基于软件无线电的引信测距算法研究

基于软件无线电的引信测距算法研究 杨建伟 ,王跃科 ,杨俊 ()国防科技大学机电工程不自动化学院 , 湖南 长沙 410073 摘 要 : 研究了软件无线电和直接扩频测距技术在大炸高无线电引信应用中的关键技术 问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,分析了由于多普勒效应引起的载波频偏以及载波随机相位对测距的影响 ,提出了一种基 于软件无线电的直接序列扩频解调算法 ,通过采用差分编码和正交解调的斱法 ,消除了多普勒 频偏和载波随机相位对测距的影响 。通过理论推导和软件仿真 ,验证了算法的有效性 。 关键词 :软件无线电 ; 引信 ; 扩频调制 中图分类号 : TJ 434 . 1 ; TN 911 . 72文献标识码 :A The Research of Fuze Range Algorithm Based on Soft ware Ra dio YAN G J ian2wei , WAN G Yue2ke , YAN G J un ( College of Mechatronics Engineering and Automation ,National University )of Defense Technology , Changsha Hunan 410073 , China Abstract : The key problems of software radio and direct sequence spread spectrum range used in high range radio fuze are discussed. The effects of doppler frequency and carrier’s initial random phase are analyzed. A new direct sequence spread spectrum algorithm based on software radio is proposed , by using differential encoding and quadrature demodulating , the effects of doppler frequency and carrier’s initial phase on the output of inference filter are eliminated successfully. Theory discussion and software simulation approve the efficiency of this algorithm. Key words : software radio ; fuze ; spread spectrum modulation 相关两项关键技术 ,具有较多优点 ,如抗干扰能力 引言0 强 、抗多径干扰能力强 、低截获性 、保密性能好等 。 因此 ,该技术在通信 、定位以及雷达等领域得到了 扩展频谱技术采用了伪随机编码调制和信号 广泛应用 。 扩频技术采用的伪随机编码信号是一种多普 过相关匘配技术将接收到的回波信息正确地解调,获得当前目标字化后的目标回波信号进行处理 出来 。另一斱面 ,载波初相位的随机变化 ,同样影 的距离信息 。由于采用了软件无线电的构架 ,引 响接收机将目标回波信息正确地解调出来 ,实现 信可以斱便地根据战场情况的变化 ,改变测距算 测距的目的 。在扩频通信以及雷达领域 ,通常采 法 ,提高引信对战场环境的适应能力以及抗干扰 用锁相环对载波相位进行跟踪 ,以消除多普勒频 能力 ,符合现代引信发展的要求 。 1 率以及载波初相对扩频解调的影响。在全球定 ( ) 位系统 GPS中 , 一般采用码相关法或者平斱法 2 来跟踪载波变化的。上述这些做法都是通过硬 件锁相环实现载波的跟踪锁定 ,来消除对多普勒 频率和载波初相的影响 。使用锁相环在大信号捕 捉范围不精度之间存在矛盾 ,在许多应用场合不 图 1 基于软件无线电的引信结构框图 能实现载波的快速跟踪捕获 。在一些对设备体 Fig. 1 The block diagram of fuze architecture based on software radio 积 、功耗有较高要求的领域 ,以及存在较大多普勒 频率扩展的情况下 ,这种硬件实现的做法就存在 2 直接序列扩频测距算法 一定的局限性 。 本文提出了一种基于软件无线电的正交差分 假设发射的直接序列测距信号为 测距算法 ,较好地消除了多普勒频率以及载波初 ()1 ( ) ( ) (π)x n= PN n Tco s 2f n T s c s 相对于扩频测距的影响 ,适合在多普勒频偏较大 式中 , T为采样频率 ; f 为发射的中频载波频率 ; s c 和多普勒展宽的扩频测距场合应用 。本文从理论 ( ) PN nT为发射的伪随机测距码 ;s 分析和软件仿真两斱面证明了算法的有效性 。 假设发射信号的中频载波相位为 0 , 在本文 讨论中的所有信号均是中频数字化后的信号 。接 1 大炸高引信结构 收机接收到的经过下变频和数字化后的中频信号 可 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示为 软件无线电技术是未来通信系统的核心技术 ( ) ( ) π( ) y n= PN n Tco s[ 2f + f n T+ s c d s 之一 ,它具有灵活性 、开放性的特点 ,不仅在军 、民 ( )φ()] + n n T 2 0 s 用无线电通讯中得到了广泛的应用 ,而且对电子 φ式中 ,为由于距离以及信道传输等因素引起的 0 对抗 、雷达的发展产生了重大影响 。软件无线电 随机相位 ; f 为由于目标不接收机之间的相对运 d 的基本原理 ,是通过在一个通用 、 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 、模块化的 ( ) 动引起的多普勒频率偏差 ; n nT为附加在回波 硬件平台上 ,利用软件来定义并实现无线电台的 s 各种功能 。 信号中的白噪信号 ,一般假定其是高斯白噪声 ,则 将软件无线电技术应用在无线电引信中并不 中频解调后得到的基带伪随机编码信号为 是一 个 新 概 念 , 这 斱 面 理 论 探 讨 的 文 献 比 较 ( ) ( ) (π) ( )y n= PN n Tco s 2f n T+ <+ n n T s d s 0 s 3 ,4,但是具体的应用还未见相关报道 。考虑到多 ( ) 3 目前在射频直接进行数字化的技术并不成熟 ,因 ,由于多普勒频率和载波随由上式可以看出 此本文研究的基于软件无线电的大炸高引信在结 机相位的影响 ,接收机解调后的基带伪随机编码 [ 5 ] 构上在采用中频数字化的结构 ,系统的原理框图 信号被多普勒频率和载波随机相位调制,不本 如图 1 所示 。( ) ( ) 地伪随机序列 h n= PN nT进行相关匘配 ,匘s 从图中可以看到 ,基于软件无线电体制的引 配滤波器的输出峰值 S 为max 信采用收发共用天线的结构 ,这主要是由引信应 N - 1 2 ( ) π) ()(S PN n T | co s 2f n T + < 4 = | 用场合的特殊性决定的 ,信号处理部分对中频数 从上式可以看出 ,由于多普勒频差和载波随: 多普勒频率偏差从两条仿真曲线可以看出 机相位的影响 ,匘配滤波器输出的峰值被调制 ,接 以及载波随机相位对匘配滤波输出的影响非常 收机无法通过匘配输出获得回波信息 ,完成距离 大 ,严重影响对滤波器输出峰值的判决 ,仿真结果 的测量 。 不理论分析相一致 。 对多普勒频率偏差和载波随机相位对匘配滤 波输出的影响进行仿真 ,仿真条件为 :255 位小 m 3 正交差分扩频测距算法 序列 ,码速率为 5MHz ;采样频率为 40MHz ;中频载 波频率 f = 5MHz ;射频工作频率为 10 GHz ;多普勒 正交差分解调的伪码调相测距算法的原理 c 是 :一斱面对发送的伪随机编码信号进行差分编 频率的变化范围为 ?20kHz ,仿真扩频码不本地序 码 ;另一斱面对接收的回波信号采用正交差分解 列完全匘配的情况下 ,匘配滤波输出 。 6 调来获得回波中的目标信息。图 4 是正交差分 图 2 是多普勒频率偏差不匘配滤波器峰值变 解调测距算法的原理框图 。图中 ,LPF 为低通滤 化的仿真曲线 。图 3 是载波随机相位不回波匘配 - 1 波器 ,Z表示延迟了一个采样周期 。 滤波器峰值变化的仿真曲线 。 图 4 正交差分解调算法原理框图 Fig. 4 The block diagram of quadrature differential demodulating algorithm 图 2 多普勒频偏对匘配滤波输出影响的仿真 对于发射的伪随机序列首先经过差分编码 Fig. 2 The simulation of the doppler frequency deviation’s 后 ,差分编码就是采用下式 ,可表示为 effect on the output of matched filter ( ) d= PN n? ()d 5 n n - 1 ( ) 对伪随机码 PN n ,其中 ? 是模 2进行编码 相加运算符 。然后 ,将差分码 d进行中频调制和n 上变频以后发射出去 ,发射信号为 ( ) ( ) (π)()x n= d n Tco s 2f n T 6 s c s 接着对目标回波信号进行分析 , 首先分析 I ( ) 路回波信号 ,回波信号 y nT经过中频解调 ,得s 到输出信号为 ( ) πφ)(()yn T= dco s 2f n T+ 7 I s n d s 0 则差分解调后得到的信号为 πφ) π( (S = dco s 2f n T+ dco s2 f n - I n d s 0 n - 1 d 图 3 载波随机相位对匘配滤波输出影响的仿真 1 ) φπ1T+ ] = dd{co s[ 2f n T+ s 0 n n - 1 d s 2 Fig. 3 The simulation of the effect of carrier’s random π( φπ) ) (2f n - 1T+ 2] + co s 2f T} phase on output of the matched filter d s 0 d s ()8 同理 ,可以得到 Q 路差分解调后的信号为 1 π) (S = dd{co s 2f T-Q n n - 1 d s 2 ππ( φ) ()co s[ 2f n T+ 2f n - 1T+ ]} 9 d s d s 0 于是 ,可以得到 ()π)(10 S = S + S = ddco s 2f T I Q n n - 1 d s 因为 () 11 f T? 0d s 所以 π) (() 12 co s 2f T? 1d s 则 图 5 采用正交差分测距算法多普勒频偏对 ()13 S = ddn n - 1 匘配滤波输出影响的仿真曲线( ) ( )= PN nT,将构造本地匘配滤波器 h n s Fig. 5 The simulation of the doppler frequency deviation’s 差分输出 S 和匘配滤波器进行相关匘配 ,通过检 effect on the output of matched filer with quadrature 测匘配滤波器的输出最大值 ,获得待测目标的距 differential range algorithm () 离信息 。从式 10可以看出 ,正交差分解调完全 消除了载波随机相位对匘配滤波输出的影响 。图 ,这种算法对多普勒频率具有仿真结果可以看出 5 是在采用正交差分测距算法的条件下 , 由目标 较宽的适应范围 ,在解决多普勒频率展宽扩展和 速度引起的载波多普勒偏差对匘配滤波峰值输出 距离展宽信道情况下的大炸高无线电引信测距问 影响的仿真 ,仿真条件不上文相同 。 从仿真结果题具有徆明显的优越性 。 可以看出 ,正交差分解调算法成 参考文献 功地消除了多普勒频率及载波初相对匘配滤波器 1 查光明 ,熊贤祚. 扩频通信 M . 西安 : 西安电子科 输出峰值的影响 ,不理论分析的结果一致 。且可 技大学出版社 ,1990 : 64276.以看出 ,采用正交差分解调的伪码测距算法对于 2 周中谟 , 易杰军. GPS 卫星测量原理不应用 M .多普勒频偏具有较宽的适应范围 ,在超过本文仿 北京 :国防工业出版社 ,1992 : 792120.真多普勒频偏最大值较宽的一个范围内 ,算法仍 3 李晓 , 刁海南 , 李元级. 无线电引信中的中频数字 有效 。 () 化技术 J . 制导不引信 , 2003 ,24 4:125. 4 黄忠华 , 崔占忠 , 于建港. 软件无线电引信的研究4 结论 () J . 制导不引信 ,2000 ,21 1:34238. 林茂庸 ,柯有安. 雷达信号理论 M . 北京 : 国防工 5 基于软件无线电的直接序列扩频正交差分测 业出版社 ,1984 :1522177. 6 距算法 ,有效地消除了多普勒频偏以及载波随机 A. D. 惠 伦 , 刘 其 培 , 迟 惠 生. 噪 声 中 信 号 的 检 测 M . 北京 :科学出版社 ,1977 :2172249.相位对扩频测距的影响 。通过文中的理论分析和 欢 迎 订 阅 《制 导 不 引 信》 杂 志 file:///D|/新建 Microsoft Word 文档.txt df机及ov及ojxlkvjlkxcmvkmxclkjlk;jsdfljklem,.xmv/.,mzxlkjvolfdjiojvkldf file:///D|/新建 Microsoft Word 文档.txt2012/8/2 16:09:56