一种基于数字噪声调制的雷达目标干扰模拟器的实现方法与流程

1.本发明涉及雷达干扰，具体涉及一种基于数字噪声调制的雷达目标干扰模拟器的实现方法。


背景技术：

2.随着雷达技术的发展，现代雷达多采用脉内相干、匹配滤波等技术，雷达抗干扰能力得到很大提升。传统的噪声调幅、噪声调频和射频噪声等压制干扰信号，经过匹配滤波后，大部分能量被滤掉，使得干扰信号能量大大浪费，或者干扰效果大幅下降。
3.现有技术中所记载的雷达干扰技术，分析了噪声卷积干扰的原理，简要地提出了噪声卷积干扰的实现方法，但是都没有具体的实现细节，无法应用到工程实际中。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种基于数字噪声调制的雷达目标干扰模拟器的实现方法，能够有效克服现有技术所存在的噪声卷积干扰缺乏具体实现手段的缺陷。
6.(二)技术方案
7.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
8.一种基于数字噪声调制的雷达目标干扰模拟器的实现方法，包括以下步骤：
9.s1、基于视频白噪声序列生成带限视频白噪声干扰序列，同时生成函数波形序列，并对函数波形序列进行傅里叶变换；
10.s2、对带限视频白噪声干扰序列与变换后的函数波形序列的卷积进行傅里叶逆变换，得到干扰信号序列，并基于干扰信号序列得到模拟干扰信号序列；
11.s3、生成voc调谐频率直流偏置电压幅度码，并基于voc调谐频率直流偏置电压幅度码得到模拟直流偏置电压值；
12.s4、将模拟干扰信号序列与模拟直流偏置电压值叠加输入压控振荡器的调谐电压输入端，压控振荡器产生目标频率范围内带有数字噪声的调制干扰信号，并传输给射频发射模块；
13.s5、生成干扰信号发射幅度码及不同占空比的调制脉冲序列，并传输给射频发射模块；
14.s6、射频发射模块基于调制干扰信号、干扰信号发射幅度码和调制脉冲序列，生成雷达目标干扰信号。
15.优选地，所述视频白噪声序列的生成方法，包括：
16.s11、将均匀分布的随机数经过一定变化，生成符合高斯分布的随机数，对基于随机数的函数进行周期变化，并对周期变化函数产生的随机数进行存储；
17.s12、将利用改进型线性同余算法生成的伪随机数序列作为地址，并对按照地址从
存储器中得到的值相乘，生成关于随机数的噪声序列随机函数。
18.优选地，s11中将均匀分布的随机数经过一定变化，生成符合高斯分布的随机数，对基于随机数的函数进行周期变化，并对周期变化函数产生的随机数进行存储，包括：
19.分别通过第一改进型box
‑
muller变换器、第二改进型box
‑
muller变换器对(0，1)之间均匀分布的随机数进行一定变化，生成符合高斯分布的随机数x1、x2；
20.对随机数x1做in函数的一定周期变化，并将周期变化函数产生的随机数存储至地址宽度为二分之一m位的存储器rom1；
21.对随机数x2做cos函数的一定周期变化，并将周期变化函数产生的随机数存储至地址宽度为二分之一m位的存储器rom2。
22.优选地，s12中将利用改进型线性同余算法生成的伪随机数序列作为地址，并对按照地址从存储器中得到的值相乘，生成关于随机数的噪声序列随机函数，包括：
23.利用第一改进型线性同余随机地址发生器、第二改进型线性同余随机地址发生器分别生成m位随机数；
24.以有效宽度m为随机数作为m位地址，对应从存储有高斯分布随机数的存储器rom1、rom2中获得相应值y1、y2；
25.将相应值y1、y2相乘，得到符合正态分布的关于随机数的噪声序列随机函数，即得到视频白噪声序列。
26.优选地，所述第一改进型线性同余随机地址发生器、第二改进型线性同余随机地址发生器中均包含改进型线性同余算法；
27.所述改进型线性同余算法的递推公式为：
28.x
[ii 1]
＝(a*x
[i]
c)mod(m)
[0029]
其中，m为模数，m>0；a为乘数，1<a<m；c为增量常数，0≤c＜m；x0为开始值，一般0≤x0＜m。
[0030]
优选地，所述相应值y1、y2分别表示为：
[0031][0032]
y2＝cos(2π*x2)
[0033]
则关于随机数的噪声序列随机函数y＝y1*y2。
[0034]
优选地，s1中基于视频白噪声序列生成带限视频白噪声干扰序列，包括：
[0035]
对视频白噪声序列进行傅里叶变换，并采用fir滤波器对傅里叶变换后的视频白噪声序列进行带宽控制。
[0036]
优选地，所述fir滤波器的数学表达式用k阶内积表示：
[0037][0038]
其中，y(n)为n时刻fir滤波器的输出，i为fir滤波器的抽头数，h(i)为第i级抽头系数，x(n
‑
i)为延时i个抽头的输入信号。
[0039]
优选地，s2中对带限视频白噪声干扰序列与变换后的函数波形序列的卷积进行傅里叶逆变换，得到干扰信号序列为：
[0040]
g(n)＝ifft[x(n
‑
i)*h(i)]
[0041]
其中，x(n
‑
i)表示傅里叶变换后的函数波形序列，h(i)表示带限视频白噪声干扰序列。
[0042]
优选地，s6中射频发射模块基于调制干扰信号、干扰信号发射幅度码和调制脉冲序列，生成雷达目标干扰信号，包括：
[0043]
压控振荡器将生成的调制干扰信号输入滤波器，将滤波后的调制干扰信号与干扰信号发射幅度码输入数控衰减器，并将调制脉冲序列输入脉冲调制开关对数控衰减器输出信号进行调制，得到雷达目标干扰信号；
[0044]
其中，射频发射模块包括滤波器、数控衰减器、脉冲调制开关和功率放大器。
[0045]
(三)有益效果
[0046]
与现有技术相比，本发明所提供的一种基于数字噪声调制的雷达目标干扰模拟器的实现方法，通过对带限视频白噪声干扰序列与傅里叶变换后的函数波形序列进行卷积，使得生成的雷达目标干扰信号有较好的噪声增益，从而节省了干扰机的能量，同时又能对雷达接收机进行窄带瞄准式、宽带阻塞式干扰和扫频式卷积干扰，降低被干扰雷达接收机中的信噪比，从而降低雷达发现真实目标的概率。
附图说明
[0047]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0048]
图1为本发明的流程示意图；
[0049]
图2为本发明图1中带限视频白噪声干扰序列生成的流程示意图；
[0050]
图3为本发明中改进型线性同余算法的流程示意图；
[0051]
图4为本发明生成的雷达目标干扰信号效果图。
具体实施方式
[0052]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0053]
一种基于数字噪声调制的雷达目标干扰模拟器的实现方法，如图1所示，s1、基于视频白噪声序列生成带限视频白噪声干扰序列，同时生成函数波形序列，并对函数波形序列进行傅里叶变换。
[0054]
图2中视频白噪声序列的生成方法，包括：
[0055]
s11、将均匀分布的随机数经过一定变化，生成符合高斯分布的随机数，对基于随机数的函数进行周期变化，并对周期变化函数产生的随机数进行存储；
[0056]
s12、将利用改进型线性同余算法生成的伪随机数序列作为地址，并对按照地址从存储器中得到的值相乘，生成关于随机数的噪声序列随机函数。
[0057]
s11中将均匀分布的随机数经过一定变化，生成符合高斯分布的随机数，对基于随
机数的函数进行周期变化，并对周期变化函数产生的随机数进行存储，包括：
[0058]
分别通过第一改进型box
‑
muller变换器、第二改进型box
‑
muller变换器对(0，1)之间均匀分布的随机数进行一定变化，生成符合高斯分布的随机数x1、x2；
[0059]
对随机数x1做in函数的一定周期变化，并将周期变化函数产生的随机数存储至地址宽度为二分之一m位的存储器rom1；
[0060]
对随机数x2做cos函数的一定周期变化，并将周期变化函数产生的随机数存储至地址宽度为二分之一m位的存储器rom2。
[0061]
本技术技术方案中，为了进一步提升随机性和节省存储空间，分别将周期变化的in函数、cos函数产生的随机数存储至地址宽度为二分之一m位的存储器rom1、rom2。
[0062]
s12中将利用改进型线性同余算法生成的伪随机数序列作为地址，并对按照地址从存储器中得到的值相乘，生成关于随机数的噪声序列随机函数，包括：
[0063]
利用第一改进型线性同余随机地址发生器、第二改进型线性同余随机地址发生器分别生成m位随机数；
[0064]
以有效宽度m为随机数作为m位地址，对应从存储有高斯分布随机数的存储器rom1、rom2中获得相应值y1、y2；
[0065]
将相应值y1、y2相乘，得到符合正态分布的关于随机数的噪声序列随机函数，即得到视频白噪声序列。
[0066]
第一改进型线性同余随机地址发生器、第二改进型线性同余随机地址发生器中均包含改进型线性同余算法；
[0067]
改进型线性同余算法的递推公式为：
[0068]
x
[ii 1]
＝(a*x
[i]
c)mod(m)
[0069]
其中，m为模数，m>0；a为乘数，1<a<m；c为增量常数，0≤c＜m；x0为开始值，一般0≤x0＜m。
[0070]
如图3所示，对于本发明而言，要产生周期为32768的随机地址，那么设置m为2
15
＝32768显然不合适。为了能够遍历1～32768之间所有数，充分体现随机性，可以设置m为2
20
＝1048576，然后将输出的数据除以25＝32后取整处理；这里a取2即可，通过仿真得到的效果符合条件；c取0可以提高生成速度，节约硬件资源。
[0071]
改进型线性同余算法，在每次算法达到m周期后，变更开始值x0，以增加随机性，达到更好的效果。这样就会产生另外一组周期为m，但数据不完全相同的序列。理想情况下可以做到周期为m2。
[0072]
改进型线性同余随机地址发生器经过一定的递推具有固定周期的伪随机数序列，产生的序列周期足够长，满足均匀性和独立性，就能够在特定条件下具有与真正随机数发生器相似的性质，以改进线性同余算法，进一步增加周期性，产生的随机数具有更好的工程实现效果。
[0073]
以有效宽度m为随机数作为m位地址，对应从存储有高斯分布随机数的存储器rom1、rom2中获得相应值y1、y2。其中，相应值y1、y2分别表示为：
[0074][0075]
y2＝cos(2π*x2)
[0076]
则关于随机数的噪声序列随机函数y＝y1*y2，该函数符合正态分布。
[0077]
s1中基于视频白噪声序列生成带限视频白噪声干扰序列，包括：
[0078]
对视频白噪声序列进行傅里叶变换，并采用fir滤波器对傅里叶变换后的视频白噪声序列进行带宽控制。
[0079]
fir滤波器的数学表达式用k阶内积表示：
[0080][0081]
其中，y(n)为n时刻fir滤波器的输出，i为fir滤波器的抽头数，h(i)为第i级抽头系数(单位脉冲响应)，x(n
‑
i)为延时i个抽头的输入信号。
[0082]
fir滤波器采用直接形式结构，其是由一个“抽头延迟线”加法器和乘法器集合构成，其中抽头系数应用matlab窗函数法进行设计。窗函数设计的基本思想是要选取某一合适的理想频率选择性滤波器，然后将其脉冲响应截断获得一个线性相位和因果的fir滤波器。根据给定的滤波器技术指标，选用汉宁窗设计，根据噪声不同带宽、过度带、截止频率、阻带衰减和带内波纹生成相应的抽头系数。为了节省fpga空间，在编写软件时将抽头系数采用数组的方式操作。通过选择不同的抽头系数，实时更新fir滤波电路，完成不同噪声带宽的选择，也可以通过生成特定滤波电路类型而得到不同的噪声。
[0083]
s1中生成函数波形序列，并对函数波形序列进行傅里叶变换，其中函数波形序列由函数波形序列发生器生成。函数波形序列发生器采用dds技术，其主要由相位控制字、频率控制字、相位累加器、幅度控制字组成，产生不同频率、不同幅度调制、不同相位调制的方波、锯齿波、正弦波等函数波形序列，并对函数波形序列进行傅里叶变换。
[0084]
s2、对带限视频白噪声干扰序列与变换后的函数波形序列的卷积进行傅里叶逆变换，得到干扰信号序列，并基于干扰信号序列得到模拟干扰信号序列。
[0085]
对带限视频白噪声干扰序列与变换后的函数波形序列的卷积进行傅里叶逆变换，得到干扰信号序列为：
[0086]
g(n)＝ifft[x(n
‑
i)*h(i)]
[0087]
其中，x(n
‑
i)表示傅里叶变换后的函数波形序列，h(i)表示带限视频白噪声干扰序列。
[0088]
本技术技术方案中，对干扰信号序列进行da转换、增益放大得到模拟干扰信号序列。
[0089]
s3、生成voc调谐频率直流偏置电压幅度码，并基于voc调谐频率直流偏置电压幅度码得到模拟直流偏置电压值；
[0090]
s4、将模拟干扰信号序列与模拟直流偏置电压值叠加输入压控振荡器的调谐电压输入端，压控振荡器产生目标频率范围内带有数字噪声的调制干扰信号，并传输给射频发射模块；
[0091]
s5、生成干扰信号发射幅度码及不同占空比的调制脉冲序列，并传输给射频发射模块；
[0092]
s6、射频发射模块基于调制干扰信号、干扰信号发射幅度码和调制脉冲序列，生成雷达目标干扰信号。
[0093]
其中，射频发射模块基于调制干扰信号、干扰信号发射幅度码和调制脉冲序列，生
成雷达目标干扰信号，包括：
[0094]
压控振荡器将生成的调制干扰信号输入滤波器，将滤波后的调制干扰信号与干扰信号发射幅度码输入数控衰减器，并将调制脉冲序列输入脉冲调制开关对数控衰减器输出信号进行调制，得到雷达目标干扰信号。
[0095]
本技术技术方案中，对voc调谐频率直流偏置电压幅度码进行da转换、增益放大得到模拟直流偏置电压值。射频发射模块包括滤波器、数控衰减器、脉冲调制开关和功率放大器。
[0096]
本技术技术方案中，当系统工作在窄带瞄准式、宽带阻塞式干扰方式时，函数波形序列发生器关断效果，同时关断卷积以及傅里叶逆变换，只有带限视频白噪声干扰序列发生器经过da转换、增益放大后加到压控振荡器vco上，噪声频谱的中心位置通过加到压控振荡器vco调谐频率的直流偏置电压幅度大小来控制，噪声调频3db带宽通过加到压控振荡器vco上的带限视频白噪声干扰序列的幅值来控制。视频噪声的幅度范围是可变的，不同幅度的视频噪声通过压控振荡器vco后将得到不同带宽的调频噪声。通过调节加到压控振荡器vco频率调谐的直流偏置电压幅度可以控制噪声频谱中心位置，将噪声再通过射频发射模块以后就可以得到所需工作频段的雷达目标干扰信号。
[0097]
而扫频式卷积干扰由函数波形序列发生器产生不同的函数波形序列，对函数波形序列进行傅里叶变换，带限视频白噪声干扰序列与变换后的函数波形序列的卷积进行傅里叶逆变换，得到数字调制噪声干扰信号序列。此时，提供一个瞬时的扫频卷积干扰噪声，干扰频谱的中心位置通过加到压控振荡器vco调谐频率的直流偏置电压幅度大小来控制，将噪声再通过射频发射模块以后就可以得到所需工作频段的雷达目标干扰信号。
[0098]
图4为采用本技术技术方案产生的1mhz视频白噪声序列通过压控振荡器vco调频，产生出大于500mhz阻塞干扰噪声信号的建模仿真效果图。在通带范围内的噪声具有均匀的功率谱密度，且具有可调节的瞬时干扰带宽，具有很高的工程实现价值。
[0099]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。