CN109782232B - 一种基于Cordic算法的N阶SSC盲移频干扰硬件实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于雷达侦察与干扰领域，具体涉及到一种基于Cordic算法的N阶SSC盲移频干扰硬件实现方法。本说明包括以下步骤：通过ADC采样获取截取雷达的线性调频信号并进行参数测量和分析；对SSC干扰信号进行匹配滤波增益比的分析；对信号进行存储，基于Cordic算法求取其相位值，将其相位函数分为两路：一路将相位函数乘以参数N；一路将相位函数做延时τ后乘以(N‑1)；将得到的两路相位函数相减，得到SSC盲移频干扰信号的相位，最后基于Cordic算法得到SSC盲移频干扰信号的实部和虚部；经过DAC后转发SSC盲移频干扰信号。本发明所用的Cordic算法运用移位和加减运算得到信号的相位函数，通过相位函数间的运算得到SSC盲移频干扰信号，大大简化了SSC盲移频干扰信号的FPGA硬件实现。

Description

一种基于Cordic算法的N阶SSC盲移频干扰硬件实现方法

技术领域

本发明属于雷达侦察与干扰领域，具体涉及到一种基于Cordic算法的N阶SSC盲移频干扰硬件实现方法。

背景技术

脉冲压缩体制雷达是现代电子战中应用最为广泛的雷达之一，其采用的信号是具有大的时宽与带宽积的线性调频信号，线性调频信号特点为其频率与时间的耦合性，并且其脉内相干。由于这一特性，使其不仅解决了作用距离与距离分辨力之间存在的矛盾，而且在对抗传统雷达干扰方面表现优异，使大量杂乱的干扰或者噪声在后端处理中得不到较高的信号处理增益，从而达到良好的抗干扰效果，在目标侦测时带来较好的侦察效果。因此，对这类信号进行干扰具有非常重要的意义。

在对此类雷达进行干扰时，一般基于数字射频存储技术将信号采样后存储，利用FPGA实行移频干扰后，还原成模拟信号后进行发送。传统的固定移频干扰即是将还原后的模拟信号进行移频操作，其理论基础是线性调频函数的时间与频率之间具有强耦合性。因此在二维联合估计时其频率与时间将共同变化，即频率上的移动会引起其时域上的移动。所以将从敌方获取的线性调频信号做频移后再发射，就会对敌方雷达造成欺骗干扰的效果。

然而传统的固定移频干扰存在着难以克服的缺点，即需要事先测得雷达的先验信息。在遇到调频斜率捷变的雷达时，由于难以实时获取雷达的调频斜率，移频量不能随调频斜率改变而改变，产生的假目标的位置会发生跳变，容易被雷达识别出来，从而失去了干扰效果。

王玉军在《对LFM雷达的N阶SSC盲移频干扰算法》中提出了一种N阶SSC盲移频干扰，事先不需要知道雷达的调频斜率也能获得固定距离的假目标。即将收集的线性调频信号分别进行N阶频谱扩展和N-1阶频谱扩展，然后将N-1阶的信号做延时共轭后和N阶扩展后的信号相加得到干扰信号，产生的超前假目标距离只与阶数N和延时τ有关。采用该技术，可以有效的对抗频率捷变雷达。

但是要得到SSC信号要求对原始雷达信号做N阶和N-1阶频谱扩展，但其硬件实现难度大，占用资源多。Cordic算法运用移位和加减运算得到信号的相位函数，通过相位函数间的运算得到SSC盲移频干扰信号。因此本发明提出了一种基于Cordic算法的N阶SSC信号FPGA实现的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于Cordic算法的N阶SSC盲移频干扰硬件实现方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于Cordic算法的N阶SSC盲移频干扰硬件实现方法，包括以下步骤：

(1)利用ADC采样获取雷达信号，对信号进行分析，判断其是否是线性调频信号；如果是，得到截取雷达的线性调频信号，并进行下面步骤；

(2)对截取的线性调频信号做参数测量和分析；

(3)根据参数测量和分析、控制指令，根据特定掩护距离得出所需要的参数N和延时τ的值，并对SSC干扰信号进行匹配滤波增益比的分析；

(4)对信号进行存储，基于Cordic算法求取其相位值，然后将其相位函数分为两路：

(4.1)一路将相位函数乘以参数N，得到第一路相位函数；

(4.2)一路将相位函数做延时τ后与N-1相乘，得到第二路相位函数；

(5)将得到的两路相位函数相减，得到的新的相位函数即为SSC盲移频干扰信号的相位，最后基于Cordic算法得到SSC盲移频干扰信号的实部和虚部；

(6)经过DAC后转发SSC盲移频干扰信号。

步骤(1)所述截取雷达的线性调频信号的表达式为：

其中调频斜率μ＝B/T，B为谱宽，T为时宽，函数rect的表达式为：

对截取雷达的线性调频信号u_s(t)直接移频得到固定移频干扰信号：

u_j(t)＝u_s(t)exp(j2πΔft)

其中Δf为移频量，依据线性调频信号的模糊函数具有距离—多普勒耦合效应，即：

Δf+μτ＝0

频域移频对应于时域延时，延时τ代表干扰信号与目标信号时间差，然后结合调频斜率μ求出假目标偏离真目标的距离ΔR为：

当移频量Δf为正时，产生超前干扰，为负时，产生拖后干扰。

步骤(2)和步骤(3)的具体过程为：

假设N阶线性调频信号为：

所得的信号仍然是线性调频信号，与原信号相比其带宽变成了原来的N倍，因此调频斜率变为原来的Nμ；经过一段时间后再将其恢复为原来的带宽，在这段延时τ内，频率移动了(N-1)μτ，其带宽恢复的过程表示为：

将上面两个式子信号相乘，得到N阶盲移频干扰信号：

首先将原信号分为两路，一路对其做N阶频谱扩展，另外一路对信号取共轭并产生延时τ，然后对其做(N-1)阶频谱扩展，将得到的两路信号相乘得到N阶SSC信号，由于在实际系统中存在着不可消除的固定延迟τ₀，具体的实现过程见下式：

其中，固定移频量为Δf₀＝μ[(N-1)τ-τ₀]，固定相移量为

欺骗距离ΔR₀按下式计算：

根据上式，通过改变参数N和延时τ的值来得到想要的欺骗距离的干扰，而不需要知道调频斜率的大小；因此在截取到调频斜率捷变的雷达信号后，我们首先选择一个系统最佳的N值，结合需要的欺骗距离ΔR₀，带入上式就能够确定步骤(3)所述的延时τ值；

在相同功率情况下，干扰信号和目标回波的步骤(3)所述的匹配滤波增益比为：

然后根据已经设定的N和τ值，加上测得的脉宽T值带入上式得到匹配滤波增益比G。

步骤(4)和步骤(5)的具体过程为：

已知的固定移频干扰信号为：

信号的幂运算难以用硬件实现，假设原始信号的相位函数为延时后的相位函数为/>干扰信号的相位函数为/>因此将上式改写成：

因此只需要得到和/>通过上式求出干扰信号的角度/>从而得到SSC盲移频干扰信号；

在用硬件实现时，我们只需要将获取的雷达数字信号分解为实部和虚部/>两部分，分别作为Cordic核的输入端：

从输出端得到原始信号的相位函数同时将/>做存储延时τ后得到相位函数/>

然后将函数乘上N，得到步骤(4.1)所述第一路相位函数，将函数/>乘以N-1，得到步骤(4.2)所述第二路相位函数；最后将两者相减得到步骤(5)所述新的相位函数，即干扰信号的相位函数/>

对干扰信号的相位进行Cordic变换，得到基带干扰信号的实部和虚部：

本发明的有益效果在于：Cordic算法运用移位和加减运算得到信号的相位函数，通过相位函数间的运算得到SSC盲移频干扰信号，大大简化了SSC盲移频干扰信号的FPGA硬件实现。

附图说明

图1(a)是对原始雷达信号做固定移频干扰脉压的结果；

图1(b)是将调频斜率扩大两倍时的固定移频干扰脉压的结果；

图1(c)是对原始雷达信号做SSC盲移频干扰脉压的结果；

图1(d)是将调频斜率扩大两倍时的SSC盲移频干扰脉压结果；

图2是SSC实现流程框图；

图3是基于Cordic算法的SSC信号硬件实现框图；

图4是SSC盲移频干扰总的硬件实现框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明应用于N阶SSC盲移频信号的硬件实现，并通过仿真说明了固定移频干扰存在的不足以及SSC盲移频干扰具有的优势。

本发明的实现过程包括如下步骤：

(1)利用ADC采样获取雷达信号，对信号进行分析，判断其是否是线性调频信号；如果是，则进行下面步骤；

(2)对截获的线性调频信号做参数测量和分析；

(3)根据参数测量和分析、控制指令，根据特定掩护距离得出所需要的参数N和延时τ的值，并对SSC干扰信号进行匹配滤波增益比的分析；

(4)对信号进行存储，基于Cordic核求取其相位值，然后将其相位函数分为两路：

(4.1)一路将相位函数乘以参数N，得到第一路相位函数；

(4.2)一路将相位函数做共轭并延时τ后乘以(N-1)，得到第二路相位函数；

(5)将得到的两路相位函数相加，得到新的相位函数即为SSC盲移频干扰信号的相位，最后基于Cordic算法得到SSC盲移频干扰信号的实部和虚部；

(6)经过DAC后转发SSC盲移频干扰信号。

按照步骤(1)假设截取雷达的线性调频信号的表达式为：

其中调频斜率μ＝B/T，B为谱宽，T为时宽，函数rect的表达式如下：

对线性调频信号直接移频，得到固定移频干扰信号为：

u_j(t)＝u_s(t)exp(j2πΔft)

其中Δf为移频量，u_s(t)为截取雷达的线性调频信号，依据现行调频信号的模糊函数具有距离—多普勒耦合效应，即：

Δf+μτ＝0

频域移频对应于时域延时，干扰信号与目标时域相差τ。然后结合调频斜率μ即可求出假目标偏离真目标的距离为：

当Δf为正时，产生超前干扰；为负时，产生拖后干扰。从上式可以看出，当调频斜率改变时，由于难以知道调频斜率的大小而不能及时调节Δf的值，因此假目标位置会发生跳变，雷达可利用这一特点对此类假目标进行抑制。同样在应对不同调频斜率的分集雷达时，常规移频干扰也会失效。若想对调频斜率捷变的雷达实施有效的干扰，就要使移频量随调频斜率的变化而变化。

按照步骤(2)和步骤(3)，假设线性调频信号的N次方为：

然后对原始信号的延时共轭做(N-1)次方：

将以上两个信号相乘即可得到N阶盲移频干扰信号：

首先将原信号分为两路，一路对其做N阶频谱扩展，另外一路对信号共轭做一个延时τ，然后对其做(N-1)阶频谱扩展。将得到的两路信号相乘即可得到N阶SSC信号。由于在实际系统中存在着不可消除的固定延迟τ₀，具体的实现过程如下：

其中：

Δf＝μ[(N-1)τ-τ₀]

将Δf＝μ[(N-1)τ-τ₀]带入到中，可以得出欺骗距离ΔR：

由上式可知通过改变N和τ的值来得到想要的欺骗距离的干扰，而不需要知道调频斜率的大小。

在相同功率情况下，干扰信号和目标回波的匹配滤波增益比为：

因此在截取到调频斜率捷变的雷达信号后，我们首先选择一个系统最佳的N值，结合需要的掩护距离ΔR，带入式(12)就可确定我们需要设定的延时τ值。然后我们可以根据已经设定的N和τ值，加上测得的脉宽T值带入式(13)得到匹配滤波增益比G。

通过欺骗距离可以看出，掩护距离ΔR和系统设定的N和τ的乘积成正比，而匹配滤波增益比G和系统设定的N和τ的乘积成反比。因此受到增益比的影响，掩护距离不可设的无限大，需要我们综合匹配滤波损失选取最合适的掩护距离。

对原始信号进行N阶频谱扩展，即需要对一个信号函数做N次方运算，其硬件实现难度较大。于是我们提出了一种基于Cordic的算法，用硬件来产生N阶盲移频干扰信号。

我们知道Cordic算法的基本思想是用一系列与运算基数相关的角度的不断偏摆从而逼近所需旋转的角度，由于这些固定的角度与计算基数有关，运算只有移位和加减。而传统的乘、除等计算方法需要占用大量的FPGA资源，因此Cordic算法只运用移位和加减运算就能代替传统的乘除运算，节约了FPGA资源。因此我们可以通过Cordic算法得到雷达信号的相位函数后将其乘以N，从而实现了信号的N阶频谱扩展。

按照步骤(4)和步骤(5)，我们知：

对一个信号函数做幂运算难以用硬件实现，因此假设原始信号的相位函数为原始信号延时后的相位函数为/>干扰信号的相位函数为/>因此将上式改写成：

因此我们只需要得到和/>即可求出干扰信号的相位/>从而得到SSC盲移频干扰信号。

在用硬件实现时，我们只需要将获取的雷达数字信号分解为实部和虚部两部分，分别作为Cordic核的输入端：

从输出端可以得到原始信号的相位函数同时我们将/>做存储延时τ后得到相位函数/>

然后将函数乘上N，将函数/>乘以(N-1)；最后将两者相减得到干扰信号的相位函数/>

对干扰信号的相位进行Cordic变换，得到基带干扰信号的实部和虚部。

最后由步骤(6)通过DAC数模转换，将干扰信号转换成模拟信号发射出去。

本发明公开了一种基于Coridic算法的SSC盲移频干扰信号生成的硬件实现方法。该方法用Coridic算法的方法先得到信号的相位函数，然后扩大N倍实现信号的N阶频谱扩展，减小了硬件实现的困难。成功的用硬件的方法产生了SSC盲移频干扰信号。下面结合附图和实例给出详细描述：

假设干扰机侦察到的雷达信号为线性调频信号，脉宽τ＝50us，带宽为B＝10MHz，经下变频处理得到零中频信号。干扰机欲产生超前1.5km的欺骗假目标干扰信号，需要对信号进行移频处理，由公式计算可得移频量为2MHz。利用该移频量对信号进行固定移频得到干扰信号，经上变频处理并发射出去。雷达对接收到的信号进行脉压处理，处理结果如图1(a)所示，可以看出假目标超前真目标10us，即干扰距离为1.5km，达到了干扰目的。

如果该雷达具备一定的抗干扰能力，可通过改变发射信号的调频斜率抑制固定移频干扰。当雷达发射信号参数改变时，如脉宽保持不变，带宽变为B＝20MHz。干扰机在接收到该雷达信号后，由于信号参数测量需要在脉冲结束后完成，因此对于当前脉冲信号，干扰的移频量仍为2MHz。雷达对接收到的信号进行同样的脉压处理，处理结果如图1(b)所示，可以看出此时假目标超前真目标为5us，即干扰距离为0.75km，雷达可根据这一特性，对假目标进行剔除，从而达到了抗固定移频干扰的目的。即固定移频干扰，不能够很好的对抗调频斜率捷变的脉冲压缩雷达。

假设干扰机侦察到的雷达信号为线性调频信号，在不知道信号的带宽B和脉宽T的前提下，干扰机欲产生超前1.5km的欺骗假目标干扰信号。只需要设定盲移频干扰信号的阶数N为3，延时τ为5us，当阶数N和延时τ确定即可确定欺骗距离。由公式可得干扰距离为1.5km。雷达对接收到的信号进行脉压处理，处理结果如图1(c)所示，可以看出假目标超前真目标10us，即干扰距离为1.5km，达到了干扰目的。

同样当雷达发射信号参数改变时，如脉宽保持不变，带宽变为B＝20MHz，此时调频斜率μ变为原来的两倍。保持阶数N、延时τ不变，由公式计算得到欺骗距离仍为1.5km。雷达对接收到的信号进行脉压处理，处理结果如图1(d)所示，可以看出假目标超前真目标10us，即干扰距离为1.5km，达到了干扰目的。所以SSC盲移频干扰信号在应对调频斜率捷变的雷达时具有较好的效果。

图2是生成SSC信号的流程框图。将接收到的线性调频信号分为两路：一路做N阶频谱扩展；另一路做延时共轭后再进行N-1阶频谱扩展，两路信号相乘得到最后的SSC盲移频干扰信号。得到的SSC信号的欺骗距离固定不变，且仅和阶数N和延时量τ有关。同时N和τ的值也决定了回波信号的增益和欺骗距离。

图3是基于Cordic核的SSC盲移频干扰信号的硬件实现框图。将接收的线性调频信号的实部和虚部分别作为Cordic核的两个输入端，从输出端可以得到线性调频信号的相位函数将一路/>扩大N倍，另外一路做存储延时后得到/>然后将其扩大N-1倍。最后把/>和/>作为一个减法器的输入，在输出端即可得到SSC干扰信号的相位函数/>最后通过Cordic核得到SSC干扰信号的实部和虚部。

图4是SSC盲移频干扰总的硬件实现框图。首先对获取的雷达信号做ADC采样，将其从模拟信号转换为数字信号。在主控模块的控制下，将数字信号通过侦察及干扰参数生成模块，根据需求的欺骗距离产生与之相匹配的阶数N和延时τ的值。然后将N和τ的值输入SSC干扰信号生成模块，最后通过DAC数模转换模块输出SSC盲移频干扰信号。通过框图可以看出，在生成特定干扰距离的假目标时，产生SSC盲移频干扰信号只需要设置阶数N和延时τ，不受线性调频信号的带宽B和脉宽T值的影响。

Claims (3)

1.一种基于Cordic算法的N阶SSC盲移频干扰硬件实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)利用ADC采样获取雷达信号，对信号进行分析，判断其是否是线性调频信号；如果是，得到截取雷达的线性调频信号，并进行下面步骤；

(2)对截取的线性调频信号做参数测量和分析；

(3)根据参数测量和分析、控制指令，根据特定掩护距离得出所需要的参数N和延时τ的值，并对SSC干扰信号进行匹配滤波增益比的分析；

(4)对信号进行存储，基于Cordic算法求取其相位值，然后将其相位函数分为两路：

(4.1)一路将相位函数乘以参数N，得到第一路相位函数；

(4.2)一路将相位函数做延时τ后与N-1相乘，得到第二路相位函数；

(5)将得到的两路相位函数相减，得到的新的相位函数即为SSC盲移频干扰信号的相位，最后基于Cordic算法得到SSC盲移频干扰信号的实部和虚部；

(6)经过DAC后转发SSC盲移频干扰信号；

步骤(4)和步骤(5)的具体过程为：

已知的固定移频干扰信号为：

假设原始信号的相位函数为延时后的相位函数为/>干扰信号的相位函数为将上式改写成：

只需要得到和/>通过上式求出干扰信号的角度/>从而得到SSC盲移频干扰信号；

在用硬件实现时，将获取的雷达数字信号分解为实部和虚部/>两部分，分别作为Cordic核的输入端：

从Cordic核的输出端得到原始信号的相位函数同时将/>做存储延时τ后得到相位函数/>

然后将函数乘上N，得到步骤(4.1)所述第一路相位函数，将函数/>乘以N-1，得到步骤(4.2)所述第二路相位函数；最后将两者相减得到步骤(5)所述新的相位函数，即干扰信号的相位函数/>

对干扰信号的相位进行Cordic变换，得到基带干扰信号的实部和虚部：

2.根据权利要求1所述的一种基于Cordic算法的N阶SSC盲移频干扰硬件实现方法，其特征在于，步骤(1)所述截取雷达的线性调频信号的表达式为：

其中调频斜率μ＝B/T，B为谱宽，T为时宽，函数rect的表达式为：

对截取雷达的线性调频信号u_s(t)直接移频得到固定移频干扰信号：

u_j(t)＝u_s(t)exp(j2πΔft)

其中Δf为移频量，依据线性调频信号的模糊函数具有距离—多普勒耦合效应，即：

Δf+μτ＝0

频域移频对应于时域延时，延时τ代表干扰信号与目标信号时间差，然后结合调频斜率μ求出假目标偏离真目标的距离ΔR为：

当移频量Δf为正时，产生超前干扰，为负时，产生拖后干扰。

3.根据权利要求2所述的一种基于Cordic算法的N阶SSC盲移频干扰硬件实现方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(3)的具体过程为：

假设N阶线性调频信号为：

所得的信号仍然是线性调频信号，与原信号相比其带宽变成了原来的N倍，因此调频斜率变为原来的Nμ；经过一段时间后再将其恢复为原来的带宽，在这段延时τ内，频率移动了(N-1)μτ，其带宽恢复的过程表示为：

将上面两个式子信号相乘，得到N阶盲移频干扰信号：

首先将原信号分为两路，一路对其做N阶频谱扩展，另外一路对信号取共轭并产生延时τ，然后对其做(N-1)阶频谱扩展，将得到的两路信号相乘得到N阶SSC信号，由于在实际系统中存在着不可消除的固定延迟τ₀，具体的实现过程见下式：

其中，固定移频量为Δf₀＝μ[(N-1)τ-τ₀]，固定相移量为

欺骗距离ΔR₀按下式计算：

根据上式，通过改变参数N和延时τ的值来得到想要的欺骗距离的干扰，而不需要知道调频斜率的大小；因此在截取到调频斜率捷变的雷达信号后，我们首先选择一个系统最佳的N值，结合需要的欺骗距离ΔR₀，带入上式就能够确定步骤(3)所述的延时τ值；

在相同功率情况下，干扰信号和目标回波的步骤(3)所述的匹配滤波增益比为：

然后根据已经设定的N和τ值，加上测得的脉宽T值带入上式得到匹配滤波增益比G。