薛建國,王娟鋒,雷 萍

(中國洛陽電子裝備試驗中心,河南洛陽 471003)

0 引言

激光半主動制導武器以其精度高、成本低、戰(zhàn)術(shù)運用靈活等優(yōu)點,受到軍事大國的重視[1],是目前裝備量最大、應(yīng)用范圍最廣的一類精確打擊武器,其核心為激光半主動制導系統(tǒng)[2-3]。隨著激光技術(shù)的發(fā)展,針對激光制導武器的激光干擾手段越來越多,效果也愈加明顯,半主動激光制導面臨的激光干擾威脅日益突出,研究開發(fā)新的抗干擾措施勢在必行。

激光有源干擾分為兩類,一類是激光欺騙干擾,即通過發(fā)射與制導指示激光脈沖信號碼型相同的激光脈沖信號,以誘騙激光導引頭偏離指示目標,其核心技術(shù)是指示激光脈沖碼型識別[4];另一類是高重頻干擾,即通過發(fā)射高重復頻率激光脈沖信號,致使激光導引頭無法識別指示激光脈沖信號,從而喪失精確制導能力,其最主要的要求是激光重頻高、單脈沖激光能量大[5]。

半主動激光制導抗干擾措施主要分為三類:空域濾波、頻域濾波和時域濾波?？沼驗V波即通過壓縮指示激光接收視場以限制視場外干擾激光到達探測器光敏面,從而濾除其干擾;頻域濾波即通過在光學系統(tǒng)中加裝窄通濾光片以限制與目標指示激光波長不同的干擾激光到達探測器光敏面,從而濾除其干擾;時域濾波即通過區(qū)別處理不同時刻到達探測器光敏面的激光脈沖信號。

傳統(tǒng)的時域濾波抗干擾措施主要分兩步,第一步是對目標指示激光信號進行編碼,導引頭信息處理器對所有接收到的波門內(nèi)的信號進行碼型識別,只有與預置碼型一致的信號才會被認作指示信號,即編譯碼技術(shù);第二步是設(shè)置指示信號接收波門,導引頭信息處理器只對波門內(nèi)的信號進行處理,而對波門外的信號不處理,即波門技術(shù)。

以往半主動激光制導武器目標指示激光脈沖編碼主要有精確頻率碼、兩變間隔碼和短偽隨機碼,由于該三類編碼容易被實時破解,從而受到欺騙激光脈沖的干擾,因此,從事激光制導武器研制的科技人員正在開發(fā)新的脈沖編碼,以期既可抗激光欺騙干擾,還能抗高重頻干擾。

文中提出了一種新的編碼方法——雙脈沖偽隨機編碼,設(shè)計了譯碼方法,并對該種編碼的抗干擾能力進行了理論分析。

1 雙脈沖偽隨機碼設(shè)計

1.1 數(shù)學描述

激光編碼要想使敵方難于破解,碼周期越長越好,最好是無周期,如偽隨機碼;從譯碼角度考慮,要想從紛亂復雜的脈沖中找到目標指示激光脈沖信號,則應(yīng)使編碼具有相關(guān)性,以便在很短的時間內(nèi)捕獲到目標指示激光脈沖[6-8]。綜合考慮上述兩方面因素,設(shè)計了一種雙脈沖偽隨機碼,數(shù)學表述如下:

(1)

(2)

f(t)=f1(t)+f2(t)

(3)

f1(t)和f2(t)是兩個時間相差T3的相同脈沖序列,二者相“或”構(gòu)成目標指示激光脈沖信號序列f(t)。在式(1)～式(3)中,各參量的含義為:m(n)為隨機函數(shù),取值范圍為0～M正整數(shù),相對于自變量n有唯一確定的值;n為正整數(shù),是時間離散數(shù)值變量,最大值為M(M是偽隨機碼數(shù)值周期);T1、T2、T3為常數(shù),單位為ms,其中:T1是脈沖序列f(t)的基礎(chǔ)時間間隔,其大小由制導武器制導控制、制導距離、技術(shù)可實現(xiàn)性等因素確定;T2是激光脈沖時間間隔變化最小幅值,即偽隨機碼最小變化幅值,大小通常與激光信號處理接收波門相同;T3為隨機序列f2(t)相對于f1(t)的延遲時間,一般情況下,取T3≈T1。

1.2 譯碼設(shè)計

對于該雙脈沖偽隨機碼,譯碼采用軟硬件相結(jié)合的方式進行。具體譯碼流程分為以下兩個步驟:在導引頭信息處理器中,首先通過整形電路對來自信號檢測電路的脈沖序列進行整形,形成方波脈沖序列,然后將脈沖序列分為兩路,其中一路延遲T4后與另一路相“與”,提取出所要的偽隨機編碼脈沖指示信號,而將不相關(guān)的干擾信號濾除,完成第一譯碼;在譯出的脈沖序列中,可能還會留有部分噪聲干擾或人為干擾脈沖,需進一步濾除,對此,碼型識別電路通過匹配識別方法完成第二譯碼;在對譯碼識別概率進行統(tǒng)計之后,最后輸出跟蹤指示信號和跟蹤波門信號。譯碼流程示意圖如圖1。在圖1中,整形后的方波脈沖寬度為τ1,其大小主要取決于目標指示激光穩(wěn)定度,通常取1～5 ms;延遲電路的時間T4與T3相等,波門寬度T5與T2相等。

從上述雙脈沖偽隨機碼的編譯碼方案設(shè)計上可以看出,采用該種編碼方式,激光制導在接收到一組編碼信號f1(t)或f2(t),即可完成譯碼解算,并不需要接收到完整的雙脈沖序列f(t)。而f1(t)和f2(t)本質(zhì)上即是一個偽隨機編碼信號(經(jīng)過一定的時延),譯碼的本質(zhì)是對偽隨機編碼的譯碼。該種雙脈沖偽隨機編碼的應(yīng)用可有以下幾種情況:

1)激光目標指示器嚴格按照上述編碼方式編碼,半主動激光制導采用上述軟硬件相結(jié)合的譯碼方式,與傳統(tǒng)上的偽隨機碼譯碼相比,僅增加了延時與“與”計算。

2)激光目標指示器采用雙波長激光發(fā)射體制,同時或按照一定的規(guī)律發(fā)射兩種不同波長的激光編碼信號,激光半主動制導武器按照相同的規(guī)律接收兩種波長激光編碼信號,此時的譯碼方式相當于兩路獨立的偽隨機碼譯碼。

綜上所述,合理設(shè)計偽隨機編碼,理論上,該種雙脈沖偽隨機編碼可以滿足實際制導武器的編碼要求。

2 抗干擾性能分析

根據(jù)前面分析,對半主動激光制導的干擾主要包括激光欺騙干擾和高重頻干擾。文中提出的雙脈沖偽隨機碼的抗干擾方式主要體現(xiàn)在兩個方面:雙脈沖設(shè)計用于抗高重頻激光干擾,偽隨機編碼用于抗誘騙激光干擾。

激光欺騙干擾的前提是對目標指示激光脈沖實時解碼,而在無先驗情報信息的情況下,對一個周期內(nèi)的偽隨機碼解碼幾乎是不可能的,更別說是短碼片(短時間內(nèi)幾個目標指示激光脈沖序列,即部分碼元)。

高重頻干擾不需要解碼,當接收到有限的幾個激光脈沖后就會發(fā)射干擾激光,雙脈沖偽隨機碼抗高重頻激光干擾原理如圖2所示。

圖2中,Z為目標指示激光脈沖序列,G為高重頻干擾激光脈沖序列。由圖可看出,經(jīng)第一譯碼后,仍會有干擾脈沖進入第二譯碼,類似結(jié)果基本發(fā)生在下面幾種情況時:

情況一:兩種脈沖序列相“與”時,一路脈沖序列中的高重頻脈沖與另一路脈沖序列中的個別指示脈沖“偶遇”,形成偶發(fā)干擾。由于該類干擾脈沖數(shù)量少,經(jīng)第二譯碼可以被剔除。

情況二:干擾激光的重復頻率為1/(2T3)的倍數(shù),造成的結(jié)果是干擾脈沖全部通過第一譯碼。但這種情況出現(xiàn)的概率極其小,且只要取T3為質(zhì)數(shù),基本可解決此問題。

情況三:干擾激光的重復頻率大于1/(2T4),由于整形后脈沖寬度的占空比大于50%,經(jīng)第一譯碼后輸出一頻率與干擾脈沖重復頻率相同的窄脈沖序列。由于脈沖量大,因而匹配識別幾乎不可能從干擾脈沖中匹配出目標指示信號。

由以上分析可以得出如下結(jié)論:文中提出的脈沖第一譯碼方式具有較好的抗高重頻干擾能力,能夠抗重復頻率低于1/(2T4)的高重頻激光干擾。

3 結(jié)論

激光欺騙干擾和高重頻干擾是半主動激光制導武器面臨的主要威脅。文中從抗干擾角度出發(fā),設(shè)計了一種新的激光編碼——雙脈沖偽隨機碼。該種編碼將兩個時間相差一常數(shù)的相同脈沖序列相“或”構(gòu)成目標指示激光脈沖信號序列。對于該雙脈沖偽隨機碼,其譯碼采用軟硬件相結(jié)合的方式進行,第一譯碼過程提取出所要的偽隨機編碼脈沖指示信號,碼型識別電路通過匹配識別方法完成第二譯碼。理論分析結(jié)果表明,雙脈沖偽隨機碼中的偽隨機編碼可用于抗激光欺騙干擾,雙脈沖設(shè)計可用于抗高重頻激光干擾,譯碼整形后的方波脈沖寬度越窄,抗高重頻干擾的效果越好。