文獻標識碼: A
文章編號: 0258-7998(2012)07-0048-03
無線通信技術的迅速發展和廣泛應用給人們的生活帶來了極大的便利,但同時也會被違法犯罪分子所利用,使失密、泄密的渠道更加難以控制。通過無線通信手段的失密、泄密問題日益嚴峻, 同時也向保密技術和電子對抗技術提出了極大的挑戰。無線通信是一個開放的電子通信系統, 防止通過無線通信手段的失密行為最直接的方法就是在必要時對一定空間范圍內的無線接收機進行壓制式干擾, 使其無法正常接收發射機發射的信號[1]。
壓制性干擾的定義為用噪聲或噪聲樣的干擾信號遮蓋或淹沒有用信號, 阻止對方用電磁波獲取目標信息。壓制性干擾按頻譜特性一般可分為寬帶阻塞式、瞄準式和掃頻式三大類。每種方式都有其特點和應用場合[2-4]。
傳統的壓制系統壓制方式單一,頻率范圍小,系統結構復雜。本文提出一種結合模擬和數字方式,由FPGA作為主控,基于DDS原理的壓制系統。本壓制系統同時具備三種壓制方式,頻率范圍大,中心頻率和帶寬步進可調。
1 系統基本原理
系統方案框圖如圖1所示。
高斯分布的基帶噪聲由噪聲二極管齊納擊穿產生,經調理電路放大后,由ADC采樣后送入核心處理器進行處理。在FPGA中構建偽隨機序列雖然相對不復雜,但序列長度有限,實時性不好,所以本文仍然采用模擬的方式產生真正的噪聲。在FPGA中構建的DDS模塊為本系統的核心。DDS的基本原理如圖2所示[5-6]。其輸出頻率fout=M×fclk/2N。其中,M為頻率控制字,N為波形查找表的位數,本系統使用20 bit;fclk為參考時鐘,是本設計的DDS模塊實際工作的等效時鐘。FPGA選用Altera公司Stratix II系列芯片,系統倍頻后的工作頻率為140 MHz,四通道并行處理等效時鐘為560 MHz[7-8],故輸出信號的頻率分辨率為Δf=fclk/2N=534 Hz。為了與標準射頻設備兼容,本系統輸出fout是中心頻率為70 MHz的中頻信號,對應的中心頻率控制字為M0=217(0x20000)。以寬帶阻塞式壓制為例,介紹頻率控制字的生成方法。
根據相關文獻,寬帶阻塞式壓制一般選用噪聲調頻信號。噪聲調頻信號的時域表達式為:
為上變頻后的頻譜圖,(c)圖為中心頻率500 MHz、帶寬1 MHz的噪聲調頻信號,(d)圖為中心頻率300 MHz、帶寬20 kHz的噪聲調頻信號。從圖中可以看出,輸出信號頻譜分布與理論設計基本一致。
在2010年及以前的幾年中,每次國家統一的大型考試中,通過無線電監測均能發現數個非法信號在傳輸作弊信息,但僅靠教育說服已不能完全杜絕,且每次僅能發現幾個參與作弊的帶接收設備進入考場的考生,極大地影響了考試公平,造成了不好的影響。在2011年底到2012年初的幾次考試中,在相關執法部門的配合下,通過使用本設備,配合我校研制的監測和定位設備,使大部分非法接收設備無法正常接收信號,并繳獲發送設備數臺,抓獲犯罪分子數人,保證了考試的公平公正。
本系統同樣可以在電子戰中作干擾源裝備部隊,應用于雷達對抗、電子干擾等。
本系統DDS信號輸出為標準70 MHz中頻信號,可與市場上的大部分廠家的上變頻器和功放接口,進一步擴大其頻率輸出范圍和功率輸出范圍,應用到更多的場合。
參考文獻
[1] 呂波,張曉發.噪聲壓制式手機干擾機設計[J].電子工程師,2004,30(6):28-30.
[2] 胡修林,熊小蘭.典型壓制性干擾的建模與仿真[J].自動化技術與應用,2006,25(12):75-77.
[3] 洪韜,王超,張學斌.壓制式毫米波干擾模擬器設計[J].電子技術應用,2008,34(8):97-99.
[4] 呂波,張曉發,袁乃昌.數字噪聲調頻寬帶干擾源設計[J].電測與儀表,2008,20(1):54-57.
[5] 戈立軍,吳虹,司敏山.基于DDS技術的FM信號發生器的設計及其FPGA實現[J].南開大學學報(自然科學版),2007,40(6):95-99.
[6] 周俊峰.基于FPGA的直接數字頻率合成器的設計和實現[J].電子技術應用,2002,28(12):74-76.
[7] 徐鑫,凌小峰,宮新保.寬帶噪聲調頻信號產生系統的數字化硬件實現[J].航天電子對抗,2009,25(5):47-50.
[8] 周國富.基于FPGA的并行DDS[J].電子技術應用,2007,33(10):41-43.
[9] 鄧耀華,吳黎明,張力鍇,等.基于FPGA的雙DDS任意波發生器設計與雜散噪聲抑制方法[J].儀器儀表學報,2010,30(11):2256-2262.
[10] 田書林,劉科,周鵬.基于雙DDS的高速任意波形發生器實現技術[J].儀器儀表學報,2004,25(8):557-560.