1、基于 Simulink 的电子对抗接收机动态仿真 位林营 吴微露 许军 国防科技大学电子对抗学院 摘 要： 分析和仿真 DDS 和 PLL 频率合成器组成的混合频率合成器的基本原理, 利用Simulink 系统仿真软件工具包对电子对抗侦察接收机中的混合频率合成单元、中频单元进行仿真, 通过封装的仿真信号发生单元为该仿真系统提供混合射频输入信号, 最后给出了仿真实例。实验结果表明, 该仿真系统能够对不同频率的 DSB、FM 信号进行超外差接收, 在通信对抗装备研究和教学过程中具有一定的参考价值。关键词： 系统仿真; DDS; 频率合成; Simulink; 作者简介：位林营 (1994) , 男
2、, 硕士, 主要研究方向为通信对抗装备系统状态评估;作者简介：吴微露 (1973) , 女, 博士, 副教授, 主要研究方向为通信对抗装备;作者简介：许军 (1972) , 男, 硕士, 高级工程师, 主要研究方向为电子对抗。收稿日期：2017-08-07Dynamic Simulation of Electronic Countermeasure Receiver based on SimulinkWEI Lin-ying WU Wei-lu XU Jun School of Electronic Warfare, National University of Defense Technol
3、ogy; Abstract： The basic principle of a hybrid frequency synthesizer consisting of DDS and PLL frequency synthesizers is analyzed and simulated. Simulink system simulation software toolkit is used to simulate the hybrid frequency synthesizer and IF unit in electronic countermeasure reconnaissance re
4、ceiver. The simulation signal generation unit provides the mixed RF input signal for the simulation system. Finally, a simulation example is given in this paper. The experimental results indicate that the simulation system could implement super-heterodyne receiving of DSB and FM signals with differe
5、nt frequencies. And this is of certain reference value in the research and teaching process of communication countermeasure equipment.Keyword： system simulation; DDS; frequency synthesis; Simulink; Received： 2017-08-070 引言信息化战场中, 信息收集依托“战场信息探测体系”, 信息传输依托“战场信息分发体系”, 信息使用依托“战场指挥控制体系”。其中, “战场信息分发体系”的侦察
6、和干扰压制是通信对抗的主要研究目标。超外差接收机是通信对抗系统中最基本的技术体制。本文利用 Simulink 工具箱对侦察系统各个单元的信号传输状态进行动态仿真, 为系统的维护和通抗装备教学演示提供了支撑。1 侦察接收机动态仿真分析1.1 超外差接收机系统仿真设计超外差接收机在电子对抗系统中被广泛使用, 天线接收到的射频信号通过放大、混频、滤波将信号搬移到固定的通带范围内形成中频信号, 再将中频信号送入处理器进行分析、解调处理1。超外差接收机的接收带宽、频率分辨力等参数直接影响接收系统的性能, 也决定了整个电子对抗系统的性能指标。参照某型电子对抗装备的接收系统框图, 在 Simulink 环境
7、下建立如图 1 所示的超外差接收机的仿真系统。仿真系统包含三个部分:信号发生单元、混合频率合成单元和中频单元。在系统各个模块之间放置示波器和频谱仪, 以便随时观测信号时域和频域的变化情况。图 1 通信对抗侦察接收机 Simulink 仿真模型 下载原图1.2 信号发生单元仿真设计将 30 Hz20 k Hz 范围内的单音正弦波信号首先进行 DSB 和 FM 调制。调制后的信号送入不同信噪比的高斯信道中, 通过累加器形成接收信号, 组成信号输入模块。利用 Simulink 提供的集成模块仿真不同射频接收信号2, 并对 DSB 调制信号发生子系统 (如图 2 (a) 所示) 、FM 调制信号发生子
8、系统分别进行封装, 最后对整个混合调制信号也进行封装 (如图 2 (b) 所示) 。图 2 为混合调制信号发生框图。图 2 混合信号仿真发生模型 下载原图1.3 混合频率合成单元仿真设计频率合成器是电子对抗系统中非常重要的部件。在电子对抗接收机中, 频率合成器的频率、带宽、变换速度、频率稳定度、频谱纯度等都有很高的要求3。用 DDS 技术与锁相环相结合的方式, 能够为电子对抗系统提供宽工作频率范围、高频率分辨力、快速频率转换性能的标准参考信号。DDS 主要由相位累加器、波形存储器、数模转换器以及低通滤波器组成4。在参考时钟的驱动下, 相位累加器对频率控制字进行累加。根据相位累加器输出的相位序列
9、去寻址 ROM, 并输出相应的幅度码。该幅度码经过 DAC 变换后形成阶梯波形, 最后通过低通滤波器滤除高频部分, 得到平滑的正弦波信号。根据频率合成器原理, 实现直接数字频率合成器 DDS 的仿真5, 如图 3 所示。系统仿真中对其进行了封装, 其中图 3 (a) 为封装的直接数字频率合成器的内部结构, 图 3 (b) 为 DDS 阶梯波形形成子系统。图 3 直接数字频率合成器模型 下载原图直接数字频率合成器 DDS 输出端信号为:其中 fc为本振频率。通过改变频率控制字 K 和频率寄存器位数 N 来产生相应频率的正弦波信号。DDS 输出信号频率为锁相环技术是目前应用非常广泛的一种频率合成手
10、段6, 其基本框图如图 4 所示。图 4 PLL 频率合成器原理 下载原图锁相环频率合成器的输出频率 fout=finXY, 其中 fin为输入频率。可以通过调整 X、Y 来调整频率合成器的输出频率。把 DDS 的输出作为 PLL 频率合成器的输入, 构成混合式的频率合成器, 如图 5所示。PLL 频率合成器固有的频率分辨力与频率转换速率之间的矛盾, 通过 DDS的高频率分辨力特性得以弥补, 将 DDS 输出的低频率高精度信号经过 PLL 进行倍频输出 2KN 高 XY 频 fc 率。信号。混合式的频率合成器的输出频率为图 5 混合式频率合成器模型 下载原图本文仿真过程中, 假设本振频率 fc
11、=400 k Hz, 频率寄存器 N=48 位, X=25, Y=1。要对频率为 15 k Hz 的信号进行解调, 令频率控制字 K=1.207 527 650 088 710, 输出一本振信号频率为 fout=429.0 k Hz。二本振信号频率为 400 k Hz, 经混频、滤波得到固定中频信号频率为 14 k Hz。2 仿真结果分析电子对抗侦察接收机的仿真过程中, 利用信号发生器产生 15 k Hz DSB 信号与30 k Hz FM 信号的混合信号波形。它的混合信号波形图和频谱图分别如图 6、图 7 所示。图 6 信号发生器产生的混合信号波形 下载原图图 7 混合信号的频谱 下载原图其
12、中 DSB 信号的基带信号是频率为 1 k Hz 的正弦波。将这样的混合波形注入信号通道内, 同混频器输出的两个本振进行混频 (其中, 一混频器输出 429 k Hz信号, 如图 8 所示, 二混频器输出 400 k Hz 信号, 如图 9 所示) , 在中频单元内完成信号的变化和处理, 得到频率为 14 k Hz 的中频信号, 其信号波形及频谱图分别如图 10、图 11 所示。经过检波得到基带信号, 如图 12 所示。图 8 一混频器输出波形 下载原图图 9 二混频器输出波形 下载原图图 1 0 中频信号波形 下载原图图 1 1 中频信号频谱 下载原图图 1 2 解调输出波形 下载原图其中,
13、 图 8 为一混频器输出波形, 其频谱中存在 399 k Hz、414 k Hz、444 k Hz、459 k Hz 的谐波。图 9 为二混频器输出波形, 其频谱中存在 14 k Hz、814 k Hz 的谐波。利用信号发生器产生 30 k Hz DSB 信号与 15 k Hz FM 信号的混合信号波形。其中, FM 信号的基带信号是频率为 500 Hz 的正弦波, 其混合信号波形图及频谱图分别如图 13、图 14 所示。一混频器输出波形如图 15 所示, 二混频器输出波形如图 16 所示, 中频信号输出波形及频谱如图 17、图 18 所示。经过解调得到基带信号, 如图 19 所示。图 1 3
14、 混合信号波形图 下载原图图 1 4 混合信号频谱图 下载原图图 1 5 一混频器输出波形 下载原图图 1 6 二混频器输出波形 下载原图图 1 7 中频信号波形 下载原图图 1 8 中频信号频谱 下载原图图 1 9 解调输出波形 下载原图经实验验证, 该仿真系统能够将不同调制样式、不同频率的信号降频成便于计算机处理的中频信号。3 结语本文利用 Matlab 仿真软件工具包 Simulink 对通信对抗侦察接收机进行仿真研究, 主要分析混合式频率合成单元的工作原理, 实现了 DDS+PPL 混合式频率合成的仿真实验。仿真结果表明, 本仿真系统能很好地模拟电子对抗接收单元, 模型具有合理性和可靠
15、性, 对实际的装备教学及装备维修具有一定的参考意义。参考文献1吴微露, 丁亚飞.通信对抗接收机建模与 Simulink 动态仿真J.计算机工程, 2010, 36 (02) :223-224.WU Wei-lu, DING Ya-fei.Modeling and Simulink Dynamic Simulation of Communication Countermeasure ReceiverJ.Computer Engineering, 2010, 36 (02) :223-224. 2邵玉斌.Matlab/Simulink 通信系统建模与仿真实例分析M.北京:清华大学出版社, 2008
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