基于时域差分的无线电引信高功率微波干扰效果评估

熊 波，王 栋，曾 鑫，卫永平

(1．海军航空工程学院兵器科学与技术系，山东 烟台 264001；2．海军航空工程学院研究生管理大队，山东 烟台 264001；3．海军参谋部，北京 100071；4．淮海工业集团有限公司，山西 长治 046012)

基于时域差分的无线电引信高功率微波干扰效果评估

熊 波1，王 栋2，曾 鑫3，卫永平4

(1．海军航空工程学院兵器科学与技术系，山东烟台264001；2．海军航空工程学院研究生管理大队，山东烟台264001；3．海军参谋部，北京100071；4．淮海工业集团有限公司，山西长治046012)

针对能量或功率准则不能真实反映HPM干扰效果的问题，提出了基于时域差分的无线电引信高功率微波干扰效果评估方法。该方法通过建立惯性时间电路的时域差分模型来得到引信电路的时域输出结果。仿真结果表明，基于时域差分的HPM干扰效果评估方法能真实地反映HPM的高功率、短脉冲特性。

时域差分；高功率微波；伪码脉冲无线电引信；干扰效果

0 引言

利用强电磁脉冲干扰或毁伤电子设备是近年来发展起来的有效电磁干扰手段。高功率微波(HPM)通常指辐射频率在1～300 GHz 范围内，脉冲功率在1 GW 级以上的微波脉冲。从杀伤机理上看，HPM具有“软”、“硬”杀伤能力[1-4]。目前，国内对无线电引信的HPM效应评估一般是基于辐照实验来进行研究，而且以炮弹无线电引信为主[5-7]。从我们前期进行的HPM辐照试验来看，HPM很难对导弹引信电路造成“硬”杀伤，但有可能造成引信误启动[8]。因此，需要对HPM的作用机理和干扰效应进行分析评估。

常规电子对抗对无线电引信的干扰效果一般都是从能量或功率的角度出发进行评估的[9]。而HPM干扰与常规电子干扰的区别在于：HPM具有瞬时功率高、脉冲持续时间短的特点，在引信惯性时间电路中的响应不能简单地选取稳定输出的结果，因此常规的能量或功率准则不能反映HPM干扰的真实效果。鉴于此，本文提出了基于时域差分的HPM干扰效果评估方法。

1 伪码脉冲无线电引信工作原理

引信采用伪码调相脉冲无线电引信，引信信号处理流程如图1所示[10]。

图1 引信信号处理模型Fig.1 Signal processing model of the fuse

值得注意的是，其中相关器只是对相位调制进行了解码，并没有求取m序列的自相关函数，而是通过后续的多普勒滤波器完成干扰信号的抑制。相关器处理完成以后的信号理论上为多普勒频率调制的脉冲序列，经过多普勒滤波器可取出多普勒频率包络曲线，其频域能量集中在一条谱线上。如果解码错误或出现干扰信号，则频域能量不能完全集中到一条谱线上。相关函数的傅里叶变换对应信号的能量谱，而并非频谱[11]。

(1)

而m序列的自相关函数为双值自相关函数：

(2)

式中，τ为延迟时间；n为整数；P为m序列周期。

由式(1)、式(2)可以得出信号频谱的归一化幅度为：

(3)

2 基于时域差分的HPM干扰效果评估

对于HPM干扰，由于其具有高功率、短脉冲的特点，除了考虑功率的影响之外，还必须考虑短脉冲在惯性时间电路中的响应输出。如果仅仅通过信号处理之后的功率对比对其干扰效果进行评估，很难得出准确的结论。因此， HPM对引信的干扰效果评估必须建立包括惯性时间电路在内的完整信号处理模型。惯性时间电路的响应输出是超越方程，无法直接得到输入-输出表达式。采用数字信号处理和时域差分相结合的仿真建模方法，首先通过数字信号处理得到滤波放大后的信号；然后再通过解时域差分方程的方法，对惯性时间电路的实际输出进行计算，可以完成HPM对伪码脉冲无线电引信的干扰效果评估。

引信的惯性时间电路可以等效为图2所示的单刀双掷开关[12]。

图2 惯性时间电路示意图Fig.2 Inertial time circuit diagram

当输入信号Ui为正脉冲时，开关1接通，信号通过R1对电容C充电，电容C上的电压响应为：

(4)

当输入信号Ui为负脉冲时，开关2接通，电容C通过R2放电，输出电压Uo响应为：

Uo=-R2CsUc=-τ2sUc

(5)

为了防止大脉冲造成引信误启动，充电时间常数τ1和放电时间常数τ2都远大于信号脉冲宽度，并且满足τ1≫τ2。

将式(4)、式(5)用时域差分方法进行计算即可得到惯性时间电路的实时输出。

3 计算机仿真

3.1 正常回波信号仿真

根据引信信号处理流程，在Matlab中建立仿真模型。目标回波信号的相关参数：信号电平As=0.01 V，脉冲宽度τs=10 ns，信号占空比1∶20，脉冲重频fs=1 MHz。无线电引信前置放大器增益为10 dB，限幅放大器增益为30 dB，限幅为10 V，多普勒滤波器带宽为10～30 kHz，惯性时间电路充电时间常数为1.4 ms，放电时间常数为280 ms。

引信回波信号经过前置放大、相关器后如图3(a)所示，经过多普勒滤波器后如图3(b)所示。

图3 引信回波信号Fig.3 Echo signal of the fuse

从图3可以看出，回波信号经相关处理后，信号幅度为多普勒频率包络。其频谱如图4(a)所示，经过多普勒滤波器后的频谱如图4(b)所示。

图4 回波信号频谱Fig.4 Frequency spectrum of the echo signal

从图4中可以看出，滤波器输出为标准的谱线，而且能量基本没有损失，说明滤波器的设计是正确的。

多普勒滤波器输出信号经限幅放大、惯性电路积分输出如图5所示。

图5 回波信号积分输出Fig.5 Integral output of the echo signal

从图5可以看出，信号经惯性电路积分后输出比较平滑，经过一个m序列周期的积累后输出电平约为0.5 V。

3.2 HPM干扰信号仿真

HPM脉冲相关参数为：脉冲信号电平AJ=0.1 V、脉冲宽度τJ=5 ns、脉冲重频fJ=1 MHz，脉冲正好落入引信距离波门，引信参数与仿真一相同。

HPM脉冲经前置放大、相关器处理后结果如图6(a)所示，经多普勒滤波器滤波输出结果如图6(b)所示。

图6 HPM干扰信号Fig.6 HPM jamming signal

从图6(a)可以看出，HPM脉冲本身没有采用相位调制，相关处理实际是对其进行m序列调相。从图6(b)可以看出，HPM干扰信号经多普勒滤波器输出后仍有比较大的幅度。

HPM信号频谱如图7(a)所示，经过相关处理后的HPM信号频谱如图7(b)所示。

图7 HPM干扰信号经相关处理前后的频谱Fig.7 Frequency spectrum of jamming signal before and after coherent processing

对比图7(a)、(b)可以看出，经过相关器处理后信号频谱降低约10 dB，与式(3)的分析结果基本吻合。

经多普勒滤波器滤波输出的信号频谱如图8所示。

图8 经多普勒滤波器输出的信号频谱Fig.8 Signal spectrum by Doppler filter

从图8(b)中可以看出，HPM干扰信号的滤波输出基本覆盖了多普勒滤波器的带宽，而不是标准的谱线。

惯性电路的响应如图9所示。

图9 干扰信号积分输出Fig.9 Integral output of the jamming signal

从图9可以看出，积分电路的输出约为1 V，比图5目标回波信号的输出电平高3 dB。

3.3 仿真结果分析

4 结论

本文提出了基于时域差分的无线电引信HPM干扰效果评估方法，该方法通过建立惯性时间电路的时域差分模型来得到引信电路的时域输出结果。通过对正常回波信号和HPM干扰信号两种情况进行仿真分析发现，在频率对准的情况下，只要HPM进入引信距离门，就可以对引信成功实施欺骗干扰，与前期试验结果吻合，表明基于时域差分的HPM干扰效果评估方法能真实反映HPM的高功率、短脉冲特性，得到准确的仿真结果。

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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：信号处理，无线电信号侦察识别。E-mail:flybird_30@sohu.com。

TJ43

：A

：1008-1194(2017)04-0001-04