摘 要:偽碼具有抗干擾能力強的特點勢必會在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,因此研究如何有效的識別和干擾該制導(dǎo)信號十分必要。本文首先給出了偽碼產(chǎn)生的機理及特性,然后利用偽碼的均衡性、游程分布和自相關(guān)等特性識別偽碼激光制導(dǎo)信號碼元寬度和周期,最后研究了誤碼和延遲誤差對干擾效果產(chǎn)生的影響,分析了上述影響因素產(chǎn)生的原因并給出了相應(yīng)的減少方法。
關(guān)鍵詞:偽碼序列 識別 干擾效果 誤差分析
中圖分類號:TN977文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2013)05(b)-0076-03
1 偽碼產(chǎn)生的機理及特性
目標(biāo)指示器中的偽碼是通過線性反饋移存器來完成的。
圖1為一般的線性反饋移存器原理方框圖,圖中各級移存器的狀態(tài)用ai=0或1(i為整數(shù))。反饋線的連接狀態(tài)用ci表示,ci=1表示此線接通(參加反饋);ci =0表示此線斷開(不參加反饋)。一個n級移存器經(jīng)過n次移位后左端新得到的輸入an可以由(1)式所建立的數(shù)學(xué)模型來表示:
此式描述了移位輸入ak與移位前各級狀態(tài)的關(guān)系。利用偽碼的均衡性、游程分布和自相關(guān)等特性對偽碼激光制導(dǎo)信號進行識別。
2 偽碼激光制導(dǎo)信號識別
2.1 獲取偽碼信號碼元寬度
利用偽碼信號的游程分布規(guī)律來識別單個碼元寬度。在偽碼序列中,長度為1的游程占游程總數(shù)的1/2,長度為2的游程占游程總數(shù)的1/4,長度為3的游程占1/8,…。嚴(yán)格講,長度為k的游程數(shù)目占游程總數(shù)的2-k。
圖2給出了碼元寬度電路實現(xiàn)的原理圖。計數(shù)器對高頻時鐘進行計數(shù),計數(shù)器的控制信號就是接收到的偽隨機碼。計數(shù)器1在控制信號的任意一個上升沿開始計數(shù),在隨后的下降沿停止計數(shù),同時計數(shù)器2開始計數(shù),在隨后的上升沿停止計數(shù),同時計數(shù)器3開始計數(shù),在隨后的下降沿停止計數(shù)……這樣,N個計數(shù)器記錄了偽碼序列N個游程中采得的采樣點。當(dāng)計數(shù)完畢之后,通過比較輸出最小的計數(shù)值,也就是單個碼元寬度中采得的高頻時鐘周期個數(shù),將這個數(shù)字與高頻時鐘的周期相乘就可以得到碼元的寬度。每個游程的長度確定,碼元寬度確定,也就知道偽碼序列的編碼架構(gòu)。
2.2 偽碼信號周期識別
2.2.1 相關(guān)法
偽碼信號的自相關(guān)函數(shù)的周期與偽碼周期是相同的,而偽碼自相關(guān)函數(shù)模型如式(3)所示,利用這個性質(zhì)可以檢測偽碼周期:對得到的偽碼序列進行自相關(guān)運算,然后進行峰值檢測,兩個峰值之間的長度就是偽碼序列的周期,如圖3所示。
(3)
2.2.2 比較法
偽碼序列是一個周期序列,因此可以利用它的周期特性來測周期,電路原理如圖5所示。對取得的序列取前N位和后N位進行比較,如果相同則偽碼的周期可能為N。 這里的N是偽碼可能的周期,對長度為n的移位寄存器產(chǎn)生偽碼的周期只能是2n-1,因此N的值僅限于3,7,15,31,63,…,這是偽碼制導(dǎo)信號有別于其他制導(dǎo)信號的一大特點。而偽碼采用的周期都比較小,所以N的可能值很小,并不需要很多的并行支路,有利于對周期的檢測。
3 干擾方案
如果準(zhǔn)確的知道偽碼的周期T,每個游程的長度以及偽碼識別干擾系統(tǒng)識別偽碼所占用時間τ,就可以有效的干擾導(dǎo)彈對目標(biāo)的識別。具體實施方案:如圖1所示,將識別的偽碼制導(dǎo)信號發(fā)射到被保護目標(biāo)附近具有高反射率的假目標(biāo),假目標(biāo)漫反射的干擾信號被激光導(dǎo)引頭的波門接收,且干擾信號與制導(dǎo)信號相比,強度更強,到達(dá)激光導(dǎo)引頭的時間也比制導(dǎo)信號超前(超前量的大小在本文的4.2延時誤差詳細(xì)討論),則激光導(dǎo)引頭可能將干擾信號當(dāng)作制導(dǎo)信號處理,那么激光半主動制導(dǎo)武器就會把假目標(biāo)當(dāng)作攻擊對象,從而達(dá)到了將激光制導(dǎo)武器從被保護目標(biāo)引偏的目的,因此目標(biāo)得到了有效地保護[3]。
4 影響干擾效果的因素
4.1 誤碼
4.1.1 理論分析
在截獲的過程中,由于偽碼本身不容易識別以及總存在一定的噪聲,所以誤碼總是存在的。其誤碼率如式(4)所示[4]
由于偽碼序列是周期序列,且每個碼元互不相關(guān),所以在一個周期內(nèi)存在k個誤碼的概率為
對含有誤碼的偽碼作自相關(guān)運算,主瓣峰值和副瓣值都將發(fā)生變化,將直接影響周期T的測量。具體的說,主瓣峰值要降低,旁瓣峰值要增加;且誤碼越多,其趨勢越明顯,以至于不能區(qū)分其主瓣和旁瓣的大小,也就不能正確的度量出偽碼的周期。
4.1.2 仿真結(jié)果及分析
以周期N=31的偽碼序列為例來分析存在誤碼時對周期識別的影響,根據(jù)圖5所示的仿真結(jié)果(作歸一化處理),得出以下結(jié)論:
(1)隨著誤碼數(shù)的增加,主瓣峰值下降,旁瓣峰值上升,這與以上的理論分析一致。
(2)誤碼數(shù)一定而誤碼出現(xiàn)的位置不同時,不影響此時主瓣峰值的大小,只影響旁瓣峰值出現(xiàn)的位置。
(3)實驗結(jié)果(歸一化處理)顯示,周期N=15的偽碼序列能允許的最大誤碼數(shù)為6,周期N=31的偽碼序列能允許的最大誤碼數(shù)為13。
4.1.3 減少誤碼的措施
(1)減少噪聲功率,提高信噪比。在電路設(shè)計中盡可能的使用低噪聲、低功耗的元器件,同時也可以設(shè)計專門的電路來減少噪聲功耗,提高信噪比,以減少誤差。
(2)選擇合適的判決電平。在信噪比一定的情況下,選擇適當(dāng)?shù)呐袥Q電平也可以減少誤碼。
4.2 延時誤差
4.2.1 理論分析
偽碼激光制導(dǎo)信號延遲的時間τ1由式(6)決定:
如圖1所示,R1為激光目標(biāo)指示器與偽碼識別與干擾系統(tǒng)之間的距離,R2假目標(biāo)與激光導(dǎo)引頭之間的距離,C是光速,τ1是偽碼識別與干擾系統(tǒng)識別偽碼制導(dǎo)信號所需的時間。一般來說R1/C、R2/C與τ1相比都可以忽略不計。
為了保證與偽碼制導(dǎo)信號同步,需要人為的延遲時間τ2后再向假目標(biāo)發(fā)射干擾信號。τ2取值與(T-τ1)有關(guān),其中T為偽碼制導(dǎo)信號的周期。
4.2.2 仿真結(jié)果及分析
(1)若τ2>(T-τ1),偽碼制導(dǎo)信號先于干擾信號到達(dá)激光導(dǎo)引頭波門,干擾失??;
(2)若τ2=(T-τ1),偽碼制導(dǎo)信號與干擾信號同時到達(dá)激光導(dǎo)引頭波門,但是干擾信號強度更強,也能起一定的干擾效果,但是同時到達(dá)的幾率極低。
(3)若τ2<(T-τ1),干擾信號先于偽碼制導(dǎo)信號到達(dá)激光導(dǎo)引頭波門,可以成功的干擾,干擾成功率和提前到達(dá)的時間有關(guān)。對于波門寬度分別為200μs、300μs和500μs的固定波門來說,提前到達(dá)時間分別要小于2μs、3μs和5μs;對于波門寬度分別為30μs和50μs的實時波門來說,提前到達(dá)時間分別要小于0.3μs和0.5μs[5]。
5 結(jié)語
偽碼序列具有抗干擾能力強又便于重復(fù)產(chǎn)生和處理的特點勢必在激光制導(dǎo)中得到應(yīng)用,所以研究如何識別和干擾很有必要。本文給出了識別偽碼的方法、提出了干擾方案以及對影響干擾效果的諸多因素分析,得出了一些有意義的結(jié)論,這為硬件電路的設(shè)計和改善提供了依據(jù)。
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