CN114325604A - 一种基于数字幅相调控的交叉眼干扰系统及干扰产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字幅相调控的交叉眼干扰系统及干扰产生方法。利用两个信号处理板对两路收发路径射频信号进行测频；根据获得的频率，在预先存储的粗校准表格和精校准表格中查找对应的两个路径的粗校准相位值和幅度值以及精校准相位值和幅度值；根据粗校准相位值和幅度值，利用衰减器和移相器在射频端对两个路径的相位和幅度进行粗调；根据精校准相位值和幅度值，利用两个信号处理板分别对完成粗调后的两个路径的相位和幅度进行细调。本发明采用反向交叉眼体制，两个收发路径射频信号在射频端进行幅相的粗调，后在基带信号进行细调，完成幅度近似相等相位相反效果，幅相控制精度高，干扰效果好。

Description

一种基于数字幅相调控的交叉眼干扰系统及干扰产生方法

技术领域

本发明涉及一种基于数字幅相调控的交叉眼干扰系统及干扰产生方法，属于电子对抗技术领域。

背景技术

单脉冲雷达通过和差波束来测量目标距离和角度，具有较强的抗干扰能力，被广泛用于导弹末制导系统以对飞机、舰船等目标实施精确打击。如何应对导弹威胁，采用电子手段对导弹末制导电磁传感器实施攻击，使其无法准确跟踪目标是当前电子战领域研究的热点问题。

随着技术水平的发展，交叉眼干扰依据单脉冲雷达测角原理，对单脉冲雷达进行角度欺骗干扰，被认为是当前对单脉冲雷达最有效的干扰方式之一，反向交叉眼干扰是近年来受到广泛关注的一种单脉冲角度欺骗干扰技术。如何才能实现两路干扰信号到达威胁目标的幅度近似相等相位相反成为交叉眼干扰的技术难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于数字幅相调控的交叉眼干扰系统及干扰产生方法，以解决现有方法难以在雷达天线波前实现相位相反形成零陷产生波前扭曲的问题。

为达到上述目的，本发明实施案例所提供的技术方案为：

一方面，一种基于数字幅相调控的交叉眼干扰系统，包括：两对干扰天线、信号源微波插箱、信号处理板1、信号处理板2和计算机控制板，其中一对干扰天线包括发射天线1和接收天线1，另一对干扰天线包括发射天线2和接收天线2，所述信号源微波插箱包括下变频模块1、下变频模块2、上变频模块1和上变频模块2，所述信号处理板1包括第一A/D转换模块、第一D/A转换模块、第一AD采样模块和第一FPGA芯片，信号处理板2包括第二A/D转换模块、第二D/A转换模块、第二A/D采样模块和第二FPGA芯片，接收天线1接收的信号依次经下频率模块1、第一A/D转换模块、第一D/A转换模块、上变频模块1输出至发射天线1形成第一链路，接收天线2接收的信号依次经下频率模块2、第二A/D转换模块、第二D/A转换模块、上变频模块2输出至发射天线2形成第二链路；上变频模块1的输出端与下频率模块1的输入端连接，上变频模块2的输出端与下频率模块2的输入端连接；第一AD采样模块用于对下频率模块1输出的下变频信号进行AD采样并输入第一FPGA芯片，第二AD采样模块用于对下频率模块2输出的下变频信号进行AD采样并输入第二FPGA芯片，第一FPGA芯片和第二FPGA芯片分别对AD采样信号进行参数测量，获得信号当前频率，第一FPGA芯片和第二FPGA芯片均与计算机控制板连接；所述计算机控制板根据第一FPGA芯片或第二FPGA芯片测得的频率，基于预先存储的粗校准表格，通过控制上变频模块1和上变频模块2中的衰减器和移相器，分别对第一链路和第二链路的信号进行粗移相和幅度控制，以及基于预先存储的细校准表格，分别通过控制第一D/A转换模块和第二D/A转换模块对第一链路和第二链路的信号进行精移相和幅度控制。

进一步地，所述粗校准表格和细校准表格通过以下方法得到：

将发射天线1的输入端与接收天线1的输出端短接构成第一回路，通过控制信号处理板1产生某一带宽的基带线性调频信号，经上变频模块1、发射天线1、接收天线1送至下变频模块1，变至基带信号，经第一A/D转换模块对所述基带信号进行A/D转换，根据信号处理板1自身产生的信号与接收的经A/D转换后的信号做脉冲压缩，提取出第一回路收、发信号间的相位差和幅度差，并采样同样的方法获得第二回路收、发信号间的相位差和幅度差；按照信号带宽进行遍历，获得所有工作频段内第一回路和第二回路收发信号间的相位差和幅度差，得到频率-相位差/幅度差测试表格；

根据所述测试表格，分别通过控制上变频模块1和上变频模块2中的衰减器和移相器对所有工作频段内的第一回路和第二回路的信号进行粗移相和幅度控制，获得粗校准表格；

使上变频模块1和上变频模块2输出的信号分别输入至下变频模块1和下变频模块2，分别通过第一FPGA芯片和第二FPGA芯片控制第一D/A转换模块和第二D/A转换模块对两路信号进行精移相和幅度控制，其中两个回路的相位需相差180°，从而获得细校准表格。

进一步地，所述粗移相和幅度控制的相位精度为0.5°、幅度精度为-0.25dB，精移相和幅度控制的相位精度为0.2°、幅度精度为-0.01dB。

进一步地，所述交叉眼干扰系统使用的射频电缆均为稳幅稳相电缆。

进一步地，第一链路和第二链路的微波通道与射频电缆在电长度上保持一致。

进一步地，所述信号处理板1和信号处理板2均包括VPX载板和两块FMC+子卡，VPX载板与FMC+子卡采用互联结构设计。

进一步地，所述的一种基于数字幅相调控的交叉眼干扰系统，还包括两个伺服云台，发射天线1和接收天线2安装在其中一个伺服云台上，发射天线2和接收天线1安装在另一个伺服云台上，两个伺服云台均与计算机控制板连接。

进一步地，所述计算机控制板还通过接收外部引导数据，结合天线自身位置和姿态信息，计算天线指向角度，并根据计算出的天线指向角度，控制伺服云台转动使天线指向目标位置。

另一方面，一种基于数字幅相调控的交叉眼干扰产生方法，包括：

通过接收天线1和接收天线2同时接收威胁目标信号，接收天线1和接收天线2接收到的分别经第一链路和第二链路传输，通过第一FPGA芯片对第一AD采样模块采集到的信号进行测量，或者通过第二FPGA芯片对第二AD采样模块采集到的信号进行测量，获得信号当前频率；

根据获得的频率，在预先存储的粗校准表格和精校准表格中查找对应的第一链路和第二链路的粗校准相位值和幅度值以及精校准相位值和幅度值；

根据第一链路的粗校准相位值和幅度值，通过第一FPGA芯片控制上变频模块1中的衰减器和移相器对第一链路的信号进行相位和幅度调节；并根据第二链路的粗校准相位值和幅度值，通过第二FPGA芯片控制上变频模块2中的衰减器和移相器对第二链路的相位和幅度进行粗调；

使上变频模块1和上变频模块2完成粗移相和幅度调节后输出的信号分别输入至下变频模块1和下变频模块2；

根据第一链路的精校准相位值和幅度值，通过第一FPGA芯片控制第一D/A转换模块对完成粗调后的第一链路的相位和幅度进行细调；根据第二链路的精校准相位值和幅度值，通过第二FPGA芯片控制第二D/A转换模块对完成粗调后的第二链路的相位和幅度进行细调。

本发明所达到的有益技术效果：本发明有别于传统的交叉眼干扰系统，采用反向交叉眼体制，两个收发路径射频信号先在射频端进行幅相的粗调，后在基带信号进行细调，完成幅度近似相等相位相反效果；本发明幅相控制精度高，干扰效果好；且可通过接收外部提供的被试目标的位置信息，结合系统当前位置和姿态信息，计算天线指向角度，实现更优的干扰效果；此外，除实现交叉眼干扰效果外，还可实现欺骗、压制等干扰。

附图说明

图1 为反向交叉眼原理图；

图2为本发明实施例的一种基于数字幅相调控的交叉眼干扰系统工作原理图；

图3本发明实施例的一种基于数字幅相调控的交叉眼干扰系统组成示意图；

图4为信号处理机箱组成框图；

图5为信号处理板原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1至5所示，一种基于数字幅相调控的交叉眼干扰系统，包括：两对干扰天线和信号处理机箱4。

两对干扰天线中，一对包括发射天线1和接收天线1，另一对包括发射天线2和接收天线2。

信号处理机箱4包括信号源微波插箱、信号处理板1、信号处理板2和计算机控制板。

信号源微波插箱包括下变频模块1、下变频模块2、上变频模块1、上变频模块2、频综模块和时钟模块。

下变频模块1和下变频模块2包括滤波器、放大器、混频器等，用于对接收的信号进行滤波、下变、放大等处理。

上变频模块1和上变频模块2包括混频器、衰减器、移相器等，用于实现对信号进行上变处理以及对信号的相位和幅度进行调节。

下变频模块1、下变频模块2、上变频模块1、上变频模块2均与频综模块连接。频综模块为下变频模块1、下变频模块2、上变频模块1、上变频模块2提供变频本振。

时钟模块用于向系统提供时钟信号。

信号处理板1包括第一A/D转换模块（ADC1）、第一D/A转换模块（DAC1）、第一AD采样模块和第一FPGA芯片。

信号处理板2包括第二A/D转换模块（ADC2）、第二D/A转换模块（DAC2）、第二AD采样模块和第二FPGA芯片。

信号处理板1和信号处理板2，通过对下变信号进行AD采样，送至FPGA进行数字下变频进行信号参数测量，同时完成信号幅度相位调控。信号处理板1和信号处理板2均由VPX载板和两块FMC+子卡组成，VPX载板与FMC+子卡为互联结构设计，采用标准的FMC+接口，通过这种方式将A/D和D/A的 I/O 接口与FPGA 分离，不仅简化了 I/O 接口模块的设计，同时还最大化了载板的重复利用率。信号处理板1和信号处理板2的板卡设计如图5所示。

计算机控制板，与信号处理板集成在一起，该板卡搭载高性能的POWER PC处理器，运行实时操作系统，通过以太网等接口获取系统配置情况和控制参数，经过分析和计算得到对各个模块的控制数据，通过SRIO总线传给板内的FPGA，实现板内各器件的控制。

如图2所示，接收天线1接收的信号经下频率模块1进行过滤、放大、下变频等得到下变频信号，下变频信号进入信号处理板1，经信号处理板1中的第一A/D转换模块进行模/数转换，再经第一D/A转换模块进行数/模转换得到模拟信号，并输出至上变频模块1，上变频模块1对该信号进行相位和幅度调节同时做上变频后输出至发射天线1，最后经由发射天线1发射出去，由此构成第一链路。

接收天线2接收的信号经下频率模块2进行过滤、放大、下变频得到下变频信号，下变频信号进入信号处理板2，经信号处理板2中的第二A/D转换模块进行模/数转换，再经第二D/A转换模块进行数/模转换得到模拟信号，并输出至上变频模块2，上变频模块2对该信号进行相位和幅度调节同时做上变频处理后输出至发射天线2，最后经由发射天线2发射出去，由此构成第二链路。

同时，上变频模块1的输出端与下频率模块1的输入端连接，上变频模块2的输出端与下频率模块2的输入端连接，使得经上变频模块1和上变频模块2输出的信号可以分别再回输至下变频模块1和下变频模块2。

第一AD采样模块，用于对下频率模块1输出的下变频信号进行AD采样并输入第一FPGA芯片，第二AD采样模块用于对下频率模块2输出的下变频信号进行AD采样并输入第二FPGA芯片，第一FPGA芯片和第二FPGA芯片分别对AD采样信号进行参数测量，获得信号当前频率。

第一FPGA芯片和第二FPGA芯片均与计算机控制板连接。

计算机控制板，根据第一FPGA芯片或第二FPGA芯片测得的频率，基于预先存储的粗校准表格，通过控制上变频模块1和上变频模块2中的衰减器和移相器，分别对第一链路和第二链路信号的相位和幅度进行粗调；以及基于预先存储的细校准表格，分别通过控制第一D/A转换模块和第二D/A转换模块对第一链路和第二链路信号的相位和幅度进行细调。

其中，本发明系统中所使用的射频电缆均采用稳幅稳相电缆，第一链路和第二链路在设计时微波通道和射频电缆在电长度上争取保持一致。

如图3所示，本发明系统，还包括两个伺服云台3，发射天线1和接收天线2安装在其中一个伺服云台3上，发射天线2和接收天线1安装在另一个伺服云台3上，两个伺服云台3均与计算机控制板连接。

计算机控制板，可以通过接收外部引导数据，结合天线自身位置和姿态信息，计算天线指向角度，并根据计算出的天线指向角度，控制伺服云台转动使天线指向目标位置。

上述粗校准表格和细校准表格通过以下方法得到：

如图2所示，使用一根稳幅稳相射频电缆将发射天线1的输入端与接收天线1的输出端短接，构成第一回路，通过控制信号处理板1产生带宽50MHz的基带线性调频信号，经上变频模块1、发射天线1、接收天线1送至下变频模块1，变至基带信号，经第一A/D转换模块对所述基带信号进行A/D转换，将信号处理板1自身产生的信号与下变接收的经A/D转换后的信号做脉冲压缩，提取出第一回路收、发信号间的相位差和幅度差；采样同样的方法获得第二回路收、发信号间的相位差和幅度差。

按照信号带宽进行遍历，获得所有工作频段内第一回路和第二回路收发信号间的相位差和幅度差，得到频率-相位差/幅度差测试表格。

完成上述工作后，根据测试表格对两个回路的相位和幅度进行粗校准和精校准。粗校准在模拟端进行，精校准在数字信号中进行，具体如下：

首先，根据测试表格，分别通过控制上变频模块1和上变频模块2中的衰减器和移相器对所有工作频段内的第一回路和第二回路的信号进行粗移相和幅度控制。

然后，使上变频模块1和上变频模块2输出的信号分别再回输至下变频模块1和下变频模块2，分别通过第一FPGA芯片和第二FPGA芯片控制第一D/A转换模块和第二D/A转换模块对两路信号进行精移相和幅度控制（其中，D/A转换按照8bit量化，1bit为6.02dB，动态范围为6.02×8=48.16dB，程序内部按照10bit转换计算，幅度精度为20×log10（1023/1024）≈-0.01dB；相位精度由公式arctan(Q/I)得出arctan（1/256）≈0.2°，相位范围为0°～180°），链路校准过程中两个回路的相位需相差180°。

最后，将粗校准和精校准做成校准表格提前装订在设备中，用于系统工作时实时校准。

其中，粗移相和幅度控制的相位精度为0.5°、幅度精度为-0.25dB，精移相和幅度控制的相位精度为0.2°、幅度精度为-0.01dB。

在另一实施例中，一种基于数字幅相调控的交叉眼干扰产生方法，包括：

通过接收天线1和接收天线2同时接收威胁目标信号，接收天线1和接收天线2接收到的信号分别经第一链路和第二链路传输，通过第一FPGA芯片对第一AD采样模块采集到的信号进行测量，或者通过第二FPGA芯片对第二AD采样模块采集到的信号进行测量，获得信号当前频率；

根据获得的频率，在预先存储的粗校准表格和精校准表格中查找对应的第一链路和第二链路的粗校准相位值和幅度值以及精校准相位值和幅度值；

根据第一链路的粗校准相位值和幅度值，通过第一FPGA芯片控制上变频模块1中的衰减器和移相器对第一链路的信号进行相位和幅度的粗调节；并根据第二链路的粗校准相位值和幅度值，通过第二FPGA芯片控制上变频模块2中的衰减器和移相器对第二链路的相位和幅度进行粗调；

使上变频模块1和上变频模块2完成粗移相和幅度调节后输出的信号分别输入至下变频模块1和下变频模块2；

根据第一链路的精校准相位值和幅度值，通过第一FPGA芯片控制第一D/A转换模块对完成粗调后的第一链路的相位和幅度进行细调；根据第二链路的精校准相位值和幅度值，通过第二FPGA芯片控制第二D/A转换模块对完成粗调后的第二链路的相位和幅度进行细调。

在具体实施方式中，完成系统校准工作后，恢复系统连接。系统工作中，可以通过接收外部引导数据，结合自身位置和姿态信息，计算天线指向角度，实时指向目标位置。

当两个回路同时收到威胁目标信号后（将第一链路作为主通道，第二链路作为从通道），在主通道信号处理中采用数字信道化实现信号参数测量，根据当前频率信息，在模拟和数字链路同时控制链路相移量和幅度衰减量，实现链路的幅相调控，保证两路发射信号在雷达天线口面处幅度近似相等相位相反，形成零陷。

考虑到接收天线与发射天线之间间距非常小，本系统在实现交叉眼干扰时，可以采用间歇采样方式，对收发信号进行时序控制，保证收发隔离度，两路信号具体采样时间、播放时间、间隔时间需根据系统反应时间、干扰诱骗距离或角度以及干扰持续时间进行综合考量，对于不同硬件平台和处理算法有所差异，本文中将不再详细阐述。本发明除可实现交叉眼干扰的效果外，同时还具备产生其他常规干扰的能力，例如欺骗干扰，可通过单独的第一链路或第二链路，根据干扰功率不同，在射频信号输出端加装发射机实现功率放大，系统在设计时需具备链路独立控制的功能。产生宽带压制干扰时，将两个链路的射频输出同时接至发射机输出端，经两个伺服云台上的发射天线，实现两个点源的干扰信号。

以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于数字幅相调控的交叉眼干扰系统，其特征在于，包括：两对干扰天线、信号源微波插箱、信号处理板1、信号处理板2和计算机控制板，其中一对干扰天线包括发射天线1和接收天线1，另一对干扰天线包括发射天线2和接收天线2，所述信号源微波插箱包括下变频模块1、下变频模块2、上变频模块1和上变频模块2，所述信号处理板1包括第一A/D转换模块、第一D/A转换模块、第一AD采样模块和第一FPGA芯片，信号处理板2包括第二A/D转换模块、第二D/A转换模块、第二A/D采样模块和第二FPGA芯片，接收天线1接收的信号依次经下频率模块1、第一A/D转换模块、第一D/A转换模块、上变频模块1输出至发射天线1形成第一链路，接收天线2接收的信号依次经下频率模块2、第二A/D转换模块、第二D/A转换模块、上变频模块2输出至发射天线2形成第二链路；上变频模块1的输出端与下频率模块1的输入端连接，上变频模块2的输出端与下频率模块2的输入端连接；第一AD采样模块用于对下频率模块1输出的下变频信号进行AD采样并输入第一FPGA芯片，第二AD采样模块用于对下频率模块2输出的下变频信号进行AD采样并输入第二FPGA芯片，第一FPGA芯片和第二FPGA芯片分别对AD采样信号进行参数测量，获得信号当前频率，第一FPGA芯片和第二FPGA芯片均与计算机控制板连接；所述计算机控制板根据第一FPGA芯片或第二FPGA芯片测得的频率，基于预先存储的粗校准表格，通过控制上变频模块1和上变频模块2中的衰减器和移相器，分别对第一链路和第二链路的信号进行粗移相和幅度控制，以及基于预先存储的细校准表格，分别通过控制第一D/A转换模块和第二D/A转换模块对第一链路和第二链路的信号进行精移相和幅度控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字幅相调控的交叉眼干扰系统，其特征在于，所述粗校准表格和细校准表格通过以下方法得到：

将发射天线1的输入端与接收天线1的输出端短接构成第一回路，通过控制信号处理板1产生某一带宽的基带线性调频信号，经上变频模块1、发射天线1、接收天线1送至下变频模块1，变至基带信号，经第一A/D转换模块对所述基带信号进行A/D转换，根据信号处理板1自身产生的信号与接收的经A/D转换后的信号做脉冲压缩，提取出第一回路收、发信号间的相位差和幅度差，并采样同样的方法获得第二回路收、发信号间的相位差和幅度差；按照信号带宽进行遍历，获得所有工作频段内第一回路和第二回路收发信号间的相位差和幅度差，得到频率-相位差/幅度差测试表格；

根据所述测试表格，分别通过控制上变频模块1和上变频模块2中的衰减器和移相器对所有工作频段内的第一回路和第二回路的信号进行粗移相和幅度控制，获得粗校准表格；

使上变频模块1和上变频模块2输出的信号分别输入至下变频模块1和下变频模块2，分别通过第一FPGA芯片和第二FPGA芯片控制第一D/A转换模块和第二D/A转换模块对两路信号进行精移相和幅度控制，其中两个回路的相位需相差180°，从而获得细校准表格。

3.根据权利要求2所述的一种基于数字幅相调控的交叉眼干扰系统，其特征在于，所述粗移相和幅度控制的相位精度为0.5°、幅度精度为-0.25dB，精移相和幅度控制的相位精度为0.2°、幅度精度为-0.01dB。

4.根据权利要求1所述的一种基于数字幅相调控的交叉眼干扰系统，其特征在于，所述交叉眼干扰系统使用的射频电缆均为稳幅稳相电缆。

5.根据权利要求4所述的一种基于数字幅相调控的交叉眼干扰系统，其特征在于，第一链路和第二链路的微波通道与射频电缆在电长度上保持一致。

6.根据权利要求1所述的一种基于数字幅相调控的交叉眼干扰系统，其特征在于，所述信号处理板1和信号处理板2均包括VPX载板和两块FMC+子卡，VPX载板与FMC+子卡采用互联结构设计。

7.根据权利要求1所述的一种基于数字幅相调控的交叉眼干扰系统，其特征在于，还包括两个伺服云台，发射天线1和接收天线2安装在其中一个伺服云台上，发射天线2和接收天线1安装在另一个伺服云台上，两个伺服云台均与计算机控制板连接。

8.根据权利要求7所述的一种基于数字幅相调控的交叉眼干扰系统，其特征在于，所述计算机控制板还通过接收外部引导数据，结合天线自身位置和姿态信息，计算天线指向角度，并根据计算出的天线指向角度，控制伺服云台转动使天线指向目标位置。

9.一种基于数字幅相调控的交叉眼干扰产生方法，其特征在于，基于前述权利要求1-8任一项所述的交叉眼干扰系统实现，所述方法包括：

通过接收天线1和接收天线2同时接收威胁目标信号，接收天线1和接收天线2接收到的分别经第一链路和第二链路传输，通过第一FPGA芯片对第一AD采样模块采集到的信号进行测量，或者通过第二FPGA芯片对第二AD采样模块采集到的信号进行测量，获得信号当前频率；

根据获得的频率，在预先存储的粗校准表格和精校准表格中查找对应的第一链路和第二链路的粗校准相位值和幅度值以及精校准相位值和幅度值；

根据第一链路的粗校准相位值和幅度值，通过第一FPGA芯片控制上变频模块1中的衰减器和移相器对第一链路的信号进行相位和幅度调节；并根据第二链路的粗校准相位值和幅度值，通过第二FPGA芯片控制上变频模块2中的衰减器和移相器对第二链路的相位和幅度进行粗调；

使上变频模块1和上变频模块2完成粗移相和幅度调节后输出的信号分别输入至下变频模块1和下变频模块2；

根据第一链路的精校准相位值和幅度值，通过第一FPGA芯片控制第一D/A转换模块对完成粗调后的第一链路的相位和幅度进行细调；根据第二链路的精校准相位值和幅度值，通过第二FPGA芯片控制第二D/A转换模块对完成粗调后的第二链路的相位和幅度进行细调。

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