基于時域差分的無線電引信高功率微波干擾效果評估

熊 波，王 棟，曾 鑫，衛永平

(1．海軍航空工程學院兵器科學與技術系，山東 煙臺 264001；2．海軍航空工程學院研究生管理大隊，山東 煙臺 264001；3．海軍參謀部，北京 100071；4．淮海工業集團有限公司，山西 長治 046012)

基于時域差分的無線電引信高功率微波干擾效果評估

熊 波1，王 棟2，曾 鑫3，衛永平4

(1．海軍航空工程學院兵器科學與技術系，山東煙臺264001；2．海軍航空工程學院研究生管理大隊，山東煙臺264001；3．海軍參謀部，北京100071；4．淮海工業集團有限公司，山西長治046012)

針對能量或功率準則不能真實反映HPM干擾效果的問題，提出了基于時域差分的無線電引信高功率微波干擾效果評估方法。該方法通過建立慣性時間電路的時域差分模型來得到引信電路的時域輸出結果。仿真結果表明，基于時域差分的HPM干擾效果評估方法能真實地反映HPM的高功率、短脈沖特性。

時域差分；高功率微波；偽碼脈沖無線電引信；干擾效果

0 引言

利用強電磁脈沖干擾或毀傷電子設備是近年來發展起來的有效電磁干擾手段。高功率微波(HPM)通常指輻射頻率在1～300 GHz 范圍內，脈沖功率在1 GW 級以上的微波脈沖。從殺傷機理上看，HPM具有“軟”、“硬”殺傷能力[1-4]。目前，國內對無線電引信的HPM效應評估一般是基于輻照實驗來進行研究，而且以炮彈無線電引信為主[5-7]。從我們前期進行的HPM輻照試驗來看，HPM很難對導彈引信電路造成“硬”殺傷，但有可能造成引信誤啟動[8]。因此，需要對HPM的作用機理和干擾效應進行分析評估。

常規電子對抗對無線電引信的干擾效果一般都是從能量或功率的角度出發進行評估的[9]。而HPM干擾與常規電子干擾的區別在于：HPM具有瞬時功率高、脈沖持續時間短的特點，在引信慣性時間電路中的響應不能簡單地選取穩定輸出的結果，因此常規的能量或功率準則不能反映HPM干擾的真實效果。鑒于此，本文提出了基于時域差分的HPM干擾效果評估方法。

1 偽碼脈沖無線電引信工作原理

引信采用偽碼調相脈沖無線電引信，引信信號處理流程如圖1所示[10]。

圖1 引信信號處理模型Fig.1 Signal processing model of the fuse

值得注意的是，其中相關器只是對相位調制進行了解碼，并沒有求取m序列的自相關函數，而是通過后續的多普勒濾波器完成干擾信號的抑制。相關器處理完成以后的信號理論上為多普勒頻率調制的脈沖序列，經過多普勒濾波器可取出多普勒頻率包絡曲線，其頻域能量集中在一條譜線上。如果解碼錯誤或出現干擾信號，則頻域能量不能完全集中到一條譜線上。相關函數的傅里葉變換對應信號的能量譜，而并非頻譜[11]。

(1)

而m序列的自相關函數為雙值自相關函數：

(2)

式中，τ為延遲時間；n為整數；P為m序列周期。

由式(1)、式(2)可以得出信號頻譜的歸一化幅度為：

(3)

2 基于時域差分的HPM干擾效果評估

對于HPM干擾，由于其具有高功率、短脈沖的特點，除了考慮功率的影響之外，還必須考慮短脈沖在慣性時間電路中的響應輸出。如果僅僅通過信號處理之后的功率對比對其干擾效果進行評估，很難得出準確的結論。因此， HPM對引信的干擾效果評估必須建立包括慣性時間電路在內的完整信號處理模型。慣性時間電路的響應輸出是超越方程，無法直接得到輸入-輸出表達式。采用數字信號處理和時域差分相結合的仿真建模方法，首先通過數字信號處理得到濾波放大后的信號；然后再通過解時域差分方程的方法，對慣性時間電路的實際輸出進行計算，可以完成HPM對偽碼脈沖無線電引信的干擾效果評估。

引信的慣性時間電路可以等效為圖2所示的單刀雙擲開關[12]。

圖2 慣性時間電路示意圖Fig.2 Inertial time circuit diagram

當輸入信號Ui為正脈沖時，開關1接通，信號通過R1對電容C充電，電容C上的電壓響應為：

(4)

當輸入信號Ui為負脈沖時，開關2接通，電容C通過R2放電，輸出電壓Uo響應為：

Uo=-R2CsUc=-τ2sUc

(5)

為了防止大脈沖造成引信誤啟動，充電時間常數τ1和放電時間常數τ2都遠大于信號脈沖寬度，并且滿足τ1?τ2。

將式(4)、式(5)用時域差分方法進行計算即可得到慣性時間電路的實時輸出。

3 計算機仿真

3.1 正常回波信號仿真

根據引信信號處理流程，在Matlab中建立仿真模型。目標回波信號的相關參數：信號電平As=0.01 V，脈沖寬度τs=10 ns，信號占空比1∶20，脈沖重頻fs=1 MHz。無線電引信前置放大器增益為10 dB，限幅放大器增益為30 dB，限幅為10 V，多普勒濾波器帶寬為10～30 kHz，慣性時間電路充電時間常數為1.4 ms，放電時間常數為280 ms。

引信回波信號經過前置放大、相關器后如圖3(a)所示，經過多普勒濾波器后如圖3(b)所示。

圖3 引信回波信號Fig.3 Echo signal of the fuse

從圖3可以看出，回波信號經相關處理后，信號幅度為多普勒頻率包絡。其頻譜如圖4(a)所示，經過多普勒濾波器后的頻譜如圖4(b)所示。

圖4 回波信號頻譜Fig.4 Frequency spectrum of the echo signal

從圖4中可以看出，濾波器輸出為標準的譜線，而且能量基本沒有損失，說明濾波器的設計是正確的。

多普勒濾波器輸出信號經限幅放大、慣性電路積分輸出如圖5所示。

圖5 回波信號積分輸出Fig.5 Integral output of the echo signal

從圖5可以看出，信號經慣性電路積分后輸出比較平滑，經過一個m序列周期的積累后輸出電平約為0.5 V。

3.2 HPM干擾信號仿真

HPM脈沖相關參數為：脈沖信號電平AJ=0.1 V、脈沖寬度τJ=5 ns、脈沖重頻fJ=1 MHz，脈沖正好落入引信距離波門，引信參數與仿真一相同。

HPM脈沖經前置放大、相關器處理后結果如圖6(a)所示，經多普勒濾波器濾波輸出結果如圖6(b)所示。

圖6 HPM干擾信號Fig.6 HPM jamming signal

從圖6(a)可以看出，HPM脈沖本身沒有采用相位調制，相關處理實際是對其進行m序列調相。從圖6(b)可以看出，HPM干擾信號經多普勒濾波器輸出后仍有比較大的幅度。

HPM信號頻譜如圖7(a)所示，經過相關處理后的HPM信號頻譜如圖7(b)所示。

圖7 HPM干擾信號經相關處理前后的頻譜Fig.7 Frequency spectrum of jamming signal before and after coherent processing

對比圖7(a)、(b)可以看出，經過相關器處理后信號頻譜降低約10 dB，與式(3)的分析結果基本吻合。

經多普勒濾波器濾波輸出的信號頻譜如圖8所示。

圖8 經多普勒濾波器輸出的信號頻譜Fig.8 Signal spectrum by Doppler filter

從圖8(b)中可以看出，HPM干擾信號的濾波輸出基本覆蓋了多普勒濾波器的帶寬，而不是標準的譜線。

慣性電路的響應如圖9所示。

圖9 干擾信號積分輸出Fig.9 Integral output of the jamming signal

從圖9可以看出，積分電路的輸出約為1 V，比圖5目標回波信號的輸出電平高3 dB。

3.3 仿真結果分析

4 結論

本文提出了基于時域差分的無線電引信HPM干擾效果評估方法，該方法通過建立慣性時間電路的時域差分模型來得到引信電路的時域輸出結果。通過對正常回波信號和HPM干擾信號兩種情況進行仿真分析發現，在頻率對準的情況下，只要HPM進入引信距離門，就可以對引信成功實施欺騙干擾，與前期試驗結果吻合，表明基于時域差分的HPM干擾效果評估方法能真實反映HPM的高功率、短脈沖特性，得到準確的仿真結果。

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RadioFuzeHPMJammingEffectEvaluationBasedonTimeDomainDifferenceMethod

XIONG Bo1, WANG Dong2, ZENG Xin3, WEI Yongping4

(1. Department of Ordnance Science and Technology, NAAU, Yantai Shandong 264001, China; 2. The Graduate Management Team, NAAU, Yantai 264001, China; 3. Commander Department of the Navy, Beijing 100071, China; 4. Huhai Industry Co., Ltd, Changzhi 040612, China)

Aiming at the problem that the energy or power criterion can’t truly reflect high power microwave (HPM) jamming effect, a method based on time domain difference for jamming effect evaluation of HPM to radio fuse was brought out. The method established finite difference model in time domain for inertial time circuit to get the time domain output results of the fuse circuit. The simulation results showed that HPM jamming effect evaluation based on time domain difference method can truly reflect the high power and short pulse characteristics of HPM.

time domain difference method; high power microwave; pulse radio fuze phase-modulated by m series; jamming effect

2017-01-18

:熊波(1975—)，男，四川成都人，博士，副教授，研究方向：信號處理，無線電信號偵察識別。E-mail:flybird_30@sohu.com。

TJ43

：A

：1008-1194(2017)04-0001-04