張慶輝，劉明友，向云強(qiáng)

(1河南工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，鄭州 450001;2防空兵學(xué)院，鄭州 450052)

0 引言

偽碼調(diào)相引信運(yùn)用距離相關(guān)器和包絡(luò)檢波器，能在強(qiáng)干擾環(huán)境下直接測量目標(biāo)距離。該類引信測距分辨率比較高，一般為 0.5～5m，由所使用的 PN(pseudorandom noise)序列的位寬所決定[1]。然而，PN序列的位寬越小，要求ADC的采樣頻率越高(典型的采樣率為30～300MHz)。考慮到高采樣速率對系統(tǒng)其它指標(biāo)帶來的較高要求，比如動態(tài)范圍和DSP的處理速度，用現(xiàn)有的元器件難以構(gòu)建一個理想的數(shù)字化引信系統(tǒng)。鑒于此，文中在該類引信中引入抽取技術(shù)，運(yùn)用抽取PN序列的原理減少了對ADC采樣率和數(shù)字硬件處理速率的要求，構(gòu)建一個帶有抽取數(shù)字相關(guān)器的引信回波處理系統(tǒng)。

1 抽取PN序列原理

如果一個偽碼調(diào)相引信所用發(fā)射PN序列的位寬設(shè)為4m，而期望炸高設(shè)為8m，那么接收PN序列需要有4位的延遲[2]。如圖1所示。

圖1 PN序列

若對圖1(b)中的序列進(jìn)行2倍抽取，則抽取后的序列如圖2所示。

圖2 延遲和抽取后的接收PN序列

從圖2可以看出，對PN序列抽取處理后產(chǎn)生的序列除了相移外，與原始序列相同。但抽取因子 ρ不是任意的，必須與PN序列的長度L互為質(zhì)數(shù)。對于長度為L的PN序列來說，總共有L/m種不同的序列，其它相同長度的不同PN序列都可以通過用與L互質(zhì)的ρ抽取該序列獲得。一組ρ對應(yīng)一種新的PN序列，那么長度L的L/m種不同PN序列就有L/m組ρ。只有當(dāng)ρ =1，2，4，…，2m－1時(m 是 PN 序列的階數(shù))，所得序列除了可能的相移外，與原始序列是同樣的序列，而且它們有相同的自相關(guān)特性。在偽碼調(diào)相引信中，用這樣的序列代替抽取前的發(fā)射PN序列進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，不會影響引信系統(tǒng)的定距性能和干擾抑制性能[3]。

2 基于抽取的偽碼調(diào)相引信實(shí)現(xiàn)

基于抽取的偽碼調(diào)相引信(以下簡稱抽取偽碼調(diào)相引信)總體框圖如圖3所示。

圖3 抽取偽碼調(diào)相引信總體框圖

射頻信號源通過二進(jìn)制相位調(diào)制器被時鐘頻率為fPN的發(fā)射PN序列所調(diào)制。二進(jìn)制相位調(diào)制器的輸出經(jīng)功率放大器被送到發(fā)射天線。該信號為:

其中，相位項(xiàng)φPN與PN序列有關(guān)，受二進(jìn)制相位調(diào)制器控制。

接收信號首先通過一個高增益的低噪放大器，以設(shè)置接收機(jī)噪聲系數(shù)。該信號相對于發(fā)射信號來說，被延遲、衰減和放大，并且由于目標(biāo)與引信之間的相對運(yùn)動頻率被偏移fd:[4]

低噪放大器的輸出通過下變頻混頻器和一個來自射頻源的參考信號混頻，被轉(zhuǎn)換到基帶:

基帶信號有一個中心位于目標(biāo)多普勒頻率處的PN頻譜。

下變頻混頻器的基帶輸出信號被送到預(yù)濾波器，以便在A/D子系統(tǒng)抽取采樣前降低寬帶噪聲。

在非抽取偽碼調(diào)相引信中，要求A/D子系統(tǒng)的采樣時鐘頻率fA/D與發(fā)射PN序列的時鐘頻率fPN同步。而文中通過運(yùn)用抽取PN序列的原理，fA/D實(shí)際上只相當(dāng)于fPN的1/ρ。A/D子系統(tǒng)的輸出信號用yp(t)表示。

信號然后被送到受接收PN序列sρk驅(qū)動的數(shù)字相關(guān)器。sρk是發(fā)射PN序列sk被ρ倍抽取后的延遲序列。數(shù)字相關(guān)器根據(jù)sρk的值，轉(zhuǎn)換yp(t)的符號位。因此，數(shù)字相關(guān)器的輸出是

在沒有干擾和噪聲存在時，在相關(guān)的距離上，數(shù)字相關(guān)器的輸出是一個純正弦信號，其頻率等于fd。在不相關(guān)的距離上，數(shù)字相關(guān)器的輸出是受PN序列調(diào)制的多普勒頻率，即有一個中心位于 fd處的 PN頻譜。

數(shù)字相關(guān)器的輸出被送到一組累加器中，以精確地測量目標(biāo)距離。累加器1用來在一個接收PN序列的周期內(nèi)把數(shù)字相關(guān)器的輸出累加起來。在每個PN序列間隔的結(jié)尾通過檢波器把累加器的幅度提取出來并傳到累加器2。累加器2根據(jù)要求的目標(biāo)探測積分時間和累加器(低通濾波器)的頻率響應(yīng)，重復(fù)執(zhí)行預(yù)定數(shù)量的PN序列間隔。定時模塊給包絡(luò)檢波器和累加器2提供適當(dāng)?shù)亩〞r。當(dāng)累加器2的輸出信號幅度達(dá)到預(yù)定的電平時，輸出啟動脈沖，觸發(fā)執(zhí)行級產(chǎn)生引爆信號。

需要說明的是，在抽取偽碼調(diào)相引信的實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，數(shù)字相關(guān)器的輸出在相關(guān)距離上產(chǎn)生一個矩形脈沖，其寬度等于發(fā)射PN序列的位寬。因此，數(shù)字相關(guān)器的輸出保持了發(fā)射PN序列的距離分辨率。

3 仿真結(jié)果

用systemview塊圖模型對圖3描述的抽取偽碼調(diào)相引信進(jìn)行了仿真[5]。表1中列出了主要仿真參數(shù)。

文中測量抽取偽碼調(diào)相引信性能的方法是計(jì)算距離響應(yīng)。

圖4包含4個距離響應(yīng)，分別是一個非抽取偽碼調(diào)相引信響應(yīng)(ρ=1)和3個抽取偽碼調(diào)相引信響應(yīng)(ρ=2，3，4)。所有的距離響應(yīng)幾乎都是一致的，除了ρ=3的抽取偽碼調(diào)相引信，它對于一個63位的PN序列來說，是一個無效的抽取因子。引信的干擾抑制性能是36dB，它對于63位PN序列的偽碼調(diào)相引信來說是一個理想值。

表1 抽取偽碼調(diào)相引信仿真參數(shù)設(shè)置

圖4 抽取偽碼調(diào)相引信距離響應(yīng)(L=63，ρ=1，2，3，4)

4 結(jié)論

文中討論了一種基于抽取PN序列原理的偽碼調(diào)相引信實(shí)現(xiàn)過程，并通過仿真進(jìn)行驗(yàn)證。該方法在保持引信距離分辨率的同時，減小了對A/D采樣速率和DSP處理速率的要求，從而解決了偽碼調(diào)相引信數(shù)字化實(shí)現(xiàn)過程中的一大難題。該方法的缺陷是降低了信號的信噪比(SNR)。因此，相關(guān)過程中需要增加積分時間以提高SNR。

[1]Hogberg，S.W.Decimating pseudorandom noise teceiver[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，1999，35(1):338 －343.

[2]曾興雯，劉乃安，孫獻(xiàn)璞.擴(kuò)展頻譜通信及其多址技術(shù)[M].西安:電子科技大學(xué)出版社，2004.

[3]張慶輝.偽碼調(diào)相引信探測與起爆控制技術(shù)研究[D].北京:北京理工大學(xué)，2006.

[4]Merrill I Skolnik.雷達(dá)手冊[M].3版.南京電子技術(shù)研究所，譯.北京:電子工業(yè)出版社，2010.

[5]孫屹.Systemview通信系統(tǒng)仿真開發(fā)手冊[M].北京:國防工業(yè)出版社，2004.