出电路，其中，所述随机数字序列产生电路用于产生随机数字序列；所述FPGA器件接收所述随机数字序列并将其处理为带凹口的白噪声数字信号，同时产生频率控制字；所述DAC芯片将所述白噪声数字信号转换成白噪声模拟信号；所述DDS芯片根据所述频率控制字产生指定波形信号；所述调整输出电路将所述白噪声模拟信号和所述指定波形信号混频后得到噪声调制信号，随后调整处理进行无线输出。
在图2的优选实施例中，所述随机数字序列产生电路包括模拟噪声产生电路和模拟噪声数字化电路，所述模拟噪声产生电路产生噪声样本模拟信号；所述模拟噪声数字化电路对所述样本模拟信号进行调理和模/数转换以得到随机数字序列。当然，本领域相关技术人员可以理解，如果资源充足或对白噪声要求不是很高，显然也可以采用伪随机函数或LFSR（Linear FeedbackShift Register，线性反馈移位寄存器）直接产生随机数字序列，在此不作为对本发明实施方式的限定。
更具体地，所述模拟噪声产生电路中采用稳压二极管经过齐纳击穿，产生符合高斯分布的白噪声样本模拟信号。
所述模拟噪声数字化电路中包括放大器、滤波器和模/数转换芯片，所述白噪声样本模拟信号经过幅度放大、滤波处理等调理后，输入给模/数转换芯片，从而将模拟的白噪声样本转换成符合高斯分布的白噪声随机数字序列。
FPGA器件通过串口接收MCU（Micro Control Unit，微控制单元）的控制指令，该控制指令中设置了干扰信号的控制参数，比如要生成的高斯白噪声数字信号的频率范围、带宽，预留凹口的中心频率、宽度等；此外FPGA器件还向MCU上传本地状态信息。FPGA器件主要完成DDS内部寄存器初始化、产生DDS所需的频率控制字（以产生指定波形信号）、接收随机数字序列并处理为高斯白噪声数字信号，所述处理主要是通过高阶数字低通滤波器、高阶数字带阻滤波器得到指定带宽、指定凹口宽度的高斯白噪声数字信号。
DAC芯片将FPGA处理后的高斯白噪声数字信号转换成白噪声模拟信号。
DDS芯片（如AD9858等）采用直接数字式频率合成技术，根据FPGA生成的频率控制字产生混频时所需的指定波形信号。
调整输出电路包括混频器、放大/衰减控制电路、BPF（band-pass filter，带通滤波器）和射频输出端，混频器将白噪声模拟信号和指定波形信号混频后得到噪声调制信号，随后对噪声调制信号进行放大和滤波处理后进行射频输出，从而保持良好的带外抑制、杂散抑制等特性，满足后级功放激励要求。
相应地，本发明还提供了一种采用上述装置的阻塞式干扰信号的发生方法，该方法包括步骤：
产生随机数字序列；
将所述随机数字序列处理为带凹口的白噪声数字信号，同时产生频率控制字；
利用DAC芯片将所述白噪声数字信号转换成白噪声模拟信号；
利用DDS芯片根据所述频率控制字产生指定波形信号；
将所述白噪声模拟信号和所述指定波形信号混频后得到噪声调制信号，随后调整处理进行无线输出。
其中，所述随机数字序列是由模拟噪声产生电路产生噪声样本模拟信号，再经模拟噪声数字化电路进行调理和模/数转换后得到；或是由LFSR或伪随机函数（如采用Matlab中相关函数）产生的伪随机数字序列。
所述白噪声数字信号是由FPGA器件生成的高阶低通、高阶带阻数字滤波器对所述随机数字序列进行数字滤波后，得到指定带宽的带凹口的白噪声数字信号。其中，本发明中的白噪声数字信号可以根据应用需求进行调整，具有由FPGA器件接收的MCU（Micro Control Unit，微控制单元）控制指令而动态设定调整，该控制指令中设置了干扰信号的控制参数，比如要生成的白噪声数字信号的频率范围、带宽，预留凹口的中心频率、宽度等，FPGA器件根据该控制指令生成不同的滤波器对所述随机数字序列进行数字滤波，从而得到指定的白噪声数字信号。此外，频率控制字也是由FPGA器件根据MCU要求输出信号频率范围中心频率所确定。更进一步地，所述随机数字序列符合高斯分布。
与现有技术相比，本发明的技术方案提供了一种设置更为灵活的阻塞式干扰方式，其干扰信号既满足模拟噪声高斯分布特性，又具有数字噪声中心频率、带宽、频率凹口可调等特点。本发明可实现阻断带宽实时可调，干扰针对性更强，干扰威力更大，有效提升干扰系统适应性；同时，还可以任意设置频率凹口、凹口宽度，实现保护通道的功能，在干扰威胁对象的同时保证己方正常通信。
虽然以上结合优选实施例对本发明进行了描述，但本领域的技术人员应该理解，本发明所述的方法和系统并不限于具体实施方式中所述的实施例，在不背离由所附权利要求书限定的本发明精神和范围的情况下，可对本发明作出各种修改、增加、以及替换。
Claims (10)
1.一种基于数字噪声的阻塞式干扰信号发生装置，其特征在于，所述装置包括：随机数字序列产生电路、现场可编程门阵列器件、数模转换器芯片、直接数字式频率合成器芯片和调整输出电路，其中，
所述随机数字序列产生电路用于产生随机数字序列；
所述现场可编程门阵列器件接收所述随机数字序列并将其处理为带凹口的白噪声数字信号，同时产生频率控制字；
所述数模转换器芯片将所述白噪声数字信号转换成白噪声模拟信号；
所述直接数字式频率合成器芯片根据所述频率控制字产生指定波形信号；
所述调整输出电路将所述白噪声模拟信号和所述指定波形信号混频后得到噪声调制信号，随后调整处理进行无线输出。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述随机数字序列产生电路包括模拟噪声产生电路和模拟噪声数字化电路，其中，
所述模拟噪声产生电路产生随机噪声样本模拟信号；
所述模拟噪声数字化电路对所述噪声样本进行调理和模/数转换，得到随机数字序列。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述模拟噪声产生电路包括稳压二极管，所述稳压二极管经过齐纳击穿产生符合高斯分布的白噪声样本模拟信号；
所述模拟噪声数字化电路包括放大器、滤波器和模/数转换芯片，所述白噪声样本经过幅度放大、滤波处理后，输入给模/数转换芯片，从而将模拟的白噪声样本转换成符合高斯分布的白噪声随机数字序列。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述现场可编程门阵列器件完成所述直接数字式频率合成器芯片内部寄存器初始化、接收随机数字序列并处理为高斯白噪声数字信号、产生所述直接数字式频率合成器芯片所需的频率控制字。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述现场可编程门阵列器件还通过串口接收微控制单元的控制指令并上传本地状态信息。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述调整输出电路包括混频器、放大/衰减控制电路、带通滤波器和射频输出端，混频得到所述噪声调制信号后对所述噪声调制信号进行放大和滤波处理再进行输出。
7.一种阻塞式干扰信号发生方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
产生随机数字序列；
将所述随机数字序列处理为带凹口的白噪声数字信号，同时产生频率控制字；
利用数模转换器芯片将所述白噪声数字信号转换成白噪声模拟信号；
利用直接数字式频率合成器芯片根据所述频率控制字产生指定波形信号；
将所述白噪声模拟信号和所述指定波形信号混频后得到噪声调制信号，随后调整处理进行无线输出。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述随机数字序列是由模拟噪声产生电路产生随机噪声样本模拟信号，再经模拟噪声数字化电路进行调理和模/数转换后得到；或是由线性反馈移位寄存器或伪随机函数产生的伪随机数字序列。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述频率控制字是由现场可编程门阵列器件根据微控制单元要求输出信号频率范围中心频率所确定。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对所述随机数字序列的处理包括：由现场可编程门阵列器件通过高阶数字低通滤波器、高阶数字带阻滤波器进行数字滤波，得到指定带宽、指定凹口宽度的高斯白噪声数字信号。
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