《电子技术应用》
您所在的位置:首页 > 可编程逻辑 > 设计应用 > 基于FPGA的压制性干扰源的研究与设计
基于FPGA的压制性干扰源的研究与设计
来源:电子技术应用2012年第7期
苗新法,张小磊
兰州交通大学 电子与信息工程学院,甘肃 兰州730070
摘要: 提出了一种新型压制系统的设计方案,基于现场可编程门阵列作主控,通过直接数字频率合成技术实现中频信号,通过混频的方式进行频谱搬移。系统具有宽带阻塞式、瞄准式和扫频式三种压制方式,且压制带宽和中心频率步进可调。实测结果表明,系统设计符合要求,能够满足实际需要。
中图分类号: TN97
文献标识码: A
文章编号: 0258-7998(2012)07-0048-03
Research and design of the signal source of blanket jamming based on the FPGA
Miao Xinfa,Zhang Xiaolei
School of Electronic and Information Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070,China
Abstract: A new design is put forward in this paper. Field Programmed Gate Array is the main controller in this design. DDS technology is used to generate IF signal. The IF signal is mixed with LO to realize spectrum shifting. This system has three blanket ways, and its bandwidth and middle frequency can be step modulated. The test result shows this system is effective and can be used in many fields.
Key words : blanket jamming;FPGA;DDS;noise FM

    无线通信技术的迅速发展和广泛应用给人们的生活带来了极大的便利,但同时也会被违法犯罪分子所利用,使失密、泄密的渠道更加难以控制。通过无线通信手段的失密、泄密问题日益严峻, 同时也向保密技术和电子对抗技术提出了极大的挑战。无线通信是一个开放的电子通信系统, 防止通过无线通信手段的失密行为最直接的方法就是在必要时对一定空间范围内的无线接收机进行压制式干扰, 使其无法正常接收发射机发射的信号[1]。

    压制性干扰的定义为用噪声或噪声样的干扰信号遮盖或淹没有用信号, 阻止对方用电磁波获取目标信息。压制性干扰按频谱特性一般可分为宽带阻塞式、瞄准式和扫频式三大类。每种方式都有其特点和应用场合[2-4]。
    传统的压制系统压制方式单一,频率范围小,系统结构复杂。本文提出一种结合模拟和数字方式,由FPGA作为主控,基于DDS原理的压制系统。本压制系统同时具备三种压制方式,频率范围大,中心频率和带宽步进可调。
1 系统基本原理
    系统方案框图如图1所示。

    高斯分布的基带噪声由噪声二极管齐纳击穿产生,经调理电路放大后,由ADC采样后送入核心处理器进行处理。在FPGA中构建伪随机序列虽然相对不复杂,但序列长度有限,实时性不好,所以本文仍然采用模拟的方式产生真正的噪声。在FPGA中构建的DDS模块为本系统的核心。DDS的基本原理如图2所示[5-6]。其输出频率fout=M×fclk/2N。其中,M为频率控制字,N为波形查找表的位数,本系统使用20 bit;fclk为参考时钟,是本设计的DDS模块实际工作的等效时钟。FPGA选用Altera公司Stratix II系列芯片,系统倍频后的工作频率为140 MHz,四通道并行处理等效时钟为560 MHz[7-8],故输出信号的频率分辨率为Δf=fclk/2N=534 Hz。为了与标准射频设备兼容,本系统输出fout是中心频率为70 MHz的中频信号,对应的中心频率控制字为M0=217(0x20000)。以宽带阻塞式压制为例,介绍频率控制字的生成方法。

    根据相关文献,宽带阻塞式压制一般选用噪声调频信号。噪声调频信号的时域表达式为:
    
  
为上变频后的频谱图,(c)图为中心频率500 MHz、带宽1 MHz的噪声调频信号,(d)图为中心频率300 MHz、带宽20 kHz的噪声调频信号。从图中可以看出,输出信号频谱分布与理论设计基本一致。

 

 

    在2010年及以前的几年中,每次国家统一的大型考试中,通过无线电监测均能发现数个非法信号在传输作弊信息,但仅靠教育说服已不能完全杜绝,且每次仅能发现几个参与作弊的带接收设备进入考场的考生,极大地影响了考试公平,造成了不好的影响。在2011年底到2012年初的几次考试中,在相关执法部门的配合下,通过使用本设备,配合我校研制的监测和定位设备,使大部分非法接收设备无法正常接收信号,并缴获发送设备数台,抓获犯罪分子数人,保证了考试的公平公正。
    本系统同样可以在电子战中作干扰源装备部队,应用于雷达对抗、电子干扰等。
    本系统DDS信号输出为标准70 MHz中频信号,可与市场上的大部分厂家的上变频器和功放接口,进一步扩大其频率输出范围和功率输出范围,应用到更多的场合。
参考文献
[1] 吕波,张晓发.噪声压制式手机干扰机设计[J].电子工程师,2004,30(6):28-30.
[2] 胡修林,熊小兰.典型压制性干扰的建模与仿真[J].自动化技术与应用,2006,25(12):75-77.
[3] 洪韬,王超,张学斌.压制式毫米波干扰模拟器设计[J].电子技术应用,2008,34(8):97-99.
[4] 吕波,张晓发,袁乃昌.数字噪声调频宽带干扰源设计[J].电测与仪表,2008,20(1):54-57.
[5] 戈立军,吴虹,司敏山.基于DDS技术的FM信号发生器的设计及其FPGA实现[J].南开大学学报(自然科学版),2007,40(6):95-99.
[6] 周俊峰.基于FPGA的直接数字频率合成器的设计和实现[J].电子技术应用,2002,28(12):74-76.
[7] 徐鑫,凌小峰,宫新保.宽带噪声调频信号产生系统的数字化硬件实现[J].航天电子对抗,2009,25(5):47-50.
[8] 周国富.基于FPGA的并行DDS[J].电子技术应用,2007,33(10):41-43.
[9] 邓耀华,吴黎明,张力锴,等.基于FPGA的双DDS任意波发生器设计与杂散噪声抑制方法[J].仪器仪表学报,2010,30(11):2256-2262.
[10] 田书林,刘科,周鹏.基于双DDS的高速任意波形发生器实现技术[J].仪器仪表学报,2004,25(8):557-560.

此内容为AET网站原创,未经授权禁止转载。