本發(fā)明屬于無人機數(shù)據(jù)鏈抗干擾領域，具體指一種無人機數(shù)據(jù)鏈測試用電磁干擾信號復現(xiàn)系統(tǒng)。

背景技術：

隨著電子信息技術的不斷發(fā)展，無人機數(shù)據(jù)鏈所處的電磁環(huán)境越來越復雜，充斥著各種電磁信號，主要包括通信信號、導航信號、雷達信號以及敵方惡意的干擾信號等。根據(jù)電磁信號的來源，將無人機數(shù)據(jù)鏈電磁環(huán)境分為自然電磁環(huán)境和人為電磁環(huán)境兩類。人為電磁環(huán)境又可以分為對抗信號電磁環(huán)境和非對抗信號電磁環(huán)境。其中對抗信號電磁環(huán)境包括通信對抗電磁環(huán)境、雷達對抗電磁環(huán)境、光電對抗電磁環(huán)境等，而非對抗電磁信號環(huán)境則主要指民用方面的信號電磁環(huán)境，包括移動通信電磁環(huán)境和其他民用電磁環(huán)境。

無人機數(shù)據(jù)鏈起到連接無人機與地面控制中心的紐帶作用，無人機數(shù)據(jù)鏈的通信性能直接關系到無人機系統(tǒng)的整體性能，而電磁環(huán)境中的干擾信號是危害無人機數(shù)據(jù)鏈性能的主要因素。圖1為無人機數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)及電磁環(huán)境示意圖。(a)表示無人機1和地面控制站2之間的雙向通信，(b)表示人為電磁環(huán)境3對地面控制站2的干擾，(c)表示人為電磁環(huán)境3對無人機1的干擾，(d)和(e)分別表示自然電磁環(huán)境4對地面控制站2和無人機1的干擾。

作為無人機系統(tǒng)的主要組成部分，無人機數(shù)據(jù)鏈的可靠性至關重要。無人機數(shù)據(jù)鏈在正式投入使用前，最重要也是最基本的環(huán)節(jié)是進行數(shù)據(jù)鏈的安全可用性評估。目前，無人機測控數(shù)據(jù)鏈的可靠性必須通過無人機在真實環(huán)境里進行試飛檢驗。此方法耗資高、耗時長，而且對于無人機平臺存在巨大的風險。如果能有一種模擬真實電磁干擾信號的系統(tǒng)，在人工干預下對無人機數(shù)據(jù)鏈進行有目的、有針對性地干擾，將極大地降低無人機數(shù)據(jù)鏈的可靠性測試成本。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種無人機數(shù)據(jù)鏈測試用電磁干擾信號復現(xiàn)系統(tǒng)和復現(xiàn)方法，所述復現(xiàn)系統(tǒng)在已知無人機數(shù)據(jù)鏈所處環(huán)境干擾信息的前提下，能對無人機在動態(tài)飛行過程中數(shù)據(jù)鏈所受到的干擾環(huán)境進行動態(tài)模擬再現(xiàn)，為無人機數(shù)據(jù)鏈抗干擾測試提供逼真的測試環(huán)境。

本發(fā)明所述的電磁干擾信號復現(xiàn)系統(tǒng)，使用任意波形發(fā)生器、數(shù)控衰減器、全向天線、頻譜儀和兩臺個人計算機，其中一臺計算機用作測試機發(fā)送干擾指令，另一臺用作干擾復現(xiàn)機接收干擾指令并生成具體干擾波形和衰減數(shù)據(jù)。兩臺計算機之間通過UDP協(xié)議發(fā)送和接收干擾指令，干擾復現(xiàn)機與任意波形發(fā)生器之間通過網(wǎng)線連接，干擾復現(xiàn)機與數(shù)控衰減器通過串口連接。主要控制工作在干擾復現(xiàn)機完成。所述任意波形發(fā)生器與頻譜儀之間電纜連接，數(shù)控衰減器與全向天線之間電纜連接。

應用所述的無人機數(shù)據(jù)鏈測試用電磁干擾信號復現(xiàn)系統(tǒng)，進行電磁干擾信號復現(xiàn)，具體步驟如下：

第一步，用戶在干擾復現(xiàn)機選擇控制模式。若為本控模式，則干擾復現(xiàn)機接收測試機發(fā)送的干擾指令；若為分控模式，則干擾復現(xiàn)機手動輸入干擾參數(shù)和衰減參數(shù)；

第二步，干擾復現(xiàn)機判斷干擾參數(shù)是否在允許范圍內(nèi)；

第三步，生成干擾波形；

第四步，數(shù)控衰減器根據(jù)衰減參數(shù)對實際波形進行功率衰減，復現(xiàn)波形；

第五步，干擾復現(xiàn)機向測試機發(fā)送回報。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)采用計算機、任意波形發(fā)生器和數(shù)控衰減器聯(lián)合工作模式，由計算機軟件控制任意波形發(fā)生器進行波形生成，控制數(shù)控衰減器設置干擾功率，實現(xiàn)了電磁干擾信號的動態(tài)復現(xiàn)；

(2)采用了兩種工作模式：本控和分控。本控模式下接收測試機發(fā)送的干擾指令，可實現(xiàn)控制過程自動化，分控模式下可手動輸入干擾參數(shù)，對干擾信號進行設置。兩種工作模式互補，適用于不同的控制需求；

(3)利用Matlab與任意波形發(fā)生器建立連接并計算和下載波形，可生成(一定范圍內(nèi))任意參數(shù)和形狀的干擾波形。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有無人機數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)及電磁環(huán)境示意圖；

圖2是本發(fā)明的復現(xiàn)系統(tǒng)的組成示意圖；

圖3是本發(fā)明復現(xiàn)系統(tǒng)中干擾復現(xiàn)機的組成示意圖；

圖4是本發(fā)明復現(xiàn)方法流程圖。

圖中：

1.無人機； 2.地面控制站； 3.人為電磁環(huán)境； 4.自然電磁環(huán)境；

5.測試機； 6.干擾復現(xiàn)機； 7.任意波形發(fā)生器； 8.數(shù)控衰減器；

9.全向天線； 10.頻譜儀。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。

本發(fā)明首先提供一種無人機數(shù)據(jù)鏈測試用電磁干擾信號復現(xiàn)系統(tǒng)，如圖2所示，所述的復現(xiàn)系統(tǒng)包括使用任意波形發(fā)生器7、數(shù)控衰減器8、全向天線9、頻譜儀10和兩臺個人計算機，其中一臺計算機用作測試機5發(fā)送干擾指令，另一臺用作干擾復現(xiàn)機6接收干擾指令或者本地生成干擾指令，并生成具體干擾波形數(shù)據(jù)和衰減數(shù)據(jù)。所述測試機5和干擾復現(xiàn)機6之間通過網(wǎng)線連接，通過UDP協(xié)議發(fā)送和接收干擾指令，干擾復現(xiàn)機6與任意波形發(fā)生器7之間通過網(wǎng)線連接，干擾復現(xiàn)機6與數(shù)控衰減器8通過串口線連接，任意波形發(fā)生器7與數(shù)控衰減器8之間通過串口線連接。所述任意波形發(fā)生器7與頻譜儀10之間電纜連接，數(shù)控衰減器8與全向天線9之間電纜連接。其中，任意波形發(fā)生器7根據(jù)干擾復現(xiàn)機6提供的干擾波形數(shù)據(jù)生成實際波形；數(shù)控衰減器8根據(jù)干擾復現(xiàn)機6提供的衰減系數(shù)，對任意波形發(fā)生器7生成的實際波形進行衰減，得到最終的復現(xiàn)干擾波形。全向天線9用于發(fā)送數(shù)控衰減器8中復現(xiàn)的干擾波形供于后續(xù)工作，頻譜儀10用于觀測任意波形發(fā)生器7中生成的實際波形。

所述的測試機5內(nèi)設置有干擾指令發(fā)送模塊，用于發(fā)送干擾指令給干擾復現(xiàn)機6。所述的干擾復現(xiàn)機6包括控制模式選擇模塊、參數(shù)顯示模塊、參數(shù)設置模塊、波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊、波形顯示和下載模塊、狀態(tài)回報模塊，如圖3所示，用戶根據(jù)測試需要在干擾復現(xiàn)機6的控制模式選擇模塊中選擇本控或分控控制模式。如果是選擇分控模式，由干擾復現(xiàn)機6中的參數(shù)設置模塊設置干擾參數(shù)和衰減參數(shù)，并在參數(shù)顯示模塊進行提取和顯示。其中干擾參數(shù)包括干擾類型、中心頻率、帶寬等，衰減參數(shù)包括衰減器類型及衰減值。如果是本控模式，測試機5內(nèi)的干擾指令發(fā)送模塊遠程發(fā)送干擾指令給干擾復現(xiàn)機6。所述的干擾指令包括干擾參數(shù)和衰減參數(shù)。所述干擾指令通過UDP協(xié)議發(fā)送，UDP協(xié)議內(nèi)容如表1所示。

表1干擾參數(shù)UDP協(xié)議內(nèi)容

在本控模式下，測試機5發(fā)送的干擾指令在干擾復現(xiàn)機6的參數(shù)顯示模塊中進行提取并在界面上顯示；波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊接收參數(shù)顯示模塊中的干擾參數(shù)并生成相應的干擾波形；波形顯示和下載模塊根據(jù)干擾波形繪制仿真波形，并為用戶顯示；同時，將干擾波形下載至任意波形發(fā)生器7，在任意波形發(fā)生器7中生成實際波形；狀態(tài)回報模塊在仿真波形成功生成以及干擾波形下載后，向測試機5發(fā)送狀態(tài)回報，測試機5可根據(jù)回報狀態(tài)進行下一步操作。

以上模塊中，干擾指令發(fā)送模塊、控制模式選擇模塊、參數(shù)顯示模塊、參數(shù)設置模塊采用C++程序?qū)崿F(xiàn)，所述的波形顯示和下載模塊采用C++程序和Matlab程序?qū)崿F(xiàn)，波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊由Matlab后臺完成。

本發(fā)明還提供一種應用所述的復現(xiàn)系統(tǒng)進行電磁干擾信號的復現(xiàn)方法，如圖4所示流程，所述復現(xiàn)方法具體步驟如下：

第一步，用戶在干擾復現(xiàn)機6選擇控制模式。

若為本控模式，則測試機5根據(jù)表1所示的UDP協(xié)議內(nèi)容發(fā)送干擾指令給干擾復現(xiàn)機6。所述的干擾指令包括干擾參數(shù)和衰減參數(shù)。

若為分控模式，干擾復現(xiàn)機6停止接收來自測試機5的干擾指令，在干擾復現(xiàn)機6手動選擇干擾類型并設置干擾參數(shù)和衰減參數(shù)。其中干擾參數(shù)決定信號波形形狀，衰減參數(shù)決定干擾信號功率。

對于不同的干擾類型，需發(fā)送或設置不同的干擾參數(shù)：對于單音干擾，干擾參數(shù)為中心頻率f₀；對于多音干擾，干擾參數(shù)為中心頻率f₀和帶寬B，考慮到干擾復現(xiàn)機6和任意信號發(fā)生器的運算處理能力，單音間隔設定為0.5MHz；對于移動通信基站干擾，設定其為QAM16調(diào)制方式，干擾參數(shù)為中心頻率f₀和帶寬B；對于集群通信基站干擾，設定其為QAM4調(diào)制方式，干擾參數(shù)為中心頻率f₀和帶寬B；對于廣播電視信號干擾，設定其為OFDM調(diào)制方式，干擾參數(shù)為系統(tǒng)頻率f₀′和載波偏置f_c，過采樣率設置為8，F(xiàn)FT長度設置為64；對于雷達信號干擾，設定其脈沖形狀為升余弦脈沖，干擾參數(shù)為中心頻率f₀和帶寬B，其中脈沖寬度設置為2ms，重復間隔為8ms，上升時間和下降時間均為20ns。

對于不同的信號波段，需發(fā)送不同的衰減器類型指令。本發(fā)明主要針對于UHF波段(500MHz～700MHz)和C波段(4GHz～5GHz)，故所需選擇的衰減器類型有兩種，衰減值設定在0dB～30dB之間，步進0.5dB。衰減參數(shù)協(xié)議內(nèi)容如表2所示。

表2衰減參數(shù)協(xié)議內(nèi)容

第二步，參數(shù)顯示模塊提取和顯示干擾參數(shù)。

參數(shù)顯示模塊首先判斷干擾參數(shù)是否在允許范圍內(nèi)，如果是，對干擾參數(shù)進行顯示并轉(zhuǎn)第三步，否則，轉(zhuǎn)第一步重新設置或接收干擾參數(shù)。判定方法如下：

對于干擾參數(shù)，若干擾類型為單音干擾，則其中心頻率應在500MHz～700MHz或4GHz～5GHz之間；若干擾類型為多音干擾，則其中心頻率應在500MHz～700MHz或4GHz～5GHz之間，帶寬應在1MHz～50MHz之間；若干擾類型為移動通信基站干擾，則其中心頻率應在500MHz～700MHz或4GHz～5GHz之間，帶寬應在10MHz～70MHz之間；若干擾類型為集群通信基站干擾，則其中心頻率應在500MHz～700MHz或4GHz～5GHz之間，帶寬應在1MHz～10MHz之間；若干擾類型為廣播電視信號干擾，則其系統(tǒng)頻率應在500MHz～700MHz之間，載波偏置應在10MHz～20MHz之間；若干擾類型為雷達干擾，則其中心頻率應在4GHz～5GHz之間，帶寬應在1MHz～5MHz之間。對于衰減參數(shù)，中心頻率小于1GHz時衰減器類型應為UHF衰減，中心頻率大于4GHz時衰減器類型應為C衰減；衰減值應在0dB～30dB之間，且為0.5的整數(shù)倍。

第三步，生成干擾波形；

干擾復現(xiàn)機將接收到或設置的(在允許范圍之內(nèi)的)干擾參數(shù)發(fā)送給波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊，波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊根據(jù)接收或設置的干擾參數(shù)和干擾類型，調(diào)用不同的波形函數(shù)，計算干擾波形數(shù)據(jù)，生成干擾波形。所述的干擾波形發(fā)送到波形顯示和下載模塊中，所述的波形顯示和下載模塊根據(jù)干擾波形繪制仿真波形并進行顯示，同時將所述的干擾波形下載至任意波形發(fā)生器7用于產(chǎn)生實際波形，并通過串口線發(fā)送給數(shù)控衰減器8。

第四步，數(shù)控衰減器根據(jù)衰減參數(shù)進行功率衰減；

干擾復現(xiàn)機6中的衰減參數(shù)通過RS232串口協(xié)議下發(fā)至相應的數(shù)控衰減器8，對實際波形進行衰減，得到最終復現(xiàn)的干擾波形。對于UHF波段(500MHz～700MHz)選擇U衰減器，對于C波段(4GHz～5GHz)選擇C衰減器，衰減值設定在0dB～30dB之間，步進0.5dB。

第五步，復現(xiàn)波形，向測試機5發(fā)送回報。

若干擾波形生成且下載成功，干擾復現(xiàn)機6中的狀態(tài)回報模塊向測試機5發(fā)送狀態(tài)成功回報；若干擾波形生成失敗或下載失敗，干擾復現(xiàn)機6中的狀態(tài)回報模塊向測試機5發(fā)送狀態(tài)失敗回報，系統(tǒng)暫停。

用多音干擾、集群通信基站干擾和雷達干擾進行波形復現(xiàn)測試，其中多音干擾中心頻率為4.5GHz，帶寬為5MHz，單音間隔為0.5MHz，單音數(shù)目為10；集群通信基站干擾中心頻率為4.5GHz，帶寬為10MHz；雷達干擾中心頻率為4.5GHz，帶寬為5MHz。經(jīng)測試，復現(xiàn)的干擾信號與仿真所繪的信號波形基本一致。