CN111565087A - 一种侦察干扰一体化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种侦察干扰一体化系统，首先通过前端模拟信道化结构将接收到的信号划分子带并进行下变频处理得到基带信号，再将基带信号与混频序列混频后求和得到和信号，使得数据量大幅下降以减少采样数据率。将和信号进行指定干扰样式的干扰得到干扰信号，使得干扰带宽减小并仍可使干扰覆盖在侦察信号的全频带。再将干扰信号与周期性混频序列混频得到干扰混频信号。对干扰混频信号进行上变频处理得到干扰调制信号，使得干扰信号的频谱被搬移到各个子带上。将干扰调制信号通过滤波器组并求和得到最终的干扰信号。与传统的侦察接收机及干扰机相比，本发明可以降低采样速率，简化发射和接收通道结构，可实现多频段多信号同时干扰。

Description

一种侦察干扰一体化系统
技术领域
本发明属于电子对抗技术领域，涉及一种侦察干扰一体化系统，特别是一种采用MWC结构的侦察干扰一体化系统。
背景技术
目前的雷达侦察及干扰技术大都采用对雷达信号进行全频带覆盖的大带宽侦察及干扰方式。其中雷达干扰技术分为两种，包括压制式干扰和欺骗式干扰。而雷达侦察及以上所述干扰方式都需接收机和干扰机工作在大带宽下，这就要求系统需采用高速AD采样及高速DA转换，或采用复杂的信道化结构来实现宽带侦察和干扰，存在采样速率高、发射和接收通道结构复杂等缺陷。
Mishali M等人于2010年提出了调制宽带转换器(Modulation WidebandConverter,MWC)结构。MWC是一种用于采集稀疏多频带信号的多分支均匀Sub-Nyquist采样结构，该结构能够有效地对稀疏多带信号进行欠奈奎斯特采样。该技术在侦察干扰一体化系统中还未有应用。
发明内容
针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种可以降低采样速率、简化发射和接收通道结构、实现多频段多信号同时干扰、减少信号采样的数据率以及实现对大带宽信号的干扰的采用MWC结构的侦察干扰一体化系统，以克服现有技术的采样速率高、发射和接收通道结构复杂等缺陷。
为解决上述技术问题，本发明的.一种侦察干扰一体化系统，包括：多路压缩复用接收模块、压缩信号干扰生成模块、随机解混模块和干扰发射模块；
多路压缩复用接收模块利用前端模拟信道化结构将接收到的信号划分子带并进行下变频处理得到基带信号，然后将基带信号与周期性伪随机序列进行混频并求和，获得压缩采样信号并提供给后续的压缩采样信号干扰生成模块；
压缩采样信号干扰生成模块采用压缩信号直接干扰形式，得到多路压缩复用接收模块输出的压缩采样信号加入间歇采样干扰后的信号形式，并提供给随机解混模块；
随机解混模块将压缩采样信号加入间歇采样干扰后的信号与周期性伪随机序列进行混频，得到干扰混频信号，并提供给干扰发射模块；
干扰发射模块包括上变频部分与滤波部分，在干扰发射部分对干扰混频信号进行上变频处理，得到干扰调制信号，干扰调制信号经过滤波器组后求和，得到最终干扰信号。
本发明还包括：
1.多路压缩复用接收模块满足：
多路压缩复用接收模块接收的线性调频信号s(t)经过接收机前端模拟信道化结构进行下变频处理后，得到基带信号xj(t)，将基带信号xj(t)与周期性伪随机序列混频，混频序列
Figure BDA00024437892800000210
为周期性伪随机序列，具体为：
Figure BDA0002443789280000021
其中，
Figure BDA0002443789280000022
Tp表示周期性伪随机序列的周期，t表示时间，l表示累加求和中的第l项；
得到混频信号
Figure BDA0002443789280000023
将得到的混频信号进行求和，得到压缩采样信号：
Figure BDA0002443789280000024
其中J表示总通道数。
2.压缩采样信号干扰生成模块满足：
对接收的压缩采样信号加入间歇采样转发式干扰，间歇采样信号q(t)为：
Figure BDA0002443789280000025
其中，rect(t)为矩形函数，τ为信号的脉宽，Ts为重复周期，
Figure BDA0002443789280000026
表示卷积，δ(t)为单位冲击函数；
则加入间歇采样干扰信号后的压缩采样信号满足：
Figure BDA0002443789280000027
3.随机解混模块满足：
将压缩采样信号干扰生成模块输出的干扰信号
Figure BDA0002443789280000028
与周期性伪随机序列
Figure BDA0002443789280000029
进行混频，伪随机序列
Figure BDA0002443789280000031
与多路压缩复用接收模块的前端混频序列
Figure BDA0002443789280000032
为共轭关系，
Figure BDA0002443789280000033
周期为Tp，且每个周期有Mp＝TpfNYQ个元素，其中fNYQ为每一路的采样速率，且基带带宽B满足fp＝1/Tp＞B，混频序列满足
Figure BDA0002443789280000034
干扰信号xs(t)与周期性伪随机序列
Figure BDA0002443789280000035
进行混频，得到干扰混频信号xsj(t)时域表达式：
Figure BDA0002443789280000036
周期性伪随机序列的性质满足：
Figure BDA0002443789280000037
其中j，k分别表示第j个以及第k个通道，上角标“*”表示共轭。
进一步干扰混频信号xsj(t)满足：
Figure BDA0002443789280000038
4.干扰发射模块满足：
将随机解混模块输出的干扰混频信号调制到各个子频带上去得到干扰调制信号gj(t)，此处频带的中心频率和带宽与多路压缩复用接收模块中下变频前的各个频带一致，设上变频混频序列LO＝[LO1,…LOj…LOJ]，第j个通道的上变频信号
Figure BDA0002443789280000039
其中fj表示第j个通道滤波器的中心频率，则第j个通道的干扰调制信号gj(t)的时域表达式为：
Figure BDA00024437892800000310
将干扰调制信号经过滤波器组再求和后得到最终干扰信号。
本发明的有益效果：
本发明利用日益成熟的压缩感知技术，提供一种基于调制宽带转换器(Modulation Wideband Converter,MWC)技术的侦察干扰一体化系统设计新方法。首先通过前端模拟信道化结构将接收到的信号划分子带并进行下变频处理得到基带信号，再将基带信号与混频序列混频后求和得到和信号，使得数据量大幅下降以减少采样数据率。将和信号进行指定干扰样式的干扰得到干扰信号，使得干扰带宽减小并仍可使干扰覆盖在侦察信号的全频带。再将干扰信号与周期性混频序列混频得到干扰混频信号。对干扰混频信号进行上变频处理得到干扰调制信号，使得干扰信号的频谱被搬移到各个子带上。将干扰调制信号通过滤波器组并求和得到最终的干扰信号。与传统的侦察接收机及干扰机相比，本发明可以降低采样速率，简化发射和接收通道结构，可实现多频段多信号同时干扰。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、利用随机混频原理(MWC)实现宽带系统的压缩接收与发射。降低了系统对ADC和DAC的路数及数据率要求。
2、只需较少的路数甚至一路宽带中频接收机与发射机实现大带宽的信号接收与干扰，从而实现多频段的同时侦察与干扰。
3、降低系统功耗，实现小型化的一种途径。主要原因是高速采集路数变少。
附图说明
图1为基于MWC技术的侦察干扰一体化系统设计框图。
图2为采用传统方法、未采用MWC的侦察干扰一体化系统设计框图。
图3为本发明的压缩信号干扰生成部分输出的信号波形。
图4为本发明的滤波部分输出的信号经过脉压处理后的波形。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式做进一步说明。
结合图1，本发明的一种采用MWC结构的侦察干扰一体化系统，第一部分是多路压缩复用接收部分。利用前端模拟信道化结构将接收到的信号划分子带并进行下变频处理得到基带信号，然后将基带信号与周期性伪随机序列进行混频并求和，获得压缩信号并提供给后续的压缩信号干扰生成部分。第二部分是压缩信号干扰生成部分，在压缩信号干扰生成部分采用压缩信号直接干扰形式。对接收机前端输出的压缩信号加入指定干扰样式得到干扰信号的和形式，并提供给后续的随机解混部分。第三部分是随机解混部分，在随机解混部分中将干扰信号的和形式与周期性伪随机序列进行混频，得到干扰混频信号，并提供给后续的干扰发射部分。第四部分是干扰发射部分，包括上变频部分与滤波部分，在干扰发射部分对干扰混频信号进行上变频处理，得到干扰调制信号。干扰调制信号经过滤波器组后求和，得到最终干扰信号。
如图1所示，本发明的一种采用MWC结构的侦察干扰一体化系统，包括以下步骤：
步骤1：多路压缩复用接收。
令多路压缩复用接收模块接收的线性调频信号为s(t)。设接收机侦察带宽为Ω，前端模拟信道化结构将侦收频谱Ω分为J个带宽相等的子带，每个子带带宽均为W。设接收信号sj(t)与sk(t)均为带限于[0,W]Hz的信号，且假设信号sj(t)只存在于第j个通道中，信号sk(t)只存在于第k个通道中。
接下来，在J个通道中选取第j个通道来进行说明。信号经过接收机前端模拟信道化结构进行下变频处理后，得到基带信号xj(t)并对基带信号进行混频处理。将基带信号xj(t)与周期性伪随机序列混频，这里混频序列
Figure BDA0002443789280000051
为周期性伪随机序列，如式(1)所示：
Figure BDA0002443789280000052
其中，
Figure BDA0002443789280000053
Tp表示周期性伪随机序列的周期，t表示时间，l表示累加求和中的第l项。
得到混频信号
Figure BDA0002443789280000054
将得到的混频信号进行求和，得到压缩采样信号
Figure BDA0002443789280000055
如式(2)所示：
Figure BDA0002443789280000056
其中J表示总通道数。
步骤2：压缩信号干扰生成。
首先对步骤1中多路压缩复用接收模块输出的压缩采样信号加入间歇采样转发式干扰，间歇采样信号q(t)如式(3)所示：
Figure BDA0002443789280000057
式(3)中rect(t)为矩形函数，τ为信号的脉宽，Ts为重复周期，
Figure BDA0002443789280000058
表示卷积，δ(t)为单位冲击函数。
接下来由式(3)可得压缩采样信号加入间歇采样干扰后，信号的表达式
Figure BDA0002443789280000059
如式(4)所示：
Figure BDA00024437892800000510
步骤3：多路随机解混。
将步骤2中的干扰信号
Figure BDA0002443789280000061
与周期性伪随机序列
Figure BDA0002443789280000062
进行混频。为保证信号得到恢复，伪随机序列
Figure BDA0002443789280000063
与步骤1中前端混频序列
Figure BDA0002443789280000064
为共轭关系。这里
Figure BDA0002443789280000065
周期为Tp，且每个周期有Mp＝TpfNYQ个元素，其中fNYQ为每一路的采样速率，且基带带宽B满足fp＝1/Tp＞B。混频序列满足
Figure BDA0002443789280000066
干扰信号xs(t)与周期性伪随机序列
Figure BDA0002443789280000067
进行混频，可以得到干扰混频信号xsj(t)的时域表达式如式(5)所示：
Figure BDA0002443789280000068
又周期性伪随机序列的性质如式(6)所示：
Figure BDA0002443789280000069
其中j，k分别表示第j个以及第k个通道，上角标“*”表示共轭。
由式(6)可进一步化简式(5)的干扰混频信号xsj(t)表达形式，如式(7)所示：
Figure BDA00024437892800000610
步骤4：上变频。
对干扰混频信号xsj(t)进行上变频处理，将干扰混频信号调制到各个子频带上去得到干扰调制信号gj(t)，此处频带的中心频率和带宽与步骤1中下变频前的各个频带一致。设上变频混频序列LO＝[LO1,…LOj…LOJ]，选取第j个通道说明，第j个通道的上变频信号
Figure BDA00024437892800000611
其中fj表示第j个通道滤波器的中心频率。则第j个通道的干扰调制信号gj(t)的时域表达式如式(8)所示：
Figure BDA00024437892800000612
步骤5：滤波。
将步骤4中的干扰调制信号经过滤波器组再求和后得到最终干扰信号。其中第j个通道滤波器的中心频率为fj，带宽为W。
本发明的效果可由以下仿真实验做进一步说明：
1.仿真条件：
设置经过前端下变频处理后的基带信号形式为线性调频信号，假设线性调频信号分别存在于第2、3路中，仿真信噪比为20dB。其中，通道2中信号中心频率400MHz，脉宽25μs，带宽5MHz。通道3中信号中心频率600MHz，脉宽25μs，带宽15MHz。前端模拟信道化路数设为4，混频序列中Mp＝40。
2.仿真内容和结果分析
图3给出了本发明的压缩信号干扰生成部分输出的信号波形。而图4给出了本发明的滤波部分输出的信号经脉压处理的波形。由图3可以看出接收到的信号经过多路压缩复用接收部分和压缩信号干扰生成部分后输出的信号十分杂乱无法分辨。由图4可以看出图3所示信号再经过多路随机解调部分、上变频部分以及滤波部分后其脉压波形与设定的干扰样式相符合，由此可以看出本系统设计可行。
本发明具体实施例还包括：
本发明的一种采用MWC结构的侦察干扰一体化系统具体实施方式包括：
(1)多路压缩复用接收。通过前端模拟信道化结构将侦收频谱Ω分为J个带宽相等且带宽都为W的子带，并对每个子带的信号进行下变频变为基带信号，然后将基带信号与周期性伪随机序列进行混频并求和，获得压缩信号。
(2)压缩信号干扰生成。用模拟数字转换芯片(ADC)对压缩信号进行采样得到压缩采样信号，然后将压缩采样信号加入干扰得到干扰信号。
(3)多路随机解混。将干扰信号与周期性伪随机序列进行混频，得到干扰混频信号。
(4)上变频。对干扰混频信号进行上变频处理，得到干扰调制信号。
(5)滤波。令干扰调制信号经过滤波器组，恢复为带宽均为W的J个不同子带信号后求和，得到最终干扰信号。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方法，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种侦察干扰一体化系统，其特征在于，包括：多路压缩复用接收模块、压缩信号干扰生成模块、随机解混模块和干扰发射模块；
所述多路压缩复用接收模块利用前端模拟信道化结构将接收到的信号划分子带并进行下变频处理得到基带信号，然后将基带信号与周期性伪随机序列进行混频并求和，获得压缩采样信号并提供给后续的压缩采样信号干扰生成模块；
所述压缩采样信号干扰生成模块采用压缩信号直接干扰形式，得到多路压缩复用接收模块输出的压缩采样信号加入间歇采样干扰后的信号形式，并提供给随机解混模块；
所述随机解混模块将压缩采样信号加入间歇采样干扰后的信号与周期性伪随机序列进行混频，得到干扰混频信号，并提供给干扰发射模块；
所述干扰发射模块包括上变频部分与滤波部分，在干扰发射部分对干扰混频信号进行上变频处理，得到干扰调制信号，干扰调制信号经过滤波器组后求和，得到最终干扰信号。
2.根据权利要求1所述的一种侦察干扰一体化系统，其特征在于：所述多路压缩复用接收模块满足：
多路压缩复用接收模块接收的线性调频信号s(t)经过接收机前端模拟信道化结构进行下变频处理后，得到基带信号xj(t)，将基带信号xj(t)与周期性伪随机序列混频，混频序列
Figure FDA0002443789270000011
为周期性伪随机序列，具体为：
Figure FDA0002443789270000012
其中，
Figure FDA0002443789270000013
Tp表示周期性伪随机序列的周期，t表示时间，l表示累加求和中的第l项；
得到混频信号
Figure FDA0002443789270000014
将得到的混频信号进行求和，得到压缩采样信号：
Figure FDA0002443789270000015
其中J表示总通道数。
3.根据权利要求1或2所述的一种侦察干扰一体化系统，其特征在于：所述压缩采样信号干扰生成模块满足：
对接收的压缩采样信号加入间歇采样转发式干扰，间歇采样信号q(t)为：
Figure FDA0002443789270000021
其中，rect(t)为矩形函数，τ为信号的脉宽，Ts为重复周期，
Figure FDA0002443789270000022
表示卷积，δ(t)为单位冲击函数；
则加入间歇采样干扰信号后的压缩采样信号满足：
Figure FDA0002443789270000023
4.根据权利要求3所述的一种侦察干扰一体化系统，其特征在于，包括：所述随机解混模块满足：
将压缩采样信号干扰生成模块输出的干扰信号
Figure FDA0002443789270000024
与周期性伪随机序列
Figure FDA0002443789270000025
进行混频，伪随机序列
Figure FDA0002443789270000026
与多路压缩复用接收模块的前端混频序列
Figure FDA0002443789270000027
为共轭关系，
Figure FDA0002443789270000028
周期为Tp，且每个周期有Mp＝TpfNYQ个元素，其中fNYQ为每一路的采样速率，且基带带宽B满足fp＝1/Tp＞B，混频序列满足
Figure FDA0002443789270000029
干扰信号xs(t)与周期性伪随机序列
Figure FDA00024437892700000210
进行混频，得到干扰混频信号xsj(t)时域表达式：
Figure FDA00024437892700000211
周期性伪随机序列的性质满足：
Figure FDA00024437892700000212
其中j，k分别表示第j个以及第k个通道，上角标“*”表示共轭。
进一步干扰混频信号xsj(t)满足：
Figure FDA00024437892700000213
5.根据权利要求4所述的一种侦察干扰一体化系统，其特征在于，包括：所述干扰发射模块满足：
将随机解混模块输出的干扰混频信号调制到各个子频带上去得到干扰调制信号gj(t)，此处频带的中心频率和带宽与多路压缩复用接收模块中下变频前的各个频带一致，设上变频混频序列LO＝[LO1,…LOj…LOJ]，第j个通道的上变频信号
Figure FDA0002443789270000031
其中fj表示第j个通道滤波器的中心频率，则第j个通道的干扰调制信号gj(t)的时域表达式为：
Figure FDA0002443789270000032
将干扰调制信号经过滤波器组再求和后得到最终干扰信号。
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