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根据Simulink的猝发通讯体系数据链体系仿真及功能剖析

本文应用Matlab/Simulink软件平台构建猝发通信系统的仿真系统模型;利用Simulink环境的图形化建模能力和功能模块库开发了同步解调模型库。

未来战场必是网络中心战格式下的体系一体化作战,用于制导的兵器数据链是其间重要一环。一般兵器数据链用于传输方针信息,信息量小,但要求信息传输有必要牢靠,一起将来战场通讯处于杂乱的电磁环境中,要求兵器数据链有必要具有低截获、抗搅扰功用。根据此,现在的兵器数据链一般选用扩频技能进行信息传送。
  
  
1扩频体系原理
  
  扩展频谱(Spread Spectrum)技能是将基带信号的频谱扩展至较宽的频带上,然后再进行传输的一种宽带信号传输办法,它行将发送的制导信息或导弹回传信息用伪随机序列扩展到一个适宜的频带上,行将原始信息的能量在频带上进行扩展,然后下降了信号被发现的风险,增加了敌方搅扰的难度(需求搅扰的规模变大了)。
  
  接纳端运用与发送端相同的伪随机序列对接纳到的扩频信号进行相关处理,恢复出本来的信息,搅扰信号因为与伪随机序列不相关,在接纳端被扩展,使落入信号频带内的搅扰信号功率大大下降,然后进步了体系的输出信噪比,到达抗搅扰意图,一起扩频信号在传输时的谱密度很低,可使信号淹没在噪声中,不易被敌人截获、侦测,因此具有较强的低截获特性。
  
  数据链直扩体系原理见图1。在发送端信源经过加密和编码后的输出信号a(t)是码元持续时刻为Ts的信息流,伪随机码为c(t),每一伪随机码码元宽度或切普(chip)宽度为Tc。将信号a(t)与伪随机码c(t)进行模2加,发生一速率与伪随机码速率相同的扩频序列,然后再经过调制后经过天线发射。经过调制后发送的信号可用式(1)表明:

  
  在接纳端,经放大和混频后,用与发送端同步的伪随机序列对中频的扩频调制信号进行相关解扩,检测器接纳到的扩频信号可用式(2)表明:

  
  关于搅扰信号和噪声而言,因为与伪随机序列不相关,在相关解扩器的效果下,相当于进行了一次扩频。搅扰信号和噪声频谱被扩展后,其谱密度下降,这样就大大下降可进入信号通频带内的搅扰功率,使解调器的输入信干比进步,然后进步了体系的抗搅扰才能。
  
  扩频技能尽管在民用通讯范畴已取得广泛运用,但在导弹兵器体系中还没有老练运用。为到达低截获、抗搅扰意图,制导信息选用猝发传送,信息传输时刻时刻短,因此在接纳端有必要进行快速同步。

  
  因为收发两边的频率差异形成接纳端的初始同步时刻长,一起收发两边相对运动及形成接纳端载波、伪码的多普勒频移及一次、二次改变率,导致载波、伪码同步情况杂乱,为满意高检测概率、低漏警概率和快速捕获时刻,以及满意弹载设备的小型化要求,弹载接纳设备有必要选用高效的同步战略并进行相应的算法优化、归纳等。

  
2根据Simulink的体系仿真
  
  本文运用Matlab/Simulink软件渠道构建猝发通讯体系的仿真体系模型;运用Simulink环境的图形化建模才能和功用模块库开发了同步解调模型库。经过在中频的信道仿真有用地防止了参加载频所带来的高采样率。经过仿真验证了体系规划的正确性,一起剖析了中频输入信号强度改变时,信噪比与捕获概率的联系,为体系目标分配供给了根据。
  
  2.1Simulink简介
  
  Simulink作为Matlab的重要组成部分,是交互式动态体系建模、仿真和剖析的图形环境,是进行根据模型的嵌入式体系开发的根底开发环境。运用它能够针对通行体系进行体系的建模、仿真和剖析等作业。
  
  Simulink支撑线性和非线性体系、接连时刻体系、离散时刻体系、接连和离散混合体系,并且体系能够是多进程的。它供给了友爱的图形界面(GUI),模型由模块组成的框图来表明。用户建模经过简略的单击和拖动鼠标的动作就能完结,使得建模十分简单,比传统的仿真软件包愈加直观、便利、灵敏。

2.2根据Simulink的体系模型组成
  
  考虑到加解密迭代基本不牵涉误码率问题,当以进步体系误码率的思维进行算法仿真时,去掉加解密环节;考虑到射频的影响首要在于多普勒效应和射频器材的热噪声,故将其影响直接折算到中频上,这样可有用防止射频带来的高采样率问题。
  
  整个体系仿真模型由三部分组成:信源信道模块、快速同步解调处理模块、验证处理模块。体系仿真框图如图2所示。

  
  (1)信源信道模块
  
  信源信道模块组成见图3。首要功用是为产品的算法仿真供给模仿输入信号,进行信源数据的编码、扩频、调制、多普勒频移及多普勒加速度模仿、信噪比模仿。编码选用RS编码,扩频选用挑选来源多项式和初相的方法挑选适宜的m序列作为扩频码,优点是能够根据实践需求进行实时修正,而不影响扩频解扩的算法仿真结构,为将来的仿真开展带来灵敏性。

  因为要进行误码率剖析,故选用运用顶层M文件生成信息数据并保存至计算机内存,再从内存中读出数据并进行采样的方法输出待调制数据。选用AWGNChannel仿真一个加性高斯白噪声信道。此信道的信噪比能够依照三种方法设置:Eb/N0,Es/N0,SNR,本仿真依照SNR的方法设置信道的信噪比。
  
  中频选用70 MHz载波调制输出。
  
  (2)快速同步解调处理模块
  
  是本仿真体系的要点,完结对中频信号的采样、下变频、数字匹配滤触及功率处理、峰值判别与频率查找、峰值捕获判别、PN码盯梢及载波同步、数据解调、译码。其间采样、下变频、预处理、数字匹配滤触及功率、载波同步模块选用Simulink中的模块建立而成,而完结操控部分的峰值判别与频率查找、峰值捕获判别、PN码盯梢杂乱逻辑选用C言语封装的Simulink-S函数模块完成。
  
  (3)验证处理模块
  
  完结对解调数据的误码率判别,对要害参数的记载和实时过后处理。本模型中每一次仿真的成果,在顶层M文件的操控下保存为相应的*.mat文件,在仿真悉数完毕后,调用此存储的文件编程进行过后数据处理。
  
  仿真原理图如图4所示。

 
  
3仿真成果及功用剖析
  
  为便于完成仿真参数的修正,及进行批量仿真,仿真模型的参数设置及仿真条件设置悉数由顶层M文件完成。此次仿真首要意图是测验信号不同输入功率时,在各信噪比条件下的功用情况。测验成果如下:


  
  图5是输入信号功率为-20 dBm,信噪比为-16 dB时的门限与峰值联系图。

图6是输入信号功率为-30 dBm,信噪比为-16 dB时的门限与峰值联系图。

  图7是输入信号强度分别为0 dBm,-10 dBm,-20 dBm,-30 dBm,-40 dBm时不同信噪比与捕获概率的联系图。
  
  从图7能够看出,信噪比大于-14 dB时,输入信号强度为0~-30 dBm皆能满意体系功用要求;信噪比大于-15 dB时,输入信号强度为-10~-30 dBm时,捕获概率能满意体系要求;信噪比大于-16 dB时,输入信号强度为-20 dBm和-30 dBm时捕获概率能满意体系要求。考虑到在Simulink环境下尽管对截位进行了模仿,可是实践硬件运转中还或许发生的其他的影响,故实践运用仍会有差异。根据对实践硬件的测验成果,实践中频直扩接纳机的功用与仿真成果有3~4 dB的差异,但这种差异是可接受的,仿真成果剖析能够为体系目标分配供给了根据。
  
  
4体系目标分配浅析
  
  一般通讯体系的接纳方与发送方有必定的间隔,当间隔确守时有必要确认接纳方的动态规模,一般接纳体系的动态规模由射频动态规模和中频动态规模两部分组成,当折算到中频解调的信噪比确守时,则射频动态规模也随之确认。
  
  假定一个接纳体系的灵敏度为-100 dBm,动态规模为90 dB,即体系输入信号从-10~-100 dBm时要求接纳体系解调数据误码率输出能够满意要求,假如体系给中频分配的目标是输入信号强度为0 dBm,则射频的动态规模就有必要为90 dB;假如体系给中频分配的目标是0~-30 dBm,则射频的动态规模则变为60 dB。
  
  中频接纳机的动态规模首要取决于A/D的动态规模、信号处理算法及数字处理电路自身的噪声,因为现在A/D的动态规模较大,所以实践中频接纳机的动态规模首要取决于信号处理算法自身,如整个体系资源答应的截位处理,有无内部AGC处理等。
  
  经过仿真剖析咱们能够看到,假如体系分配功用目标时,恰当发掘中频接纳机的动态才能,一方面能够相应进步中频接纳机的功用,如输入信号强度为0 dBm,信噪比大于-14 dB时解调数据方能满意体系要求,而输入信号为-30 dBm时能够在信噪比为-16 dB时仍能满意体系误码率要求,这样就相当于进步了整个体系的接纳才能;另一方面也减轻了射频的动态规模,相应下降了射频组件的本钱。中频接纳机算法的规划一般并不触及硬件本钱,而射频目标的进步却必以硬件本钱的进步为价值。因此假如体系合理分配目标,则能够使整个接纳体系的性价比得到进步。
  
  
5结语
  
  在对数据链技能、扩展频谱通讯体系作业原理及Matlab/Simulink功用和特色的介绍的根底上,运用Matlab/Simulink软件渠道构建了某猝发数据链通讯体系仿真渠道;运用Simulink环境的图形化建模才能和完善的功用模块库,开发了部件模型库。尽管本体系的同步算法还有待于进一步的优化,但经过对体系的快速捕获才能的仿真剖析,以及在不同输入信号强度下信噪比与捕获概率功用情况的测验,为体系进行组件目标分配供给了根据。

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