王 珺

（上海無線電設(shè)備研究所，上海200090）

0 引言

隨著防空導(dǎo)彈的射程逐漸增加，修正指令中制導(dǎo)在防空導(dǎo)彈的設(shè)計(jì)中所起的作用日益重要，其中一種重要方式就是通過直波接收機(jī)進(jìn)行修正指令信息的解調(diào)、解碼處理。在導(dǎo)彈發(fā)射過程中，實(shí)時(shí)通過指令通道將目標(biāo)在導(dǎo)彈坐標(biāo)系內(nèi)的速度信息和距離信息傳送到彈上計(jì)算機(jī)，彈上計(jì)算機(jī)用卡爾曼濾波方法，按導(dǎo)引規(guī)律和飛行動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算出控制指令，在指令制導(dǎo)階段將導(dǎo)彈引導(dǎo)至導(dǎo)引頭截獲點(diǎn)，增大導(dǎo)彈作戰(zhàn)距離，提高導(dǎo)彈命中率，這在多目標(biāo)情況下尤為突出［1］。

無線電修正指令信息包含識(shí)別碼和信息碼兩個(gè)部分，導(dǎo)彈只對特定的一組識(shí)別碼進(jìn)行判斷，當(dāng)識(shí)別碼與預(yù)裝信息完全一致時(shí)，表示當(dāng)前幀包含信息碼，按照一定的規(guī)則對信息碼進(jìn)行解析就可以得到修正指令信息。在不同的直波信號(hào)強(qiáng)度下，為了保證信號(hào)的檢測概率，編碼解調(diào)與檢測的判決門限必須做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，這就會(huì)給直波基帶碼輸出帶來虛假脈沖，從而影響解碼誤碼率。

1 修正指令容錯(cuò)解碼方法

為了抑制虛假脈沖，通過判斷基帶碼的碼元寬度和相對關(guān)系，設(shè)計(jì)了一種容錯(cuò)解碼方法，可以有效地降低解碼誤碼率。

1.1 技術(shù)需求背景

直波信號(hào)來自地面雷達(dá)的直接照射（主要來自照射器的旁瓣），通過對照射信號(hào)副載頻調(diào)制，向?qū)棸l(fā)送無線電修正指令，由導(dǎo)引頭直波天線接收，其信號(hào)形式為

式中：fA為照射信號(hào)的載頻；fD為直波多普勒頻率；fi為副載頻的數(shù)值；ai為位信息（0或1）；β0為相位調(diào)制指數(shù)；A（t）為平滑振幅包絡(luò)線；U 為照射信號(hào)幅度。根據(jù)實(shí)際目標(biāo)和信息的要求，照射信號(hào)副載頻調(diào)制個(gè)數(shù)i一般取3個(gè)或者更大。

直波接收機(jī)接收照射雷達(dá)發(fā)射的攜帶調(diào)頻脈沖編碼的射頻信號(hào)，經(jīng)過直波接收機(jī)鎖相環(huán)電路，采用編碼檢測電路完成指令的接收、傳輸和編碼信息解調(diào)，當(dāng)直波鎖相環(huán)路截獲鎖定后，從終端輸出包含對應(yīng)調(diào)頻頻率的脈沖編碼信息。直波傳送修正指令功能框圖如圖1所示。

根據(jù)無線電修正指令信號(hào)形式，當(dāng)導(dǎo)彈接收到的直波信號(hào)強(qiáng)度發(fā)生變化或受到干擾時(shí)，識(shí)別碼和信息碼上可能出現(xiàn)虛假脈沖，如果解碼程序能夠正確識(shí)別虛假脈沖，則不影響碼元信息的正確解析。反之，錯(cuò)誤的識(shí)別碼解析，可能會(huì)丟失信息碼或者得到錯(cuò)誤的信息碼，導(dǎo)致彈上計(jì)算機(jī)得到錯(cuò)誤的修正信息，影響導(dǎo)彈正確截獲目標(biāo)，產(chǎn)生導(dǎo)彈無法繼續(xù)正常工作的嚴(yán)重后果。

圖1 直波傳送修正指令功能框圖

舉例說明，調(diào)制一組識(shí)別碼信息從高至低應(yīng)當(dāng)為“011”，經(jīng)過解調(diào)和編碼檢測后，得到識(shí)別碼的基帶輸出信號(hào)，沒有虛假和存在虛假的識(shí)別碼波形如圖2所示。

圖2 基帶識(shí)別碼波形示例

圖2（a）中識(shí)別碼沒有出現(xiàn)虛假脈沖，圖2（b）中識(shí)別碼最高位出現(xiàn)了虛假脈沖。如果不采取容錯(cuò)設(shè)計(jì)，將導(dǎo)致該有效識(shí)別碼被錯(cuò)誤判斷。

1.2 修正指令容錯(cuò)解碼方法的設(shè)計(jì)

修正指令容錯(cuò)解碼方法允許待檢測的基帶碼存在虛假脈沖。識(shí)別虛假脈沖，解決由此帶來的碼元信息錯(cuò)判、漏判的問題。該解碼方法采用高速采樣時(shí)鐘，將識(shí)別碼滑窗檢測與信息碼累計(jì)判寬、雙門限檢測相結(jié)合的容錯(cuò)設(shè)計(jì)。基于可編程邏輯器件的解碼功能框圖如圖3所示。

根據(jù)裝訂的識(shí)別碼信息，對基帶碼進(jìn)行識(shí)別碼A 的判斷。當(dāng)識(shí)別碼連續(xù)滿足條件時(shí)，開始對識(shí)別碼A 的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，直至不滿足條件。將計(jì)數(shù)值與固定門限值進(jìn)行比較，超過門限則認(rèn)為識(shí)別碼A 正確。在識(shí)別碼A 正確以后，對識(shí)別碼B和識(shí)別碼C 進(jìn)行相同的判斷。采取滑窗判斷的方法，在判斷識(shí)別碼B和識(shí)別碼C 的同時(shí)，也要對識(shí)別碼A 進(jìn)行判斷，保證了識(shí)別碼的有效檢測。只有當(dāng)識(shí)別碼A、識(shí)別碼B、識(shí)別碼C連續(xù)正確以后，給出信息碼解碼控制信號(hào)。圖4所示為基帶碼檢測時(shí)序。

圖3 基于FPGA 的解碼功能框圖

在正確判斷識(shí)別碼C 后進(jìn)行信息碼解析。延遲一段時(shí)間后，對信息碼進(jìn)行采樣，得到一段時(shí)間內(nèi)的信息碼采樣值。對碼元寬度進(jìn)行累加，當(dāng)計(jì)數(shù)器的值大于或等于判決門限時(shí)，該位判斷結(jié)果為‘1’，反之為‘0’。由于虛假脈沖的寬度較窄，虛假脈沖的容錯(cuò)處理就是對虛假脈沖寬度設(shè)定一個(gè)門限，通過雙門限處理，消除虛假脈沖帶來的干擾，這樣即使信息碼存在虛假脈沖，也不會(huì)對碼寬計(jì)數(shù)器產(chǎn)生影響，仍然可以得到正確的信息碼。

圖4 基帶碼檢測時(shí)序

1.3 修正指令容錯(cuò)解碼方法的仿真驗(yàn)證

假設(shè)照射信號(hào)的載頻fA＝10GHz，直波多普勒頻率fD＝10kHz，相位調(diào)制指數(shù)β0＝1，照射信號(hào)副載頻調(diào)制個(gè)數(shù)為3個(gè)，副載頻的頻率間隔為10kHz，無線電修正信息調(diào)制周期為5ms，照射信號(hào)強(qiáng)度為-70dBmW。識(shí)別碼采用3 位信號(hào)表示，識(shí)別碼共3組，識(shí)別碼A 為“011”，識(shí)別碼B為“101”，識(shí)別碼C 為“110”。信息碼采用1位信號(hào)表示，信息碼共30位。

為了驗(yàn)證修正指令容錯(cuò)解碼方法的正確性，設(shè)計(jì)了一組編碼的測試波形，在FPGA 的編程環(huán)境下進(jìn)行功能仿真，分別考察了未采取容錯(cuò)處理和采取容錯(cuò)處理的解碼仿真結(jié)果波形。圖5所示為未采取容錯(cuò)處理的仿真結(jié)果。

圖5 未采取容錯(cuò)處理的仿真波形

當(dāng)編碼不存在虛假脈沖時(shí)，可以正確解析識(shí)別碼和信息碼。當(dāng)基帶碼存在虛假脈沖時(shí)，不僅出現(xiàn)識(shí)別碼的漏判，同時(shí)出現(xiàn)了識(shí)別碼的錯(cuò)判，信息碼解析錯(cuò)誤。采取容錯(cuò)解碼處理方法的仿真結(jié)果如圖6所示。

由圖6可見，采取了容錯(cuò)處理之后，可以正確識(shí)別虛假脈沖，沒有出現(xiàn)識(shí)別碼漏判、錯(cuò)判的現(xiàn)象，同時(shí)信息碼被正確解析。

圖6 采取容錯(cuò)處理的仿真波形

2 修正指令解碼誤碼率測試

該修正指令容錯(cuò)解碼方法的仿真結(jié)果正確。為了驗(yàn)證實(shí)際解碼效果，在LabVIEW 8.0 環(huán)境下，開發(fā)誤碼率測試程序，實(shí)現(xiàn)了解碼誤碼率的自動(dòng)化測試［2］。

2.1 誤碼率測試方法

圖7所示為誤碼率測試方法的原理框圖。由模擬源測控設(shè)備產(chǎn)生不同強(qiáng)度的直波信號(hào)，輸出到直波接收機(jī)組合，解調(diào)后的基帶碼通過解碼設(shè)備進(jìn)行識(shí)別碼和信息碼解析，最后將得到的信息碼回傳到測控設(shè)備，并進(jìn)行比對，分別統(tǒng)計(jì)識(shí)別碼、信息碼的誤碼率［3～4］。

圖7 誤碼率測試方法的原理框圖

由模擬源測控設(shè)備按照1s的固定周期，產(chǎn)生一組隨機(jī)的碼元信號(hào)給頻率綜合單元。分別控制副載頻，使其調(diào)制到相應(yīng)的射頻信號(hào)上，經(jīng)幅度控制后輸出到直波接收機(jī)組合。解調(diào)后得到基帶碼，再通過解碼設(shè)備進(jìn)行解碼，解析得到的信息碼回傳到測控設(shè)備。存儲(chǔ)該組碼元信息，同時(shí)與原碼進(jìn)行比對。測試時(shí)間按連續(xù)9h計(jì)算，需進(jìn)行32 400次識(shí)別碼和信息碼的判斷。

在每個(gè)1s的測試周期，如果1s內(nèi)沒有解碼信息，則識(shí)別碼解碼錯(cuò)誤計(jì)數(shù)加1；如果1s內(nèi)得到信息碼的解析結(jié)果，則進(jìn)行原碼和解碼結(jié)果的比對，比對結(jié)果錯(cuò)誤時(shí)，信息碼誤碼計(jì)數(shù)加1。試驗(yàn)結(jié)束后統(tǒng)計(jì)識(shí)別碼、信息碼的誤碼率結(jié)果。

傳統(tǒng)的誤碼率是用誤碼數(shù)除以全部發(fā)送的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)所得到的比值［5］。這種誤碼率只能用于判斷解碼質(zhì)量的好壞，無法知道發(fā)生誤碼時(shí)的具體位置和詳細(xì)情況（比如有的錯(cuò)誤是周期出現(xiàn)的）。文中提出的誤碼率測試方法不僅可以準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)誤碼率，而且可以在統(tǒng)計(jì)誤碼率的過程中同時(shí)存儲(chǔ)誤碼出現(xiàn)的位置和原始數(shù)據(jù)，便于對誤碼進(jìn)行分析。測試時(shí)間越長，誤碼率的測試精度越高。

2.2 誤碼率測試驗(yàn)證

模擬源產(chǎn)生直波信號(hào)，信號(hào)能量從-100dBmW開始，按10dBmW步進(jìn)增大輸入信號(hào)能量，直至信號(hào)能量達(dá)到-60dBmW。記錄每個(gè)信號(hào)能量實(shí)際測得的誤碼率，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

從最終試驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)輸入相同的信號(hào)能量，采取容錯(cuò)解碼方法的解碼誤碼率明顯小于未采取容錯(cuò)解碼時(shí)的誤碼率。當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度在-80dBmW以上時(shí)，在9h的觀測時(shí)間內(nèi)，采取容錯(cuò)解碼方法，識(shí)別碼、信息碼解碼誤碼率均為0；

而未采取容錯(cuò)解碼方法，直到輸入信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到-60dBmW 時(shí)，識(shí)別碼、信息碼解碼誤碼率才為0。因此，該修正指令容錯(cuò)解碼方法實(shí)現(xiàn)了在輸入較低的信號(hào)能量情況下，可以降低識(shí)別碼和信息碼的解碼誤碼率，定量的分析了信號(hào)強(qiáng)度對修正指令解碼靈敏度的影響。

表1 不同信號(hào)強(qiáng)度下的誤碼率測試

3 結(jié)論

基于可編程邏輯器件，提出了一種無線電修正指令容錯(cuò)解碼方法，解決了基帶碼虛假脈沖帶來基帶碼錯(cuò)判、漏判的影響，可以降低解碼誤碼率，仿真結(jié)果表明該方法解碼功能正確。在Lab-VIEW8.0環(huán)境下，設(shè)計(jì)了一種簡單而實(shí)用的誤碼率自動(dòng)化測試方法，不僅能精確地統(tǒng)計(jì)修正指令解碼誤碼率，同時(shí)可以標(biāo)識(shí)碼元出錯(cuò)的位置與錯(cuò)誤規(guī)律。

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