伪随机码调相脉冲多普勒复合调制引信

一、特点

这种引信有以下特点：

（1）可同时获得距离和速度信息。

（2）采用窄脉冲取样、距离门选通和伪随机码相关检测，调制信号的复包络模糊函数近似为“图钉”型，距离分辨力好。在码元宽度之外至脉冲周期结束，其自相关函数的电平为零，具有“绝对”截止的距离特性，这有别于连续波伪随机码调相引信。所以，该种引信具有良好的距离截止特性和抗干扰能力。

（3）在码周期时间对应的距离内有不模糊的距离测量。

二、复合调制引信发火控制系统的组成及工作原理

伪随机码0/π调相脉冲多普勒复合调制引信发火控制系统基本组成框图如图10-18所示。它由时序电路、发射电路、接收电路、信号处理电路、执行级电路和电源等组成。

图10-18　复合调制引信发火控制系统组成框图

时序电路由时钟产生器、调幅脉冲“A”产生器、距离门选通脉冲“B”产生器、伪随机码调相“C”脉冲产生器、相关参考码“D”脉冲延时器组成。主要功能是在时钟脉冲作用下，产生时序严格的各序列脉冲。

发射部分由射频振荡源、定向耦合器、0/π调相器、脉冲调制器、微波功率放大器、馈线和发射天线组成。其功能是向预定空间发射一定功率的、经伪随机码0/π调相、由周期脉冲取样的射频脉冲信号。载波相位变化依伪随机码0/1取值而定。

接收部分由接收天线、馈线、距离门选通电路、混频器、视频放大器组成。接收由距离选通的射频信号，经零中频混频器，输出被多普勒频率调制的伪随机码双极性视频脉冲序列，并经视频放大处理。

信号处理电路由伪随机码相关器及有关电路组成。主要完成伪码相关解调（由双极性视频脉冲变为单极性视频脉冲），多普勒信号检波等时域、频域处理，以获取目标特征信息，并在弹目交会适当的位置上输出启动信号。

参照图10-19所示的复合调制引信工作波形，以七位编码为例，复合调制引信工作过程简述如下。

图10-19　复合调制引信工作波形图

射频源振荡器输出稳定的正弦电压UCW（t），经定向耦合器输到0/π调相器上。调相器在伪随机码“C”脉冲的作用下，对射频信号的相位进行0°或180°二相调制。调制后的信号在脉冲调制器经“A”脉冲取样后，送微波功率放大器放大，由发射天线向预定空间辐射。

由目标反射的部分回波信号Ur（t）被接收天线接收，经传输线输送到距离门选通电路，在距离门“B”脉冲内的回波信号送到混频器与参考本振信号进行混频。距离门“B”脉冲外的回波信号将被抑制。混频器的参考本振信号是从射频源取得的少量连续波信号。混频器输出的零中频双极性视频伪码信号幅度被多普勒频率调制。该信号经视频放大处理后，送至伪码相关器，并与来自相关本地码延时器的“D”脉冲信号进行相关处理。

如果被距离门选通的目标回波信号与相关本地码“D”脉冲完全一致时，相关器输出的多普勒信号幅值最大；如果回波信号的延时与相关本地码“D”脉冲延时稍有差别时，相关器输出信号振幅下降，并且输出中包含有多普勒频率和编码信号的频率成分；如果目标回波信号延时与相关本地码“D”脉冲延时差别大于一个码元宽度而又小于下一个码元到来之时，因在距离门之外，相关器的输出为零。当目标回波信号延时与相关本地码“D”脉冲延时差为调制脉冲重复周期的整倍数时，因其极性差异而不相关。此时，相关器输出主要是编码信号频率成分，滤波器输出的多普勒频率信号的幅值很小，将下降至完全相关时的1/P（其中P为伪随机序列的周期，当P足够大时，1/P近似为零）。相关器输出的多普勒信号，经时域、频域处理，获取目标特征信息和弹目交会信息，从而完成目标检测，并按预定起爆条件，形成引信启动信号，触发执行级电路输出起爆信号。

复合调制引信对回波信号进行距离选通和与本地码相关检测两次处理。因此，可以有效抑制引信作用距离之外的背景杂波和有源干扰信号，从而有较强的抗干扰性能。

三、复合调制引信发火控制系统信号分析

参阅图10-19，复合调制引信各点信号波形数学表达式如下（忽略各信号的初始相位）。

射频振荡源输出信号为

调相器输出信号为

脉冲调制器输出信号为

其中

发射信号为

以上各式中，A为对应各点信号的幅值；ω0为载波角频率；cn（t）取值为0或1，与伪随机码序列中的0、1状态相对应；TR为调制脉冲周期；τA为调制脉冲宽度。

接收天线接收到的目标回波信号为

式中，R（t）为弹目间瞬时距离；cn（t-τR）取值为0或1；ωd为多普勒角频率；τR为弹目间距离的时延。

经距离门脉冲B选通的目标回波信号为

式中，tB为距离门延时时间（引信预定的作用距离对应时间）；τB为距离门的脉冲宽度。

混频器输出信号为(www.xing528.com)

式中，Cnm（t-τR）表示＋1或-1，与伪随机码的极性相对应。

延时器输出延时为τ0的伪随机相关本地码为

滤波器积分时间为T的相关器输出信号为

如果均为1，上式变为

若不考虑多普勒频率的影响，设t′＝t-τ0，τ′＝τR-τ0，并代入式（10-16），可得

式（10-17）即为伪随机码的自相关函数，其值为

式中，P为伪随机序列周期；t0为码元宽度。

UT3（t）的波形如图10-20所示。

图10-20　伪随机码自相关函数

考虑到脉冲“A”的取样作用，相关器的输出为图10-21所示。

图10-21　复合调制引信相关函数

式（10-18）积分结果（未考虑多普勒频率影响）为

式中，k＝0，1，2，…

从图10-21可以看出，在τR＝τ0（τ′＝0）时，即目标处在引信预定的作用距离上，相关器有最大输出；当目标位置对应的τR处在调制脉冲重复周期附近（即在距离副瓣区域）时，因其不相关，相关器输出很小，即与τR＝τ0相比，幅度降低了P倍；在其他位置时，因其脉冲“A”“B”的取样作用，目标处在截止区域，相关器输出为0，可以获得绝对截止的距离特性，从而有很好的抑制地海杂波和抗干扰能力。

四、复合调制探测器参数选择的原则

复合调制探测器的发射回路、接收机前端的设计及参数计算与一般脉冲多普勒引信相同。下面只讨论与伪随机码有关的参数设计、选择和计算。确定伪码参数主要考虑引信总体参数中的距离分辨力、作用距离、距离截止特性和抑制背景杂波干扰能力等技术要求。

1.调制脉冲“A”宽度τA的确定

调制脉冲宽度τA决定了引信作用距离和距离的分辨力。它与距离选通波门脉冲“B”相结合，决定了引信的作用距离、距离截止特性的陡峭程度和引信的安全工作高度。这可由前面图10-21看出。因而τA的最大宽度是由引信的截止距离和距离选通脉冲τB联合确定。τA的最小值受作用距离、工程实现难易程度等因素的限制。

τA可由下式计算：

式中，Rj为截止距离，若调制脉冲“A”和距离门选通脉冲“B”宽度相同，则。

2.相关本地码延迟时间τ0的确定

相关本地码延迟时间τ0由预定的引信作用距离来选取。对于τA脉冲宽度较小，而作用距离范围又较大的，可以采取多个相关器输出叠加的方法来解决。每个相关器的本地码，分别采取相对应的延迟时间。

3.伪随机码码元宽度t0的确定

复合调制引信设计时，为便于系统同步，通常都将伪随机码的码元宽度t0与调制取样脉冲“A”的周期TR选为一致。码元宽度t0时间应大于引信截止距离相对应的时间。考虑到调制相位状态转换到稳定需要的时间、引信电路对脉冲“A”及回波脉冲的延迟时间，码元宽度t0应取为3～5倍的截止距离对应的时间。

4.伪随机码序列周期P的确定

伪随机码序列周期P的选择，主要从四个方面来考虑。

（1）从相关函数的副瓣值1/P来看，P越长，副瓣值越小，抑制背景干扰的能力越强。因而可以根据抑制引信作用距离之外的背景杂波干扰的要求值，来选择P的大小。

（2）为使相关器的滤波器输出的多普勒信号不失真，工程上要求码频率大于4倍的多普勒最大频率，即，按此选取码长P。

（3）由图10-21看出，伪随机码自相关函数是周期性的，周期长为TP＝Pt0，存在模糊距离Ramax＝cPt0/2。在选择P值时，若引信的不模糊工作距离为Ramax，则要求P≥Ramax/（ct0）。

（4）在忽略相关增益的情况下，仅从抑制背景杂波，提高抗干扰性能和使码频率与多普勒信号频率不混淆（码频率被抑制在相关滤波器的通带之外）方面考虑，可以选择较长的码长。