一種常見衛(wèi)星干擾信號生成方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設計了一種常見衛(wèi)星干擾信號生成方法，它與擴頻通信、衛(wèi)星通信等研究 方向相關，屬于衛(wèi)星通信技術領域。
【背景技術】
[0002] 衛(wèi)星通信本身具有覆蓋面積廣，部署快速，通信傳輸線路穩(wěn)定，通信系統(tǒng)投資不受 通信距離長短的影響，便捷的組網(wǎng)和通信地點幾乎不被地理環(huán)境所影響等特點。從90年代 W來，衛(wèi)星通信得到了高速的發(fā)展，但同時由于其自身特點的限制及所處環(huán)境的影響，正常 的衛(wèi)星通信往往易被來自地面各種各樣、故意或無意的射頻信號所干擾，進一步說，因為其 系統(tǒng)的開放性，極易接收到一些惡意的信號干擾。所W，研究衛(wèi)星通信的干擾技術，解決通 信的安全問題，提高通信保障，具有很重要的意義。
[0003]復雜的電磁環(huán)境中存在自然的和人為的干擾，該些干擾對于衛(wèi)星通信系統(tǒng)進行準 確的信息傳輸有著重要的影響，同時衛(wèi)星通信系統(tǒng)在不同干擾下的性能也是一項重要指 標，因此在研制衛(wèi)星通信系統(tǒng)設備的過程中評估設備的抗干擾性能是一項重要的研制環(huán) 節(jié)，通過測試設備在不同干擾下的表現(xiàn)可W準確評估衛(wèi)星通信設備的抗干擾性能。
[0004] 普通的實驗場地中自然出現(xiàn)的干擾信號的類型和參數(shù)并不能人為的控制，實驗場 地的電磁環(huán)境無法實現(xiàn)所研制設備所處電磁環(huán)境的真實性，要將研制的設備運送到其所處 的環(huán)境中測試，需要花費很高的人力、財力資源，因此依賴于干擾源模擬系統(tǒng)來模擬真實的 干擾電磁環(huán)境，進行系統(tǒng)實驗和測試是一個快捷、高效的手段。生成的衛(wèi)星干擾信號可W真 實的模擬干擾環(huán)境，對設備的抗干擾效果做出準確的評估，其目的在于縮短新設備的研制 周期，節(jié)約研制時間，節(jié)省研制經(jīng)費。衛(wèi)星干擾信號模擬的主要任務是通過計算機設定需要 模擬的干擾類型及干擾參數(shù)，通過數(shù)字電路產(chǎn)生干擾信號，在實驗室內形成逼真的電磁信 號環(huán)境，從而驗證衛(wèi)星通信設備在正常運行中抗干擾的能力。

【發(fā)明內容】

[0005] 1、發(fā)明目的：
[0006] 本發(fā)明提出了一種常見衛(wèi)星干擾信號生成方法，其目的是能夠在衛(wèi)星通信實驗場 產(chǎn)生類型和參數(shù)可控的干擾信號，形成逼真的電磁信號環(huán)境，從而驗證衛(wèi)星通信設備在正 常運行中抗干擾的能力，該設計能夠應用于諸如航天測控的各種測試場景。
[0007] 2、技術方案；
[0008] 該項設計由主控計算機與現(xiàn)場可編程口陣列（即FPGA)共同完成，其總體結構設 計如圖1所示。該方法能夠產(chǎn)生測試中常用的窄帶、寬帶、脈沖和多徑干擾。
[0009] 本發(fā)明一種常見衛(wèi)星干擾信號生成方法，該方法包含如下步驟：
[0010] 步驟一；干擾信號選擇
[0011] 該方法可W讓測試人員根據(jù)測試需求選擇要生成的干擾信號，測試人員可W在主 控計算機上通過圖形界面選擇窄帶、寬帶、脈沖或多徑干擾信號，同時輸入相應干擾信號參 數(shù)，完成系統(tǒng)初始化設置，主控計算機將輸入?yún)?shù)轉換為FPGA配置參數(shù)下發(fā)到FPGA，根據(jù) 運算生成干擾信號，如圖2所示；
[0012] 步驟二：窄帶、寬帶干擾信號生成
[0013]窄帶、寬帶干擾信號由高斯白噪聲生成，所謂高斯白噪聲實際就是滿足獨立同高 斯分布條件的隨機數(shù)，產(chǎn)生的高斯白噪聲，通過一定的限帶措施后，即可得到窄帶、寬帶干 擾信號；
[0014] 設計中首先采用斐波那契序列產(chǎn)生[0, 1)均勻分布的隨機數(shù)，將均勻分布的隨機 數(shù)變換成高斯分布的隨機數(shù)采用的是中屯、極限定理；X1，X2，X3…為統(tǒng)計獨立和同分布的隨 機變量，且均值為y，方差為02〉0，n個隨機變量之和為Sn=XI巧2巧3"'+Xn，則新的隨機 變量化：
[0015]
[0016] 當n足夠大時，化滿足均值為0,方差為1的標準正太分布N(0, 1)。
[0017] 對n個[0, 1)均勻分的布隨機數(shù)，取y= 1/2, 0 2 = 1/12,得；
[0018]
[0019] 即為所需的標準高斯分布隨機數(shù)；
[0020] 設計中，取n= 48,得到計算式；
[0021] 為了獲得不同帶寬的高斯白噪聲，在獲得了高斯隨機數(shù)后，將其通過一個系數(shù)可 重配置的濾波器，即可獲得帶寬可控的帶限高斯白噪聲。設計中濾波器采用系數(shù)對稱的125 階有限長單位沖激響應（即FIR)濾波器，系統(tǒng)根據(jù)外部輸入的干擾帶寬，計算出FIR濾波 器系數(shù)，將其裝載到FPGA的先入先出隊列（即fifo)中，同時根據(jù)輸入的載噪比，計算出信 號功率；FPGA內部將產(chǎn)生的高斯白噪聲通過FIR濾波器，再與信號功率相乘，最終輸出窄帶 與寬帶干擾信號，如圖3所示；
[0022] 步驟S;脈沖干擾信號生成
[0023] 脈沖干擾信號分為二相編碼與線性調頻信號兩部分，如圖4所示；設計中采用占 空比和信號帶寬兩種控制方式對數(shù)據(jù)進行控制，占空比控制方式計算過程如下：
[0024]t=r*T*fs/n
[002引其中，t為每個編碼數(shù)據(jù)占用的時鐘計數(shù)，r表示占空比，T為脈沖周期，f；表示系 統(tǒng)時鐘頻率，n為一個周期內編碼數(shù)據(jù)個數(shù)。設計中選用13位己克碼，因此，n取值為13; [002引 Tcnt=T*fs
[0027] 其中，T。。,表示一個脈沖周期占用的時鐘計數(shù)；
[0028]若采用帶寬控制方式則需根據(jù)輸入信號帶寬計算出相應參數(shù)，其計算過程如下：
[0029]t=fs/B
[0030] 其中，t為每個編碼數(shù)據(jù)占用的時鐘計數(shù)，f；表示系統(tǒng)時鐘頻率，B為輸入的脈沖 -W- fiV 巧見。
[0031] 一個脈沖周期的時鐘計數(shù)計算方法與占空比方式相同；主控計算機軟件將計算得 到的t與T。。,下發(fā)到FPGA進行編碼數(shù)據(jù)時序控制；
[0032] 線性調頻信號需要外部輸入調頻信號帶寬B，調頻方向，占空比r與脈沖周期T;系 統(tǒng)根據(jù)調頻方向計算出載波頻率控制字，計算公式為
[0033]
[0034] 其中，f。為載波頻率控制字，n為選用的數(shù)控振蕩器（即NC0)位數(shù)，+的選取取 決于線性調頻的方向。
[00巧]線性調頻頻率偏移通過下列公式計算
[0036]
[0037] 上位機軟件將計算好的基準頻率控制字和頻率偏移通過外設部件互連標準（即 P訊總線接口傳到FPGA，F(xiàn)PGA內部將頻率控制字與頻率偏移進行累加，驅動載波NC0生成 不同頻率的正余弦信號，最后，將數(shù)據(jù)與載波進行調制生成脈沖干擾信號；
[0038] 步驟四：多徑干擾信號生成
[0039]多路徑是指接收機除接收到衛(wèi)星信號的直射波之外，還接收到直射波的一份甚至 多份反射波的現(xiàn)象；多路徑在不同時間、不同地方通常表現(xiàn)出不同的特征；當某一衛(wèi)星發(fā) 生多路徑干擾時，接收天線接收到該信號的直射波及其若干份反射波，于是接收機隨后所 處理的射頻信號是該些直射波與反射波的疊加；
[0040] 將直射波信號簡寫為
[0041]S(t) =Ac(t)d(t)sin(2 3Tft)
[0042] 其中，A為信號幅度，c(t)為偽碼，d(t)則表示數(shù)據(jù)，f為載波頻率。信號經(jīng)過反 射后可W表示為如下公式
[0043] S-;(t) =a為;t-r〇rf任一rjsm(2'jr/t+A供）
[0044] 上式中，為反射波信號幅值，Ti表示反射波相對于直射波的信號延時，卸;隸示 反射波相對于直射波的載波相位變化；由此可W看出，多徑干擾的模擬主要體現(xiàn)在信號幅 度W及信號延時方面；
[0045] 設計中，主控計算機軟件提供直射波信號與反射波信號功率比W及多徑干擾信號 相對于直射波信號延時，用戶可W手動輸入W上信息W模擬多徑干擾；
[0046