CN112953665B - 一种干扰试验系统、干扰信号调制及其功率检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种干扰试验系统、干扰信号调制及其功率检测方法，属于信息处理技术领域，本发明提供的一种干扰试验系统可以发射多种类型的干扰信号，具备极大的灵活性，并且可以根据功率阈值调节干扰信号的功率，保持干扰信号的功率稳定，使得待测北斗导航定位设备处的干扰信号功率符合试验任务的要求；本发明提供的干扰信号调制方法利用数字信号调制方式产生多种干扰信号，具有体积小、功耗低、精度高、可靠性高、灵活性大、易于大规模集成的特点。本发明提供的干扰信号功率检测方法，并不需要对干扰信号本身直接进行功率测量，而是只对单载波检测信号进行功率测量，无需根据不同类型的干扰信号采用不同的检测算法，检测原理简单，检测精度高。

Description

一种干扰试验系统、干扰信号调制及其功率检测方法

技术领域

本发明属于信息处理技术领域，更具体地说，是涉及一种干扰试验系统、干扰信号调制及其功率检测方法。

背景技术

抗干扰能力是北斗导航定位设备重要的性能指标。在试验靶场对北斗导航定位设备进行性能指标检测和考核的时候，需要建设干扰试验系统。在试验任务中通过检测北斗导航定位设备在干扰环境下的各项性能指标，来评估和考核北斗导航定位设备的抗干扰能力。

现有的干扰发射系统通常只能产生1.1GHz～1.2GHz频段的干扰信号，干扰信号类型不能灵活调整、缺乏干扰信号功率检测和闭环调节，因此使用现有的干扰发射系统对北斗导航定位设备的各项性能指标进行评估时，具有评估不全面的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种干扰试验系统、干扰信号调制及其功率检测方法，旨在解决现有的干扰发射系统产生的干扰信号频段范围小，干扰信号类型不能灵活配置，无法实现功率闭环调节，导致对北斗导航定位设备抗干扰能力评估不全面的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种干扰试验系统，包括：

无线通信设备；

干扰信号发射系统，用于发射干扰信号；所述干扰信号包括：宽带噪声干扰信号、脉冲干扰信号和组合干扰信号；

干扰信号检测设备，设置在待测北斗导航定位设备上，用于检测所述干扰信号的功率值并将所述功率值通过所述无线通信设备发送到所述干扰信号发射系统；

所述干扰信号发射系统根据所述功率值和功率阈值调节所述干扰信号的当前功率值。

优选的，所述干扰信号发射系统，包括：

控制计算机；

干扰源，与所述控制计算机电连接，用于接收所述控制计算机的指令，产生所述干扰信号；

功率放大器，与所述干扰源电连接，用于放大所述干扰信号的功率值；

天线系统，与所述干扰源电连接，用于向所述待测北斗导航定位设备发射所述干扰信号。

优选的，所述干扰源包括：

数字信号处理电路，用于产生所述干扰信号的I/Q正交调制信号；

宽带射频模块，与所述数字信号处理电路连接，用于对所述干扰信号的I/Q正交调制信号依次进行带外抑制、滤波、放大和变频处理，产生所述干扰信号。

优选的，所述宽带射频模块包括：FIR滤波器、数字内插滤波器、数模转换器、低通滤波器、可变增益放大器、乘法器和低噪声放大器；

所述FIR滤波器、所述数字内插滤波器、所述数模转换器、所述低通滤波器、所述可变增益放大器、所述乘法器和所述低噪声放大器之间依次连接。

优选的，所述天线系统包括；

天线座架；

抛物反射面天线，设置在所述天线座架上，用于发射所述干扰信号；

振子馈源，与所述抛物反射面天线电连接；

伺服控制子系统，与所述天线座架连接，用于接收所述待测北斗导航定位设备的当前位置，并根据所述当前位置、所述抛物反射面天线的位置信息和所述抛物反射面天线的姿态调控所述天线座架，使所述抛物反射面天线指向所述待测北斗导航定位设备。

本发明还提供了一种宽带噪声干扰信号调制方法，包括以下步骤：

步骤1：获取m序列，根据所述m序列构造随机数据；所述随机数据包括第一随机数据和第二随机数据；

步骤2：对所述第一随机数据和所述第二随机数据进行归一化生成浮点数；所述浮点数包括第一浮点数和第二浮点数；

步骤3：根据所述第一浮点数和所述第二浮点数利用正态分布随机数构建公式构建正态分布随机数；其中，所述正态分布随机数构建公式为：

z＝R*cosθ

其中，z为正态分布随机数，θ＝2πu1，

u1表示第一浮点数，u2表示第二浮点数；

步骤4：对所述正态分布随机数进行浮点数转化为定点数处理，产生高斯噪声；

步骤5：对所述高斯噪声进行滤波生成宽带噪声干扰基带信号；

步骤6：对所述宽带噪声干扰基带信号进行正交载波调制处理生成宽带噪声干扰信号的I/Q正交调制信号。

本发明还提供了一种脉冲干扰信号调制方法，包括以下步骤；

步骤1：根据FPGA内的采样时钟生成脉冲干扰基带信号；其中，所述脉冲干扰基带信号的表达式为：

其中，p(t)表示脉冲干扰基带信号，N表示脉冲个数，δ表示冲击响应函数，t表示当前时刻，t₀表示初始时刻，T表示循环周期；

步骤2：对所述脉冲干扰基带信号进行IQ正交调制生成脉冲干扰信号的I/Q正交调制信号。

本发明还提供了一种组合干扰信号调制方法，包括以下步骤：

步骤1：获取多个数字基带信号；所述数字基带信号包括：宽带噪声干扰基带信号和脉冲干扰基带信号；

步骤2：分别对每一个所述数字基带信号配置通道权重；

步骤3：将所述通道权重与相应通道的所述数字基带信号正交相乘，生成相乘后的I/Q支路正交调制信号；

步骤4：将所有所述相乘后的I支路正交调制信号相加生成组合干扰信号的I路正交调制信号；

步骤5：将所有所述相乘后的Q支路正交调制信号相加生成组合干扰信号的Q路正交调制信号。

本发明还提供了一种干扰信号功率检测方法，包括以下步骤：

步骤1：产生单载波检测信号；其中，所述单载波检测信号的功率是干扰信号功率的1/100，即20dB；

步骤2：采用合路器将所述单载波检测信号和干扰信号进行组合生成合成信号；

步骤3；将所述合成信号发送到干扰信号检测设备；

步骤4：采用所述干扰信号检测设备对所述合成信号进行滤波处理，分离出所述单载波检测信号；

步骤5：对所述单载波检测信号做积分、功率计算，获得所述单载波检测信号的功率值；

步骤6：采用公式P_j＝P_c+20dB+S得到所述干扰信号的功率；其中，P_j为干扰信号的功率，P_c为单载波检测信号的功率值，S为修正量。

本发明提供的一种干扰试验系统、干扰信号调制及其功率检测方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明的一种干扰试验系统可以发射多种类型的干扰信号，具备极大的灵活性，并且可以根据功率阈值调节干扰信号的功率，保持干扰信号的功率稳定，使得待测北斗导航定位设备处的干扰信号功率符合试验任务的要求；本发明提供的干扰信号调制方法利用数字信号调制方式产生多种干扰信号，具有体积小、功耗低、精度高、可靠性高、灵活性大、易于大规模集成的特点。本发明提供的干扰信号功率检测方法，并不需要对干扰信号本身直接进行功率测量，而是只对单载波检测信号进行功率测量，无需根据不同类型的干扰信号采用不同的检测算法，检测原理简单，检测精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种干扰试验系统示意图；

图2为本发明实施例提供的干扰信号发射系统示意图；

图3为本发明实施例提供的天线系统原理图；

图4为本发明实施例提供的抛物面反射天线电气尺寸图；

图5为本发明实施例提供的天线馈源示意图；

图6为本发明实施例提供的抛物面反射天线指平指天示意图，其中A为抛物面反射天线指平示意图，B为抛物面反射天线指天示意图；

图7为本发明实施例提供的伺服控制子系统原理图；

图8为本发明实施例提供的干扰源示意图；

图9为本发明实施例提供的宽带射频模块示意图；

图10为本发明实施例提供的宽带噪声干扰信号调制原理图；

图11为本发明实施例提供的宽带噪声干扰信号调制流程图；

图12为本发明实施例提供的随机数据仿真示意图；

图13为本发明实施例提供的高斯噪声示意图；

图14为本发明实施例提供的脉冲干扰信号调制原理图；

图15为本发明实施例提供的组合干扰信号调制原理图；

图16为本发明实施例提供的单载波检测信号产生原理图；

图17为本发明实施例提供的干扰信号和检测信号生成图；

图18为本发明实施例提供的单载波检测信号和北斗B3宽带干扰信号的频谱对比图；

图19为本发明实施例提供的单载波检测信号的功率测量原理图。

符号说明：

1、干扰信号发射系统；2、无线通信设备；3、干扰信号检测设备；4、抛物面反射天线；5、天线座架。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的目的在于提供一种干扰试验系统、干扰信号调制及其功率检测方法，旨在解决现有的干扰发射系统产生的干扰信号频段范围小，干扰信号类型不能灵活配置，无法实现功率闭环调节，导致对北斗导航定位设备抗干扰能力评估不全面的问题。

请参阅图1，现对本发明提供的一种干扰试验系统进行说明。一种干扰试验系统，包括：无线通信设备2、干扰信号发射系统1和干扰信号检测设备3；

干扰信号发射系统1，用于发射干扰信号；干扰信号包括：宽带噪声干扰信号、脉冲干扰信号和组合干扰信号；

干扰信号检测设备3，设置在待测北斗导航定位设备上，用于检测干扰信号的功率值并将功率值通过无线通信设备2发送到干扰信号发射系统1；

干扰信号发射系统1根据功率值和功率阈值调节干扰信号的当前功率值。

在实际应用中，干扰信号发射系统1还包括：性能评估设备。干扰信号发射系统1能够产生GPS L1、L2频点，北斗二代B1、B3频点和GLONASS L1、L2频点的压制式干扰信号。干扰信号的类型包括宽带、窄带、扫频、扩频和组合干扰等。干扰信号的调制方式包括伪随机码、白噪声、调幅、调频、BPSK/QPSK，单载波、扫频、脉冲等样式。

干扰信号发射系统1按照规划的试验任务设置干扰信号的频点、干扰类型、干扰样式、干扰信号功率等参数，控制干扰源向待测北斗导航定位设备发射干扰信号。

待测北斗导航定位设备和干扰信号检测设备3安装在一起。干扰信号检测设备3接收干扰源发射的干扰信号，并检测出干扰信号的功率值Pj，同时将Pj通过无线通信设备2发送到干扰信号发射系统1。

干扰信号发射系统1接收到干扰功率信息Pj之后，将Pj和任务规划的干扰信号功率Pd对比，如果Pj大于Pd，则按照一定步进△P降低干扰源的发射功率。反之，则按照步进△P增大干扰源的发射功率。通过上述闭环控制，最终保证检测的Pj和Pd在检测误差范围内相等，使得待测北斗导航定位设备处的干扰信号功率符合试验任务的要求。

在干扰条件下北斗导航定位设备的卫星接收数据、定位数据等通过无线通信设备2发送到性能评估设备。性能评估设备统计出在干扰信号功率Pj条件下待测北斗导航定位设备的卫星接收载噪比、定位精度、定位成功率指标并生成报表。

请参阅图2，干扰信号发射系统1，包括：控制计算机、干扰源、功率放大器和天线系统；

干扰源，与控制计算机电连接，用于接收控制计算机的指令，产生干扰信号；功率放大器，与干扰源电连接，用于放大干扰信号的功率值；干扰源在控制计算机的指令下产生相应频点、功率、类型和样式的干扰信号。待测北斗导航定位设备处于运动的载体上，载体的位置在不断发生变化，因此干扰信号发射系统1必须采用自跟踪天线。干扰信号经过功率放大器发送给定向自跟踪天线，定向自跟踪天线将干扰信号发射到被测北斗导航定位设备。待测北斗导航定位设备的位置信息(经度、纬度、高度)通过无线通信设备2发送到干扰信号发射系统1。干扰信号发射系统1融合自身的位置、自身的姿态信息和待测北斗导航定位设备的位置，解算出发射天线和待测北斗导航定位设备两者之间的方位角、俯仰角，通过调整天线伺服机构保持发射天线始终对准待测北斗导航定位设备。

请参阅图3-6，天线系统，与干扰源电连接，用于向待测北斗导航定位设备发射干扰信号。具体的，天线系统包括；天线座架5、抛物反射面天线4、振子馈源和伺服控制子系统；

抛物反射面天线4，设置在天线座架5上，用于发射干扰信号；

振子馈源，与抛物反射面天线4电连接；

伺服控制子系统，与天线座架5连接，用于接收待测北斗导航定位设备的当前位置，并根据当前位置、抛物反射面天线4的位置信息和抛物反射面天线4的姿态调控天线座架5，使抛物反射面天线4指向待测北斗导航定位设备。

干扰源和被测北斗导航定位设备的距离最远可达20km。按照任务规划，被测北斗导航定位设备接收的干扰信号功率最大应大于-53dBm。根据系统链路分析和计算，干扰发射天线采用1.8m口径的抛物面天线，工作频段为1.1GHz～1.7GHz，天线增益位24dBi@1.2GHz、27Bi@1.6GHz。

天线具备数字引导跟踪和手动跟踪功能。在数字引导跟踪模式下，目标(被测北斗导航定位设备)的位置通过无线通信设备2传输给天线控制器。天线控制器综合天线位置信息、天线姿态、目标位置信息等计算出目标的俯仰角和方位角，完成坐标转换后控制伺服机构将抛物反射面天线4指向目标。

天线具有本地监控功能和通过网络接口与控制计算机的通信功能，完成系统级监控。

天线系统按其功能划分为三个子系统：天馈系统，座架结构系统、伺服控制系统。

天线采用标准抛物反射面，馈源采用耐功率宽带振子形式。座架结构的设计采用叉臂方位俯仰形式，含轴角检测装置、限位保护装置。天线能够在俯仰-20°～60°、方位0°～360°之间转动。伺服控制系统除具备天线两轴运动控制能力外，还能够连接GPS/北斗测姿设备获得天线的姿态信息。

天线馈电系统包括一个1.8m标准前馈抛物反射面天线和一个振子馈源。天线馈电形式采用前馈式，反射面直径1.8m。焦径比为F/D＝0.37。

馈源采用振子馈源，具有性能高、尺寸小、重量轻的特点，适合电小天线设计。

天线座架5结构是天线及馈电系统的支撑结构，又是天线驱动系统的执行机构。天线座架5采用方位俯仰座架形式，具有良好的机械性能，较高的轴系及传动精度和运动稳定性。

请参阅图7，伺服控制子系统采用分布式设计，将电机驱动器和控制卡集成在天线立柱内部，并采用控制计算机对控制卡实现远程控制方式，采用差分传输，传输电缆只有四芯电源线和四芯信号传输线两根。

伺服控制子系统采用工业现场总线RS-485或局域网对执行机构进行分级控制管理，使数据采集与机械、电气控制实现集散控制，集中管理，控制过程实时在线，有很好的兼容性、可靠性和互换性。

请参阅图8-9，干扰源能够产生1.1GHz～1.7GHz频段的干扰信号(该频段范围已经覆盖了北斗、GPS、GLONASS和伽利略卫星导航系统已有所有频点)。

干扰源的数字部分采用FPGA、SOC的结构，能够通过软件编程产生不同类型、不同调制模式的干扰信号，干扰信号的模式和参数均可以配置，具备极大的灵活性。

干扰源数字部分通过数字中频滤波器保证信号的带外抑制性能，由于数字中频滤波器在FPGA实现，参数可以配置。

干扰源具备通用性、灵活性的特点、同一个板卡可以通过配置产生不同频点、不同类型、不同带宽的干扰信号。

干扰源包括：数字信号处理电路和宽带射频模块。数字信号处理电路，用于产生干扰信号的I/Q正交调制信号；

宽带射频模块，与数字信号处理电路连接，用于对干扰信号的I/Q正交调制信号依次进行带外抑制、滤波、放大和变频处理等，产生干扰信号。宽带射频模块包括：FIR滤波器、数字内插滤波器、数模转换器、低通滤波器、可变增益放大器、乘法器和低噪声放大器；FIR滤波器、数字内插滤波器、数模转换器、低通滤波器、可变增益放大器、乘法器和低噪声放大器之间依次连接。

在本发明中，干扰源主要由宽带射频模块和数字信号处理部分组成。干扰源采用集成化设计，将上述两个部分的功能全部集成在一块单板上实现。

射频包括数字低通滤波器、DAC、模拟滤波器、高精度本振、正交上变频器、射频滤波、信号合路等电路。射频模块将FPGA产生的经过调制的基带干扰信号转换为射频信号输出给功率放大器。

数字信号处理部分由一片高性能FPGA-SOC芯片及其外围电路组成，FPGA内置ARM内核处理器。FPGA主要完成各种类型、样式的干扰信号的产生，ARM处理器主要和外部控制计算机通信，接收外部设置的任务规划、干扰参数、干扰模式控制、干扰启动/停止时间设置、同时将干扰源的状态传输给控制计算机。

为满足单板小型化的设计要求，干扰源射频部分采用零中频结构的发射机设计方案，具有较小的体积、功耗和较低的成本。

I和Q为干扰信号的正交调制信号，该调制信号由FPGA实时产生。射频模块采用带宽可配置的FIR滤波器对IQ调制信号进行单独滤波处理，滤波器匹配各自卫星信号带宽。

I/Q正交调制信号经过FIR滤波处理后再经过3级数字内插滤波器，该数字滤波器采用半带滤波器实现。经过3级数字内插滤波器之后再输入至12位的Delta-Sigma数模转换器DAC作数模转换，产生的模拟I/Q基带信号。

模拟I/Q基带信号经过2级低通滤波器滤除带外噪声。两级模拟低通滤波器分别采用单极点低通滤波器和巴特沃兹低通滤波器，上述两种模拟滤波器的3dB截止频率均可以配置。

信号经过滤波器之后通过可变增益放大器调节信号的幅度，实现幅度加权，然后在本振信号TX-LO作用下完成正交混频，经过正交混频之后的信号再经过低噪声放大器，然后输出给功率放大器。

在本发明中，发射本振(TX-LO)的频率、发射机增益、滤波器参数均可由FPGA通过SPI总线进行设置。

干扰信号发射分系统在使用过程中需要避免对其他电子设备的干扰，需要对输出的信号频率进行带外抑制，通过使用数字滤波技术，带外抑制可达到50dB以上。

干扰信号的生成采用全数字信号处理方式。扫频信号采用数字频率合成器(DDS)技术，通过配置DDS实现单频信号产生和频率的改变。宽带信号采用伪码扩频和数字调制技术产生宽带扩频信号。采用数字信号处理的优点是：体积小、功耗低、精度高、可靠性高、灵活性大、易于大规模集成，可进行二维与多维处理。

干扰源发射的是压制式干扰，压制式干扰是利用大功率噪声信号抬高北斗导航定位设备接收信号电平，恶化其输入信噪比，最终使其定位精度下降或定位失败。从频谱上，压制式干扰比较典型的类型有宽带噪声干扰、脉冲干扰、组合干扰等，以下分别进行阐述。

宽带噪声干扰本质是将噪声能量覆盖到目标信号的整个频带上进行压制式干扰，具体实现框图，请参阅图10和图11。

a)高斯白噪声产生

宽带噪声干扰实现的核心是利用FPGA进行数字计算，产生高斯白噪声。高斯白噪声利用Box-Muller变换算法实现，其方法是通过得到服从均匀分布的随机变量，来构建服从高斯分布的随机变量。

如果在(0,1]值域内有两个独立的随机数字u1(第一浮点数)和u2(第二浮点数)，可以使用以下两个正态分布随机数构建公式中的任一个算出一个正态分布的随机数Z：

其中，Z值服从均值为0，标准差为1的高斯分布。

该算法实现分为四个部分：

1)获取m序列，利用m序列的随机性，生成符合均匀分布的随机序列

m序列是由多级移位寄存器或其延迟元件通过线性反馈产生的最长的码序列。m序列是一种基本又典型的伪随机序列，在序列中“0”和“1”出现的相对频率各为1/2，最大限度模拟随机数。根据生成多项式进行移位相加操作可构造出m序列，将每次变化的m生成式的寄存器输出，归一化后即可完成[0,1]的定点数据。

请参阅图12，以数据宽度23为例，构造第一随机数据u1′和第二随机数据u2′，其中构造u1′和u2′的m序列的多项生成式分别为f(x)＝x²²+x⁵+1和f(x)＝x²²+x⁹+1，利用生成多项式，将移位的寄存器输出，即可完成随机数据输出，数据最大值为8388607，对应值域的1。

2)利用随机数据进行归一化，生成在(0,1]的浮点数

随机数据以指数为0，尾数为当前数据进行浮点数变换，变换规则依照IEEE754标准。浮点数表示式为

这其中s为符号位，F为尾数，E-127为指数，127为偏置值。将随机序列的带宽控制为23，即小数部分，可完整变换为(0,1]值域，无需整数部分，减少部分资源和运算量。

3)进行浮点运算完成Z的计算

第一步是计算R值。在浮点数的情况下，计算

由于FPGA并行和流水处理的特点，处理该式效率高，能够在兼顾速度的前提下消耗最少的资源。本次计算借助查找表计算In(u1)，通过FPGA的IP核浮点乘法器ALTFP_MULT和浮点平方根ALTFP_SQRT得到R值。

第二步计算cos(2πu2)。在浮点数的情况下，计算该式只需要借用浮点乘法器IP核ALTFP_MULT和浮点NCO IP核ALTFP_SINCOS。

第三步计算Z值，将计算好的R值和cos(2πu2)运用浮点乘法器IP核ALTFP_MULT进行计算，即可得到正态分布的随机数Z。

4)将正态分布随机数进行浮点数转化为定点数输出

由于该噪声的下一级处理是FIR滤波器，无法处理浮点数，所以必须转换为定点数计算。

经过上述4个步骤可构造出定点数据的高斯噪声，将各个模块进行实例化，指定m序列的生成多项式，进行仿真得到高斯噪声，具体结果如图13所示。

b)FIR数字滤波

利用Box-Muller算法生成高斯噪声通过数字FIR滤波器进行初次滤波，得到宽带噪声干扰基带信号。本次设计采用matlab进行数字滤波器的设计，然后将滤波器参数导入到FPGA FIR滤波器IP中,滤波器带宽以及幅频特性可以根据干扰源具体带宽设计初始化。

c)正交载波调制

滤波之后的宽带噪声干扰基带信号经由乘法器完成加权正交调制，K1＝a1cosθ，K2＝a2sinθ(其中a1、a2是加权系数)。经过调制之后分别产生I，Q两路信号，该信号输出给数模转换器DAC转换成模拟信号。

d)射频模块

FPGA配置射频模块的频点、功率、滤波器带宽以及其他相关参数，完成宽带干扰的输出。

本发明还提供了一种脉冲干扰信号调制方法，包括以下步骤；

根据FPGA内的采样时钟生成脉冲干扰基带信号；其中，脉冲干扰基带信号的表达式为：

其中，p(t)表示脉冲干扰基带信号，N表示脉冲个数，δ表示冲击响应函数，t表示当前时刻，t₀表示初始时刻，T表示循环周期；

步骤2：对脉冲干扰基带信号进行IQ正交调制生成脉冲干扰信号的I/Q正交调制信号。

在实际应用中，脉冲干扰信号通过FPGA实现，脉冲信号的幅度、周期、脉宽等均可以在线灵活配置，能够实现不同类型的脉冲干扰。

请参阅图14，脉冲干扰基带信号通过IQ正交调制变成I路和Q路信号，然后进行加权乘法实现信号幅度加权。信号的频点、功率和带宽的调节由射频模块进行。而脉冲信号脉宽，间隔和采样时钟由FPGA设置。

请参阅图15，下面对本发明提供一种组合干扰信号调制方法进行说明：

步骤1：获取多个数字基带信号；数字基带信号包括：宽带噪声干扰基带信号和脉冲干扰基带信号；

步骤2：分别对每一个数字基带信号配置通道权重；

步骤3：将通道权重与相应通道的数字基带信号正交相乘，生成相乘后的I/Q支路正交调制信号；

步骤4：将所有相乘后的I支路正交调制信号相加生成组合干扰信号的I路正交调制信号；

步骤5：将所有相乘后的Q支路正交调制信号相加生成组合干扰信号的Q路正交调制信号。

在实际应用中，组合干扰是单个通道同时输出多个干扰，具有干扰范围广和干扰效果明显等优点。组合干扰通过FPGA构建的多个数字基带干扰源。干扰源根据设置的参数并行式产生干扰信号，各个干扰信号相互独立。多路数字基带干扰信号进入组合干扰配置模块。

组合干扰配置模块实现各个干扰源基带信号的叠加，通过配置各路干扰信号的通道权重实现IQ正交调制。经过正交调制之后的各路干扰信号实现幅值叠加，完成组合干扰信号的产生。经过组合干扰配置模块之后的组合干扰信号输出给射频模块。

干扰信号检测设备3紧挨着被测北斗导航定位设备安装，用于测量到达被测北斗导航定位设备处的干扰信号功率。测量的干扰信号功率通过无线通信设备2发送到干扰信号发射系统1，作为调节干扰源发射功率的依据。

由于被测北斗导航定位设备安装在可移动的载体上，导致被测北斗导航定位设备接收到的干扰信号功率会发射变化，因此必须实时对干扰信号的功率进行测量。

由于干扰信号的频点、样式和类型均可配置，另外试验场区内可能同时存在多个干扰信号，直接测量干扰信号功率的难度和复杂度较大。本文提出了一种间接测量的方案。下面对本文提出了一种间接测量的方案进行说明。本发明提供一种干扰信号功率检测方法，包括以下步骤：

步骤1：产生单载波检测信号；

干扰源发送的单载波检测信号的频点靠近干扰信号的频段，其中，单载波检测信号的功率是干扰信号的功率的1/100，即为20dB。这个比例关系通过FPGA内单载波信号和干扰信号不同的幅度加权实现。由于单载波信号功率只是干扰信号功率的1/100，附加单载波检测信号之后不会影响功率放大器的线性，也不会导致干扰信号本身的功率发生变化。

步骤2：采用合路器将单载波检测信号和干扰信号进行组合生成合成信号；

请参阅图16，干扰源在产生干扰信号的同时附加产生一个单载波检测信号，干扰信号和单载波检测信号组合在一起发射。单载波检测信号功率和干扰信号功率之间存在确定的比例关系干扰信号检测设备3只对单载波检测信号进行功率测量，根据测量的单载波检测信号功率推算出干扰信号的功率。设备实现的难度和复杂度将大大降低。

请参阅图17，干扰信号和单载波检测信号经过合路器合成一路信号，该合成信号经过滤波器、DAC、上变频、功放、发射天线等环节，干扰信号和单载波信号经过的信号链路完全相同，保证两者传输中的增益/损耗均相同。

请参阅图18，单载波检测信号位于干扰信号带宽的边缘处。以北斗卫星B3频点的宽带干扰为例。北斗B3的宽带干扰信号为伪随机码调制的扩频信号，干扰信号的的中心频点是1268.52MHz，主瓣带宽为±10.23MHz。对应的附加单载波检测信号位于频点1268.52MHz+10.23MHz处，此处为北斗B3宽带干扰信号的频谱零点。单载波检测信号功率是北斗B3宽带干扰信号功率的1/100。

步骤3；将合成信号发送到干扰信号检测设备3；

步骤4：干扰信号检测设备3对合成信号进行滤波处理，分离出单载波检测信号；

请参阅图19，天线接收的信号中含有干扰信号和单载波检测信号，通过低噪放LNA和滤波器之后，混频变成基带信号，基带信号通过低通滤波器、ADC之后转换成数字信号，在FPGA中完成多级超窄带数字低通滤波将干扰信号滤除，低通滤波器的3dB截止频率可设置为20KHz。经过数字低通滤波器之后的信号中仅保留单载波信号分量，不再含有干扰信号分量。

步骤5：对单载波检测信号做积分、功率计算，获得单载波检测信号的功率值。

步骤6：采用公式P_j＝P_c+20dB+S得到干扰信号的功率；其中，P_j为干扰信号的功率，P_c为单载波检测信号的功率值，S为修正量。在计算出干扰信号的功率后，并将此功率值通过无线通信设备2传输到干扰发射系统。

在不同种类的信号功率检测方案中，单载波功率检测是最简单、最易于实现的一种方法，采取该方法硬件电路、软件设计均最简化。本发明中，单载波检测方案具有以下优势。

1、解决了组合干扰条件下的干扰信号功率测量问题。

信号功率测量常规的方法是对信号本身直接进行功率测量。当干扰源发射组合干扰信号的时候，干扰信号中包含多个干扰信号，每个干扰信号的频点、类型等均不同。如果组合干扰中的多个干扰信号位于同一个频段，则采用直接检测方法测量出单个干扰信号的功率将非常困难。

采用附加单载波检测信号的方法，当存在多个干扰信号的时候，每个干扰信号附加一个各自的单载波信号，单载波信号之间保持一定的频率间隔。干扰信号检测设备能够测量出多个单载波信号的功率，从而间接获得了各自干扰信号的功率，解决了组合干扰条件下干扰信号功率检测的问题。

2、满足实时测量的要求。

采用附加单载波的方法，干扰源能够同时发射单载波检测信号和干扰信号。干扰信号的功率检测不影响干扰试验系统正常工作。

3、避免了干扰类型不同导致的检测方式多样化。

干扰源可产生多种类型、样式、调制方式的干扰信号，且每种类型干扰信号的参数可动态配置。如果采用直接测量法，每种不同类型的干扰信号需要单独配置滤波器带宽、检测周期和频点等参数，不同类型干扰信号的检测算法也存在差异，导致干扰检测方法的多样化。

采用附加单载波检测的方式，在信号检测端只有单载波的频点需要配置，其他检测参数保持不变，用一种检测方法即可完成所有类型干扰信号功率的测量，具有极大的便利性。

本发明提供了一种干扰试验系统、干扰信号调制及其功率检测方法，属于信息处理技术领域，本发明提供的一种干扰试验系统可以发射多种类型的干扰信号，具备极大的灵活性，并且可以根据功率阈值调节干扰信号的功率，保持干扰信号的功率稳定，使得待测北斗导航定位设备处的干扰信号功率符合试验任务的要求；本发明提供的干扰信号调制方法利用数字信号调制方式产生多种干扰信号，具有体积小、功耗低、精度高、可靠性高、灵活性大、易于大规模集成的特点。本发明提供的干扰信号功率检测方法，并不需要对干扰信号本身直接进行功率测量，而是只对单载波检测信号进行功率测量，无需根据不同类型的干扰信号采用不同的检测算法，检测原理简单，检测精度高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种干扰试验系统，其特征在于，包括：

无线通信设备；

干扰信号发射系统，用于发射干扰信号；所述干扰信号包括：宽带噪声干扰信号、脉冲干扰信号和组合干扰信号；

其中，所述宽带噪声干扰信号的调制方法，包括以下步骤：

步骤1：获取m序列，根据所述m序列构造随机数据；所述随机数据包括第一随机数据和第二随机数据；

步骤2：对所述第一随机数据和所述第二随机数据进行归一化生成浮点数；所述浮点数包括第一浮点数和第二浮点数；

步骤3：根据所述第一浮点数和所述第二浮点数利用正态分布随机数构建公式构建正态分布随机数；其中，所述正态分布随机数构建公式为：

z＝R*cosθ

其中，z为正态分布随机数，θ＝2πu1，

u1表示第一浮点数，u2表示第二浮点数；

步骤4：对所述正态分布随机数进行浮点数转化为定点数处理，产生高斯噪声；

步骤5：对所述高斯噪声进行滤波生成宽带噪声干扰基带信号；

步骤6：对所述宽带噪声干扰基带信号进行正交载波调制处理生成宽带噪声干扰信号的I/Q正交调制信号；

所述脉冲干扰信号的调制方法，包括以下步骤；

步骤1：根据FPGA内的采样时钟生成脉冲干扰基带信号；其中，所述脉冲干扰基带信号的表达式为：

其中，p(t)表示脉冲干扰基带信号，N表示脉冲个数，δ表示冲击响应函数，t表示当前时刻，t₀表示初始时刻，T表示循环周期；

步骤2：对所述脉冲干扰基带信号进行IQ正交调制生成脉冲干扰信号的I/Q正交调制信号；

所述组合干扰信号的调制方法，包括以下步骤：

步骤1：获取多个数字基带信号；所述数字基带信号包括：宽带噪声干扰基带信号和脉冲干扰基带信号；

步骤2：分别对每一个所述数字基带信号配置通道权重；

步骤3：将所述通道权重与相应通道的所述数字基带信号正交相乘，生成相乘后的I/Q支路正交调制信号；

步骤4：将所有所述相乘后的I支路正交调制信号相加生成组合干扰信号的I路正交调制信号；

步骤5：将所有所述相乘后的Q支路正交调制信号相加生成组合干扰信号的Q路正交调制信号；

干扰信号检测设备，设置在待测北斗导航定位设备上，用于检测所述干扰信号的功率值并将所述功率值通过所述无线通信设备发送到所述干扰信号发射系统；

其中，干扰信号功率的检测方法，包括以下步骤：

步骤1：产生单载波检测信号；其中，所述单载波检测信号的功率是干扰信号功率的1/100，即20dB；

步骤2：采用合路器将所述单载波检测信号和干扰信号进行组合生成合成信号；

步骤3；将所述合成信号发送到干扰信号检测设备；

步骤4：采用所述干扰信号检测设备对所述合成信号进行滤波处理，分离出所述单载波检测信号；

步骤5：对所述单载波检测信号做积分、功率计算，获得所述单载波检测信号的功率值；

步骤6：采用公式P_j＝P_c+20dB+S得到所述干扰信号的功率；其中，P_j为干扰信号的功率，P_c为单载波检测信号的功率值，S为修正量；

所述干扰信号发射系统根据所述功率值和功率阈值调节所述干扰信号的当前功率值。

2.如权利要求1所述的一种干扰试验系统，其特征在于，所述干扰信号发射系统，包括：

控制计算机；

干扰源，与所述控制计算机电连接，用于接收所述控制计算机的指令，产生所述干扰信号；

功率放大器，与所述干扰源电连接，用于放大所述干扰信号的功率值；

天线系统，与所述干扰源电连接，用于向所述待测北斗导航定位设备发射所述干扰信号。

3.如权利要求2所述的一种干扰试验系统，其特征在于，所述干扰源包括：

数字信号处理电路，用于产生所述干扰信号的I/Q正交调制信号；

宽带射频模块，与所述数字信号处理电路连接，用于对所述干扰信号的I/Q正交调制信号依次进行带外抑制、滤波、放大和变频处理，产生所述干扰信号。

4.如权利要求3所述的一种干扰试验系统，其特征在于，所述宽带射频模块包括：FIR滤波器、数字内插滤波器、数模转换器、低通滤波器、可变增益放大器、乘法器和低噪声放大器；

所述FIR滤波器、所述数字内插滤波器、所述数模转换器、所述低通滤波器、所述可变增益放大器、所述乘法器和所述低噪声放大器之间依次连接。

5.如权利要求2所述的一种干扰试验系统，其特征在于，所述天线系统包括；

天线座架；

抛物反射面天线，设置在所述天线座架上，用于发射所述干扰信号；

振子馈源，与所述抛物反射面天线电连接；

伺服控制子系统，与所述天线座架连接，用于接收所述待测北斗导航定位设备的当前位置，并根据所述当前位置、所述抛物反射面天线的位置信息和所述抛物反射面天线的姿态调控所述天线座架，使所述抛物反射面天线指向所述待测北斗导航定位设备。

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