吳若無(wú)，許 雄，秦洋瑞，邰 寧，韓 慧，陳 翔

（1.電子信息系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南洛陽(yáng) 471003；2.電子信息攻防對(duì)抗與仿真技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710071）

0 引言

復(fù)雜電磁環(huán)境模擬以電磁環(huán)境要素模擬為前提，針對(duì)不斷發(fā)展變化的電磁環(huán)境，有目的地去不斷完備優(yōu)化電磁環(huán)境構(gòu)建要素，是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作。近年來(lái)，隨著單脈沖測(cè)角技術(shù)在雷達(dá)跟蹤方面的不斷應(yīng)用，如何對(duì)采用單脈沖測(cè)角體制的雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行有效的角度欺騙干擾成為了研究的熱點(diǎn)。兩點(diǎn)源相干角度欺騙干擾對(duì)于大部分角度跟蹤體制雷達(dá)的干擾具有普遍的適用性，它能使單脈沖雷達(dá)的瞄準(zhǔn)軸偏出兩干擾源連線之外進(jìn)而使得雷達(dá)產(chǎn)生很大的測(cè)角偏差。但目前國(guó)內(nèi)對(duì)于兩點(diǎn)源相干角度欺騙干擾多處于理論研究和仿真驗(yàn)證階段，對(duì)其硬件部署實(shí)現(xiàn)的研究工作少有報(bào)道。模型的開(kāi)發(fā)及硬件部署調(diào)試驗(yàn)證是角度欺騙干擾工程化實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，基于System Generator的系統(tǒng)級(jí)建模思想來(lái)進(jìn)行模型的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證，是未來(lái)信號(hào)處理算法開(kāi)發(fā)驗(yàn)證的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)，系統(tǒng)級(jí)建模能有效減少模型的開(kāi)發(fā)及調(diào)試時(shí)間，同時(shí)模型良好的可移植性也可以支撐硬件升級(jí)后的模型重部署以及大規(guī)模模擬系統(tǒng)中模型的綜合。

本文以完善半實(shí)物條件下復(fù)雜電磁環(huán)境模擬要素為基本出發(fā)點(diǎn)，同時(shí)兼顧模型開(kāi)發(fā)的便捷性和可移植性，分析了影響兩點(diǎn)源相干角度欺騙干擾效果的主要因素，研究了兩點(diǎn)源相干角度欺騙干擾的System Generator模型開(kāi)發(fā)方法，設(shè)計(jì)建立了兩點(diǎn)源相干角度欺騙干擾的System Generator模型，并基于開(kāi)放式可重構(gòu)的信號(hào)模擬平臺(tái)，開(kāi)展了模型的硬件部署及調(diào)試驗(yàn)證工作。

1 干擾效果主要影響參數(shù)

兩點(diǎn)源相干角度欺騙干擾利用單脈沖雷達(dá)角度分辨單元內(nèi)2個(gè)或2個(gè)以上的干擾機(jī)協(xié)同進(jìn)行干擾，雷達(dá)接收到的干擾源信號(hào)之間是相干的，即信號(hào)之間有著明確的相位關(guān)系。兩點(diǎn)源相干角度欺騙干擾示意圖如圖1所示。

圖1 兩點(diǎn)源相干角度欺騙干擾示意圖

在不考慮目標(biāo)信號(hào)的情況下，設(shè)2個(gè)干擾信號(hào)J1、J2的相位差為φ，2個(gè)干擾信號(hào)的幅度分別為E1和E2。單脈沖測(cè)角雷達(dá)對(duì)接收到的和差信號(hào)兩路信號(hào)進(jìn)行混頻、中頻放大、相位檢波和濾波處理后，將天線方向圖展開(kāi)冪級(jí)數(shù)取一階近似后，代入近似的天線方向圖函數(shù)，可以得出一定范圍內(nèi)近似的單脈沖雷達(dá)天線指向偏離角度為：

式中，b2=E21/E22，為2干擾信號(hào)的功率比。在2相干干擾源和干擾對(duì)象位置關(guān)系相對(duì)固定的情況下，2個(gè)干擾信號(hào)功率比和相位差是影響單脈沖雷達(dá)測(cè)角偏差的主要因素，理論上當(dāng)功率比趨近于1、相位差為180°時(shí)，測(cè)角偏差趨于無(wú)窮大。但實(shí)際情況是由于隨機(jī)誤差、通道的不一致性、相位波程差等因素，兩點(diǎn)源相干干擾很難做到理論上無(wú)窮大的測(cè)角偏差，而且當(dāng)相位差相對(duì)180°偏離一個(gè)很小的角度時(shí)，兩點(diǎn)源相干干擾引起角度測(cè)量偏差就會(huì)迅速減小，幅度比越接近，這種減小趨勢(shì)越快，因此對(duì)于角度欺騙干擾模型工程實(shí)現(xiàn)來(lái)說(shuō)，一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是如何更加精確地控制相干干擾信號(hào)到達(dá)干擾對(duì)象天線口面處的波前相位差和功率比。

2 System Generator模型建模

2.1 角度欺騙干擾的System Generator模型建模

結(jié)合上文分析梳理的兩點(diǎn)源相干角度欺騙干擾的主要影響因素，開(kāi)展了角度欺騙干擾的System Generator模型的建模工作。角度欺騙干擾模塊主要的功能是對(duì)接收下變頻后的2路干擾信號(hào)作移相處理，用于生成相位差為180°的2路相干信號(hào)，角度欺騙模塊的功能框圖如圖2所示。在接收到下變頻后雷達(dá)信號(hào)時(shí)，利用2個(gè)FIFO實(shí)現(xiàn)2路的存儲(chǔ)，之后可以選取任意一路信號(hào)與DDS產(chǎn)生的移相信號(hào)相乘，之后經(jīng)過(guò)延時(shí)模塊，完成對(duì)干擾信號(hào)的距離調(diào)制和相位微調(diào)，再經(jīng)過(guò)幅度和速度調(diào)制后，生成所需的角度欺騙干擾信號(hào)，最后經(jīng)上變頻器后生成射頻干擾信號(hào)?；谏鲜龉δ苄枨螅Ｐ纬芍饕慕嵌绕垓_干擾System Generator模型如圖3所示。

圖2 角度欺騙模塊功能框圖

圖3 角度欺騙模塊System Generator模型圖

2.2 仿真實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證搭建的角度欺騙模塊System Generator模型，開(kāi)展了模型的仿真實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證模型的主要功能。仿真參數(shù)設(shè)置為：雷達(dá)信號(hào)中頻為50 MHz，信號(hào)帶寬為5 MHz，系統(tǒng)時(shí)鐘為50 MHz，脈寬為5μs，脈沖重復(fù)周期為50μs，通過(guò)角度欺騙模塊生成的2路相位相差180°的仿真波形如圖4所示。以第二路信號(hào)從上到下依次是第一路信號(hào)的實(shí)部、虛部和第二路信號(hào)的實(shí)部、虛部。

圖4 相位相差180°的角度欺騙仿真信號(hào)

3 FPGA板級(jí)驗(yàn)證

3.1 硬件平臺(tái)

產(chǎn)生2路相干角度欺騙干擾信號(hào)的信號(hào)生成設(shè)備的基本硬件組成框圖如圖5所示。其中2個(gè)DRFM模塊中的ADC子模塊分別用于實(shí)現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)數(shù)字化。將利用System Generator搭建的角度欺騙模塊編譯成bit文件，加載到信號(hào)處理模塊1的FPGA芯片中，用于完成數(shù)字正交解調(diào)、信號(hào)下變頻、角度欺騙干擾信號(hào)的生成（移相、距離幅度速度調(diào)制），再進(jìn)行2路干擾信號(hào)進(jìn)行上變頻，最后通過(guò)DRFM模塊的DAC子模塊發(fā)送出去。信號(hào)處理模塊2對(duì)應(yīng)的DAC接口，可用于生成角度欺騙干擾所需的轉(zhuǎn)發(fā)雷達(dá)信號(hào)。

圖5 信號(hào)生成設(shè)備基本組成框圖

3.2 FPGA板級(jí)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

在完成角度欺騙干擾System Generator模型硬件部署工作后，為驗(yàn)證模型功能的有效性，分別開(kāi)展了模型相位調(diào)制能力和速度調(diào)制能力的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

在相位調(diào)制能力驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，將雷達(dá)線性調(diào)頻信號(hào)頻率設(shè)定為350 MHz，調(diào)頻帶寬設(shè)為5 MHz，脈沖重復(fù)周期為500μs，脈寬30μs，利用圖5所示的信號(hào)生成設(shè)備，利用設(shè)備的D/A模塊輸出雷達(dá)線性調(diào)頻信號(hào)，并使用2個(gè)DRFM模塊對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行采集、調(diào)制、轉(zhuǎn)發(fā)，形成2路相干角度欺騙干擾信號(hào)。在開(kāi)展的FPGA板級(jí)別驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，設(shè)置不同相位參數(shù)開(kāi)展了多組實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證角度欺騙干擾信號(hào)相位調(diào)制的能力和精度。其部分試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示，分別設(shè)置2路相干干擾信號(hào)相位相差0°、90°、180°，利用Lissajous圖形法，對(duì)其相位差進(jìn)行測(cè)量。從測(cè)量結(jié)果來(lái)看，圖6(a)、(b)、(c)中最上面的圖形，能較好地滿足相位相差0°（45°直線）、90°（正圓）、180°（135°直線）的圖形形狀。同時(shí)利用示波器，抓取任意一個(gè)周期的2路干擾信號(hào)測(cè)量其相位差，其結(jié)果如圖6(c)、(d)所示，相位差分別為?179.82°、?181.75°，幅度比分別為0.98、0.97。多組驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，輸出2路干擾信號(hào)的相位差和幅度比能控制在較小偏差內(nèi)。

圖6 相位調(diào)制測(cè)試圖

其后又對(duì)2路相干角度欺騙干擾信號(hào)的速度調(diào)制能力進(jìn)行了驗(yàn)證，設(shè)定干擾信號(hào)在一定距離上以100 m/s的速度向目標(biāo)靠近，觀測(cè)記錄不同時(shí)間點(diǎn)距離的變化情況，部分測(cè)試結(jié)果如圖7所示。圖7中最上面波形為參考信號(hào)，用于判斷調(diào)制速度后干擾信號(hào)的距離變化情況，左右2幅圖為2路干擾信號(hào)（中間和最下面的波形）向目標(biāo)移動(dòng)的位置對(duì)比情況，從實(shí)際的測(cè)試結(jié)果來(lái)看，2路兩路相干干擾信號(hào)能依照設(shè)定的速度進(jìn)行距離上的移動(dòng)。

圖7 速度調(diào)制測(cè)試圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境中雷達(dá)角度欺騙干擾環(huán)境構(gòu)建需求，基于模型的快速開(kāi)發(fā)及部署驗(yàn)證，分析了影響兩點(diǎn)源相干角度欺騙干擾效果的主要因素。利用圖形化的編程工具System Generator，以及已有的可重構(gòu)信號(hào)生成硬件平臺(tái)，搭建了角度欺騙干擾的System Generator模型，開(kāi)展了模型的仿真及FPGA板級(jí)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果表明，模型可實(shí)現(xiàn)對(duì)角度欺騙干擾信號(hào)相位、速度的調(diào)制，且能較為精確地控制2路干擾信號(hào)的功率比和相位差。同時(shí)通過(guò)該模型的開(kāi)發(fā)部署及驗(yàn)證工作，進(jìn)一步理清了可重構(gòu)平臺(tái)模型系統(tǒng)級(jí)、模塊化開(kāi)發(fā)的思路，驗(yàn)證了System Generator角度欺騙干擾模型硬件部署的可行性，有一定的技術(shù)參考價(jià)值，可為開(kāi)展各類干擾環(huán)境的模擬工作提供方法支撐，同時(shí)還可為角度欺騙干擾的工程化實(shí)現(xiàn)起到一定借鑒作用。■