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        偽隨機碼近炸引信的模糊函數(shù)

        2013-07-03 06:06:48李紅英楊金剛劉芒龍王曉霞
        兵器裝備工程學報 2013年6期
        關(guān)鍵詞:偽碼碼元波形

        李紅英,杜 軍,楊金剛,劉芒龍,王曉霞

        (西安機電信息技術(shù)研究所,西安 710065)

        由于偽碼體制引信具有良好的抗干擾性能和距離分辨能力,現(xiàn)已成為引信重要的發(fā)展方向之一。國外的“海響尾蛇”導彈便采用偽隨機碼和脈沖復合調(diào)制引信。而國內(nèi)有關(guān)單位偽碼引信的研制工作,如文獻[1]研究的脈間偽隨機二相碼脈沖串引信、隨機脈位調(diào)制與隨機二相碼調(diào)相脈沖串引信。國內(nèi)在偽碼體制引信研制方面已取得很多成績,對偽碼體制引信抗干擾和距離分辨能力的研究,目前大多從偽隨機碼的相位調(diào)制與脈位調(diào)制定性描述,推導過程復雜,針對此問題,本文從模糊函數(shù)的角度分析了偽隨機碼近炸引信抗干擾和距離分辨力。

        1 偽碼近炸引信和模糊函數(shù)理論

        1.1 偽碼近炸引信

        偽碼體制近炸引信的原理框圖如圖1 所示,系統(tǒng)主要由發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、信號處理電路系統(tǒng)與執(zhí)行機構(gòu)組成。

        圖1 偽碼體制近炸引信的原理框圖

        偽碼信號由偽碼發(fā)生器產(chǎn)生,經(jīng)調(diào)制和載波作用后已調(diào)信號由天線向外輻射,被目標反射回來的信號由接收天線接收,該信號經(jīng)過放大、限幅后與偽碼延遲器的輸出作相關(guān)處理。同時按照一定的目標信號識別準則,完成對目標方位的判別。最終根據(jù)彈目交會角、交會速度等信息及引戰(zhàn)配合的要求,輸出啟動信號觸發(fā)執(zhí)行級產(chǎn)生引爆信號。

        1.2 偽碼近炸引信工作原理

        偽碼近炸引信定距原理主要利用收發(fā)信號波形的相關(guān)性上。偽碼探測技術(shù)一般要求在引信作用區(qū)域的中點處使回碼與本地碼重合,即此處將出現(xiàn)相關(guān)函數(shù)峰值。對于一個碼元而言,當本地碼的前沿與回碼的后沿重合時,探測到的最小距離為0;當本地碼的后沿與回碼的前沿重合時,探測到的最大距離為R,兩者之間的狀態(tài)對應0 ~R 之間的某一距離。

        相關(guān)器輸出歸一化幅度與距離延時的關(guān)系曲線如圖2所示。

        圖2 相關(guān)器輸出的歸一化幅度與距離延時的關(guān)系曲線

        圖2 中τmin-τmax為引信的預定作用距離區(qū),τ0為作用距離區(qū)的中點,此處假設本地碼與回碼重合,本地碼延遲時間τ0等于一個碼元寬度(TL);e 為在引信預定作用距離區(qū)內(nèi)所允許的相關(guān)器輸出幅度下降的大小。顯然,近炸引信的距離截止特性、作用距離與引信工作的安全高度都由TL決定。

        據(jù)圖2 得偽碼近炸引信作用距離區(qū)(ΔR)

        由式(1)可知,在所允許的相關(guān)度e 一定時,TL越小,ΔR越小。同時,從圖2 可見,若TL越大,相關(guān)器輸出幅度的斜率越小,所對應的截止距離將增大,這樣不利于對干擾信號的限制。所以TL應根據(jù)引信截止距離和預定作用距離區(qū)域的大小綜合考慮。

        偽碼體制引信的發(fā)射信號具有多種形式[1-5],本文為與相位調(diào)制與脈位調(diào)制研究的結(jié)果作對比,采用文獻[3]中所提及的發(fā)射信號,其數(shù)學表示式統(tǒng)一表示為

        式中:μ(t)為為單位脈沖;Ci為幅值;Tc為碼元寬度;Tp為子脈沖寬度;Tr1為子脈沖重復周期;Tr2為脈沖重復周期。

        1.3 模糊函數(shù)

        模糊函數(shù)最初是在研究雷達分辨力問題時提出的,它主要研究2 個不同距離和不同徑向速度目標的分辨度。信號s(t)模糊函數(shù)定義為其二維互相關(guān)函數(shù)的模的平方χ,其表達式為

        式中τ 與fd分別表示信號的時延和頻移,式(3)是模糊函數(shù)的一種表達形式,為了計算與分析方便,模糊函數(shù)還可寫為卷積的形式,即

        為方便仿真程序按式(4)計算信號的模糊函數(shù)。

        2 偽碼近炸引信的模糊函數(shù)

        根據(jù)函數(shù)定義式(2)~式(4),可推導出偽碼近炸引信的平均模糊函數(shù),由于篇幅有限,這里不再寫出推導過程,直接給出結(jié)果

        式中令τ=iTc+τ1,i 為整數(shù)。若令平均模糊函數(shù)中τ=0,則得到速度模糊函數(shù)為

        若令平均模糊函數(shù)中fd=0,則得到距離模糊函數(shù)為

        模糊函數(shù)式(5)~式(7)描述了目標的距離/多普勒平移產(chǎn)生的影響,它可以用來分析波形的一些特征,如目標的距離分別能力,以及對雜波的影響等。

        3 以模糊函數(shù)對偽碼近炸引信仿真與分析

        偽碼近炸引信信號平均模糊函數(shù)與波形觀察時間NTc和碼元寬度Tc有關(guān),選擇參數(shù)Tc=0.012 5 μs,參數(shù)N 變化時對平均模糊函數(shù)、速度模糊函數(shù)和距離模糊函數(shù)進行仿真與分析。

        3.1 平均模糊函數(shù)仿真與分析

        根據(jù)式(4)與式(5)及參數(shù)N 變化對應的如圖3 ~圖5所示。

        圖3 N=8 時的模糊圖

        圖4 N=10 時的模糊圖

        圖5 N=14 時的模糊圖

        從圖3 ~圖5 可以看到,偽碼近炸引信這種體制,很好消除了距離模糊,當N(脈沖積累數(shù))較小時,較強的副瓣在距離和多普勒軸上都有,若N 較大時,旁瓣在距離軸上很低,而且在多普勒軸上已經(jīng)不存在明顯副瓣,近視為圖釘形,說明它有很好的抗干擾性。

        3.2 速度模糊函數(shù)仿真與分析

        根據(jù)式(4)~式(6)及參數(shù)N 變化時速度模糊函數(shù)的影響如圖6 ~圖8 所示。

        明顯看出,N 取值越大,主瓣寬度越窄,分辨力越好。在實際的情況下,碼元寬度Tc是一定的,則就應該加大脈沖積累數(shù)N 的值,即觀察信號的時間T =NTc,加長,但N 值過大就會使信號發(fā)射后易被截獲.使其抗干擾能力下降。

        圖6 N=8 時速度模糊圖

        圖7 N=10 時的速度模糊圖

        圖8 N=14 時速度模糊圖

        3.3 距離模糊函數(shù)仿真與分析

        根據(jù)式(4)~式(7)及參數(shù)N =8,Tc=0.012 5 μs 得到偽碼信號的波形距離模糊圖,如圖9 所示。

        圖9 偽碼近炸引信信號的波形距離模糊圖

        4 結(jié)束語

        本文提出了偽碼引信的模糊函數(shù)。利用模糊函數(shù)對偽碼引信信號進行分析,并對平均模糊函數(shù)圖、速度模糊函數(shù)圖、距離模糊函數(shù)圖進行了仿真驗證,結(jié)果表明,偽碼近炸引信具有很好的抗干擾性能和距離分辨力,這與偽碼的相位調(diào)制和脈位調(diào)制研究的結(jié)果相同。模糊函數(shù)的圖釘這一性質(zhì)有助于偽碼近炸引信信號的波形設計,同時為分析偽碼近炸引信信號提供了另一種方法。

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