摘要：运用Simulink的仿真平台，搭建了基于直接扩频技术的无人机遥控链路模型，统计分析了在高斯白噪声条件下，链路受到窄带干扰、宽带干扰及梳状谱干扰时的误码率情况，评估了无人机遥控链路对抗各种干扰的能力。
关键词：电磁环境；误码率；SIMULINK；仿真
中图分类号：TP39 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）05-0178-02
0引言
在近代局部战争中，无人机的突出表现加速了无人机在军事领域的应用，引起了各国军界的极大关注。通常一个无人机系统主要由地面控制站、通信测控系统和无人机等三部分组成[1]。地面控制站和无人机之间的通信信道又可以分为遥控信道和遥测信道。遥控信道为上行信道，从控制站发往无人机，主要发送对无人机飞行姿态、状态设置等进行控制的指令。无人机往往远离自己的控制站，而处于敌方上空，无人机数据链上行信道常常是干扰方的首选，使无人机的作战效能无法得到充分发挥。
战场电磁环境对无人机的影响与诸多因素有关，包括飞行的航迹、飞机结构特点、飞行任务、电磁环境与无人机之间的相互干扰、以及电磁的干扰等等因素。耦合途径主要可概括为：透过飞机蒙皮、缝隙、口盖等，与机载设备及电缆耦合，或直接通过机载天线端口，使其性能下降或产生差错，造成机载无线电设备损坏，进而对系统产生影响。
前者对无人机装备效能的影响是最主要的，因此，判断数据链性能好坏的依据通常是检验其在预期电磁环境条件下误码率的高低，或为达到一定的误码率要求，数据链接收设备输入端所应具有的信号干扰（噪声）比[3，4]。
采用基于模型、准则和仿真的评价体系是我们常用的检验和评估无人机电磁环境效应方法，传统的电磁兼容性及相关的环境试验的方法，存在许多的不足之处，它只能针对已完成试生产的检验，一旦存在问题而须重新设计，这对型号工程而言，势必造成费用和时间的巨大浪费，是绝对不可接受的。采用基于模型、准则和仿真的评价体系，就可以解决这一问题，它对研制和现役无人机的电磁环境适应能力进行综合评价，利用飞机结构、飞行任务规划、系统分析模型和评估准则，克服了上述种种的不足与局限，因而广泛受到大家的应用。
1仿真工具的选择
传统的建模方法是对系统的输入信号和输出信号进行分析，这种仿真方法有两个缺点，首先是缺乏系统性，降低了仿真程序的可读性和可扩展性，尤其是在对复杂系统的处理过程中，难以采用模块化方法；第二是不够直观，缺乏足够的人机交互。同时这种方法是先得到它们的系统方程，然后再编写程序进行仿真。由于动态系统是输出信号随时间变化的系统，存在着很多的不确定性，因而难以保证数据的准确性。Simulink采用模块化方式，每个模块都有自己的输入/输出端口，实现一定的功能。在Simulink中，仿真模型表现为若干个仿真模块的集合以及这些模块之间的连接关系，这使得仿真的设计和分析过程变得直观和便捷，同时有利于仿真模型的扩充。Simulink还提供了专门用于显示输出信号的模块，可以在仿真过程中随时观察仿真结果。同时，通过Simulink的存储模块，仿真数据可以方便地以各种形式保存到工作区间或文件中，以供用户在仿真结束之后对数据进行分析和处理[5]。
2仿真模型的构建
针对无人机遥控信息流程进行建模，遥控信息流程如图1所示。
通常采用等效的基带仿真模型，该模型包括PCM编解码模块、DS直扩解扩模块、DPSK调制解调模块、干扰样式生成模块、及高斯白噪声信道，分别对各个模块进行模拟仿真。
2.1 信源模块信号发生器模块：仿真系统的信源，可产生方波、正弦波、锯齿波等，从而满足扩频通信系统所需信源的要求，产生的信号经一个零阶保持器以模拟PCM的400Hz抽样过程。
2.2 PCM编码模块PCM编码模块中，接收的信号通过一个限幅器后，每个样值用8位二进制码表示，其中最高位表样值的正负极性，规定负值用0表示，正值用1表示，接下来的3位比特表示样值的绝对值所在的8段折线的段落号，最后4位是样值处于段落内的16个均匀间隔上的间隔序号。实际设计中以saturation作为限幅器，Relay模块的门限设置为0，作为PCM编码的最高位，也就是极性码，以Look-Up Table模块进行13折线压缩，并用增益模块将样值放大到0～127，然后用间距为1的Quantizer进行四舍五入取整，最后将整数编码为7位二进制序列，作为PCM编码的低7位。（图2）
2.3 扩频及调制模块PN序列生成器模块：伪随机码产生器，产生m序列，也就是伪随机序列，其生成多项式为x6+x+1，与实际的扩频系统一致。扩频过程通过信息码与PN码进行双极性变换后相乘加以实现。解扩过程与扩频过程相同，即将接收的信号用PN码进行第二次扩频处理。基带M-DBPSK调制器及基带M-DBPSK解调器：使用差分二相相移键控DBPSK方式进行调制和解调，采用相干解调法进行解调。（图3）
2.4 信道及干扰模块加性高斯白噪声（AWGN Channel）：传输信道为加性高斯白噪声信道。在加性高斯白噪声信道模块中，可进行信号功率和信噪比的设置，系统可选择的干扰方式有单频干扰和梳状谱干扰。（图4）
单频干扰是一类特殊的干扰，可将其作为带宽为零的窄带干扰来处理，其幅度和频率均可进行设置。梳状谱干扰不需要复杂的侦察检测系统，它是在欲干扰的频带内施放多个窄带干扰信号，其实际干扰带宽为所有窄带干扰带宽的总和。梳状谱干扰实际上是时域和频域上同时存在并相互独立的多个干扰信号的干扰方式。梳状谱干扰信号的产生有两种方式：①将一个窄带信号调制到欲干扰的不同的频段上。②采用AR信号模型的方式，即在AR信号模型中设置角频率均匀分布的多个极点，然后通过载波调制。本文采用将随机码调制到不同的频点上来产生的梳状谱干扰信号，其仿真模型及产生的功率谱如图5所示。
2.5 解调及解扩模块首先假设系统已经实现扩频同步，即用与发端相同的本地m序列产生器产生PN序列与收到的扩频信号相乘，实现解扩，再送入DBPSK解调器进行解调。得到的基带数据送入PCM解码器进行解码。（图6）
2.6 PCM解码模块PCM解码器模块首先分离并行数据中的最高位，和7位数据，然后将7位数据转换为整数值，再进行归一化，扩张后与双极性的极性码相乘得出解码值。（图7）
2.7 误码率统计模块误码仪在通信系统中主要任务是评估传输系统的误码率，它具有两个输入端口：第一个端口（Tx）接收发送方的输入信号，第二个端口（Rx）接收接收方的输入信号。（图8）
3误码率的统计分析
在窄带干扰、宽带干扰及梳状谱干扰三种干扰方式下，对无人机扩频通信系统的误码率影响进行了仿真，按照图9所示仿真流程图进行Monte Carlo实验。
设置参考样本，实验结果运用MATLAB进行统计。
无人机数据链电磁环境适应性与干扰信号样式无关，只与干扰信号进入数据链接收机带宽内的功率密度和能量有关。
4结束语
论文构建了无人机数据链仿真平台较好地解决了预期电磁环境条件下误码率的准确统计分析问题，验证了利用Simulink仿真遥控遥测数据链动态信息的可行性。
参考文献：
[1]陈小鹏，肖凯宁.雷达对无人机系统上行链路的干扰仿真研究.计算机仿真，2007，24（8）：39-41.
[2]宋祖勋，俞卞章.无人机电磁环境效应评估及其准则研究.系统仿真学报，2004，11：2801-2804.
[3]宋祖勋，俞卞章，叶烽，赵健.基于环境适应性的无人机电磁仿真研究.系统仿真学报，2003，15（3）：433-436.
[4]宋祖勋，俞卞章.无人机系统的电磁环境效应分析.系统工程与电子技术，2003，25（9）：1108-1112.
[5]张森等.Matlab仿真技术与实例应用教程[M].机械工业出版社，2004.