偽碼信號識別和干擾的研究

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激光導(dǎo)引頭波門，干擾失敗；

（2）若τ2=（T-τ1），偽碼制導(dǎo)信號與干擾信號同時到達激光導(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)。

參考文獻

[1]巨養(yǎng)峰，馬寶強，姚梅，等.激光制導(dǎo)信號的編碼和干擾技術(shù)[J].電光與控制，2007（2）：85-86，95.

[2]樊昌信，張甫翊，徐炳祥.通信原理[M].國防大學(xué)出版社，2001：326-335.

[3]安化海，閆秀生，鄭榮山.激光制導(dǎo)信號的編碼分析及識別處理技術(shù)[J].光電對抗及無源干擾，1996（3）：26-30.

[4]胡澤賓，趙惠昌.偽碼引信瞄準(zhǔn)式欺騙性干擾機干擾效果的影響因素研究[J].宇航學(xué)報，2005（11）：743-749.

[5]童忠誠.激光角度欺騙干擾信號超前時間的仿真研究[J].兵工學(xué)報，2008（5）： 633-636.