擴展頻譜(Spread Spectrum)技術是將基帶信號的頻譜擴展至較寬的頻帶上,，然后再進行傳輸?shù)囊环N寬帶信號傳輸方法,，它將要發(fā)送的制導信息或?qū)椈貍餍畔⒂脗坞S機序列擴展到一個合適的頻帶上,，即將原始信息的能量在頻帶上進行擴展，從而降低了信號被發(fā)現(xiàn)的危險,，增加了敵方干擾的難度(需要干擾的范圍變大了),。

　　接收端使用與發(fā)送端相同的偽隨機序列對接收到的擴頻信號進行相關處理，恢復出原來的信息,，干擾信號由于與偽隨機序列不相關,，在接收端被擴展，使落入信號頻帶內(nèi)的干擾信號功率大大降低,，從而提高了系統(tǒng)的輸出信噪比,，達到抗干擾目的，同時擴頻信號在傳輸時的譜密度很低,，可使信號淹沒在噪聲中,，不易被敵人截獲、偵測,，因而具有較強的低截獲特性,。

　　數(shù)據(jù)鏈直擴系統(tǒng)原理見圖1。在發(fā)送端信源通過加密和編碼后的輸出信號a(t)是碼元持續(xù)時間為Ts的信息流,，偽隨機碼為c(t),，每一偽隨機碼碼元寬度或切普(chip)寬度為Tc。將信號a(t)與偽隨機碼c(t)進行模2加,，產(chǎn)生一速率與偽隨機碼速率相同的擴頻序列,，然后再經(jīng)過調(diào)制后通過天線發(fā)射。經(jīng)過調(diào)制后發(fā)送的信號可用式(1)表示：

 

　　在接收端,，經(jīng)放大和混頻后，用與發(fā)送端同步的偽隨機序列對中頻的擴頻調(diào)制信號進行相關解擴,，檢測器接收到的擴頻信號可用式(2)表示：

　　對于干擾信號和噪聲而言,，由于與偽隨機序列不相關，在相關解擴器的作用下,，相當于進行了一次擴頻,。干擾信號和噪聲頻譜被擴展后，其譜密度降低,，這樣就大大降低可進入信號通頻帶內(nèi)的干擾功率,，使解調(diào)器的輸入信干比提高，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力,。

　　擴頻技術雖然在民用通信領域已獲得廣泛應用,，但在導彈武器系統(tǒng)中還沒有成熟應用。為達到低截獲,、抗干擾目的,，制導信息采用猝發(fā)傳送,，信息傳輸時間短暫，因而在接收端必須進行快速同步,。

　　由于收發(fā)雙方的頻率差異造成接收端的初始同步時間長,，同時收發(fā)雙方相對運動及造成接收端載波、偽碼的多普勒頻移及一次,、二次變化率,，導致載波、偽碼同步狀況復雜,，為滿足高檢測概率,、低漏警概率和快速捕獲時間，以及滿足彈載設備的小型化要求,，彈載接收裝置必須采用高效的同步策略并進行相應的算法優(yōu)化,、綜合等。

　　2基于Simulink的系統(tǒng)仿真

　　本文應用Matlab／Simulink軟件平臺構建猝發(fā)通信系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)模型,；利用Simulink環(huán)境的圖形化建模能力和功能模塊庫開發(fā)了同步解調(diào)模型庫,。通過在中頻的信道仿真有效地避免了加入載頻所帶來的高采樣率。通過仿真驗證了系統(tǒng)設計的正確性,，同時分析了中頻輸入信號強度變化時,，信噪比與捕獲概率的關系，為系統(tǒng)指標分配提供了依據(jù),。

　　2.1Simulink簡介

　　Simulink作為Matlab的重要組成部分,，是交互式動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的圖形環(huán)境,，是進行基于模型的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的基礎開發(fā)環(huán)境,。使用它可以針對通行系統(tǒng)進行系統(tǒng)的建模、仿真和分析等工作,。

　　Simulink支持線性和非線性系統(tǒng),、連續(xù)時間系統(tǒng)、離散時間系統(tǒng),、連續(xù)和離散混合系統(tǒng),，而且系統(tǒng)可以是多進程的。它提供了友好的圖形界面(GUI),，模型由模塊組成的框圖來表示,。用戶建模通過簡單的單擊和拖動鼠標的動作就能完成，使得建模非常容易,，比傳統(tǒng)的仿真軟件包更加直觀,、方便、靈活,。

　　2.2基于Simulink的系統(tǒng)模型組成

　　考慮到加解密迭代基本不牽涉誤碼率問題,，當以提高系統(tǒng)誤碼率的思想進行算法仿真時,，去掉加解密環(huán)節(jié)；考慮到射頻的影響主要在于多普勒效應和射頻器件的熱噪聲,，故將其影響直接折算到中頻上,，這樣可有效避免射頻帶來的高采樣率問題。

　　整個系統(tǒng)仿真模型由三部分組成：信源信道模塊,、快速同步解調(diào)處理模塊,、驗證處理模塊。系統(tǒng)仿真框圖如圖2所示,。

　　(1)信源信道模塊

　　信源信道模塊組成見圖3,。主要功能是為產(chǎn)品的算法仿真提供模擬輸入信號，進行信源數(shù)據(jù)的編碼,、擴頻,、調(diào)制、多普勒頻移及多普勒加速度模擬,、信噪比模擬,。編碼采用RS編碼，擴頻采用選擇本原多項式和初相的方式選擇合適的m序列作為擴頻碼,，好處是可以根據(jù)實際需求進行實時修改,，而不影響擴頻解擴的算法仿真結構，為將來的仿真發(fā)展帶來靈活性,。

　　因為要進行誤碼率分析,，故采用使用頂層M文件生成信息數(shù)據(jù)并保存至計算機內(nèi)存，再從內(nèi)存中讀出數(shù)據(jù)并進行采樣的方式輸出待調(diào)制數(shù)據(jù),。采用AWGNChannel仿真一個加性高斯白噪聲信道,。此信道的信噪比可以按照三種方式設置：Eb／N0，Es／N0,，SNR,，本仿真按照SNR的方式設置信道的信噪比。

　　中頻采用70 MHz載波調(diào)制輸出,。

 

　　(2)快速同步解調(diào)處理模塊

　　是本仿真系統(tǒng)的重點，完成對中頻信號的采樣,、下變頻,、數(shù)字匹配濾波及功率處理、峰值判斷與頻率搜索,、峰值捕獲判斷,、PN碼跟蹤及載波同步、數(shù)據(jù)解調(diào),、譯碼,。其中采樣,、下變頻、預處理,、數(shù)字匹配濾波及功率,、載波同步模塊采用Simulink中的模塊搭建而成，而完成控制部分的峰值判斷與頻率搜索,、峰值捕獲判斷,、PN碼跟蹤復雜邏輯采用C語言封裝的Simulink-S函數(shù)模塊實現(xiàn)。

　　(3)驗證處理模塊

　　完成對解調(diào)數(shù)據(jù)的誤碼率判斷,，對關鍵參數(shù)的記錄和實時事后處理,。本模型中每一次仿真的結果，在頂層M文件的控制下保存為相應的*．mat文件,，在仿真全部結束后,，調(diào)用此存儲的文件編程進行事后數(shù)據(jù)處理。

　　仿真原理圖如圖4所示,。

 

　　3仿真結果及性能分析

　　為便于實現(xiàn)仿真參數(shù)的修改,，及進行批量仿真，仿真模型的參數(shù)設置及仿真條件設置全部由頂層M文件實現(xiàn),。此次仿真主要目的是測試信號不同輸入功率時,，在各信噪比條件下的性能情況。測試結果如下：

 

　　圖5是輸入信號功率為-20 dBm,，信噪比為-16 dB時的門限與峰值關系圖,。

　　圖6是輸入信號功率為-30 dBm，信噪比為-16 dB時的門限與峰值關系圖,。

　　圖7是輸入信號強度分別為0 dBm,，-10 dBm，-20 dBm,，-30 dBm,，-40 dBm時不同信噪比與捕獲概率的關系圖。

　　從圖7可以看出,，信噪比大于-14 dB時,，輸入信號強度為0～-30 dBm皆能滿足系統(tǒng)性能要求；信噪比大于-15 dB時,，輸入信號強度為-10～-30 dBm時,，捕獲概率能滿足系統(tǒng)要求；信噪比大于-16 dB時,，輸入信號強度為-20 dBm和-30 dBm時捕獲概率能滿足系統(tǒng)要求,。考慮到在Simulink環(huán)境下雖然對截位進行了模擬,，但是實際硬件運行中還可能產(chǎn)生的其他的影響,，故實際使用仍會有差異,。根據(jù)對實際硬件的測試結果，實際中頻直擴接收機的性能與仿真結果有3～4 dB的差異,，但這種差異是可接受的,，仿真結果分析可以為系統(tǒng)指標分配提供了依據(jù)。

　　4系統(tǒng)指標分配淺析

　　通常通信系統(tǒng)的接收方與發(fā)送方有一定的距離,，當距離確定時必須確定接收方的動態(tài)范圍,，通常接收系統(tǒng)的動態(tài)范圍由射頻動態(tài)范圍和中頻動態(tài)范圍兩部分組成，當折算到中頻解調(diào)的信噪比確定時,，則射頻動態(tài)范圍也隨之確定,。

　　假定一個接收系統(tǒng)的靈敏度為-100 dBm，動態(tài)范圍為90 dB,，即系統(tǒng)輸入信號從-10～-100 dBm時要求接收系統(tǒng)解調(diào)數(shù)據(jù)誤碼率輸出能夠滿足要求,，如果系統(tǒng)給中頻分配的指標是輸入信號強度為0 dBm，則射頻的動態(tài)范圍就必須為90 dB,；如果系統(tǒng)給中頻分配的指標是0～-30 dBm,，則射頻的動態(tài)范圍則變?yōu)?0 dB。

　　中頻接收機的動態(tài)范圍主要取決于A／D的動態(tài)范圍,、信號處理算法及數(shù)字處理電路本身的噪聲,，由于目前A／D的動態(tài)范圍較大，所以實際中頻接收機的動態(tài)范圍主要取決于信號處理算法本身,，如整個系統(tǒng)資源允許的截位處理,，有無內(nèi)部AGC處理等。

　　通過仿真分析我們可以看到,，如果系統(tǒng)分配性能指標時,，適當挖掘中頻接收機的動態(tài)能力，一方面可以相應提高中頻接收機的性能,，如輸入信號強度為0 dBm,，信噪比大于-14 dB時解調(diào)數(shù)據(jù)方能滿足系統(tǒng)要求，而輸入信號為-30 dBm時可以在信噪比為-16 dB時仍能滿足系統(tǒng)誤碼率要求,，這樣就相當于提高了整個系統(tǒng)的接收能力,；另一方面也減輕了射頻的動態(tài)范圍，相應降低了射頻組件的成本,。中頻接收機算法的設計通常并不涉及硬件成本,，而射頻指標的提升卻必以硬件成本的提升為代價。因而如果系統(tǒng)合理分配指標,，則可以使整個接收系統(tǒng)的性價比得到提高,。

 

　　5結語

　　在對數(shù)據(jù)鏈技術,、擴展頻譜通信系統(tǒng)工作原理及Matlab／Simulink功能和特點的介紹的基礎上,，應用Matlab／Simulink軟件平臺構建了某猝發(fā)數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)仿真平臺,；利用Simulink環(huán)境的圖形化建模能力和完善的功能模塊庫，開發(fā)了部件模型庫,。雖然本系統(tǒng)的同步算法還有待于進一步的優(yōu)化,，但通過對系統(tǒng)的快速捕獲能力的仿真分析，以及在不同輸入信號強度下信噪比與捕獲概率性能狀況的測試,，為系統(tǒng)進行組件指標分配提供了依據(jù),。