電視制導空地導彈是一種可以在防區(qū)外發(fā)射的戰(zhàn)術中程空射巡航導彈，發(fā)射后操縱員通過無線電指令對導彈進行有效的控制。本文在分析電視指令制導導彈工作原理的基礎上，根據分組碼原理設計了一個電視無線電指令編碼和加密方案，給出了方案的實現(xiàn)電路并進行了仿真驗證。

一、電視指令制導原理

電視指令制導原理如圖1所示。由導彈上的電視導引頭攝取目標圖像，圖像經過處理、加密后形成全電視信號，由導彈上的發(fā)射天線發(fā)射出去，電視吊艙上的接收天線接收全電視信號，并傳送到載機上的電視信號轉換器，電視信號轉換器從全電視信號中識別、提取出有用的圖像信號，把圖像信號傳送到多功能顯示器顯示。

武器操縱員從屏幕上識別目標圖像，判斷導彈的偏離方向，然后通過控制魔球及相應的控制開關形成控制信號，傳送到電視制導吊艙，經過加密處理后發(fā)送出去，導彈根據接收到的控制信號，改變導彈的飛行方向。在制導過程中，既可以由武器控制員手動控制導彈跟蹤目標，也可以改為由武器控制機構自動控制導彈探測、跟蹤目標。

電視制導吊艙與導彈之間的指令信息傳輸為數字通信系統(tǒng)?？紤]到現(xiàn)役大多數飛機大量使用模擬信號實現(xiàn)對武器的關鍵性控制的現(xiàn)狀，以及操縱員通常通過魔球和操縱桿產生模擬信號來控制導彈的航向，因此電視制導吊艙需要模殷轉換將模擬信號轉換為數字信號。

二、無線電指令編碼和加密方案

1、編碼加密原理

密碼系統(tǒng)可用(M，c，k，Ek，Dk，z)的6元組來描述。M為明文空間，C為密文空間，K為密鑰空間。每一個密鑰k∈K由算法，確定一個二進制密鑰序列Z(k)=z0，z1，z2，…。Ek和D,e分別表示密鑰忌在算法z作用下生成的密鑰序列與明文的加密和解密規(guī)則，常用的是模2加運算。密碼系統(tǒng)如圖2所示。

由導彈的工作過程可知，控制信息分為兩大類？一次性功能指令和連續(xù)模擬信號。一次性功能指令控制導彈不同的動作內容，比如導彈的飛行高度等j連續(xù)模擬信號是操縱員在控制魔球時發(fā)出的控制信息。通過分析，一次性功能指令共需要13條，連續(xù)模擬信號有兩路ψ1、ψ2。這些信息通送至吊艙，由吊艙內的編碼組件對其編碼加密。

根據分組編碼學的基本原理，一般地將要傳輸的信息用二進制數字序列(即碼組）來表示。設所要傳的信息個數為冠則長度為k[k=log2H]-i，這里[x]取大于或等于X的最小整數）的二進制數字序列集(hi∈{o，1}，o≤i≤k-1），{{ho, h1，...，hk}}的某個子集就能用來代表所要傳輸的信息。編碼的目的就是在長度為H的二進制數字序列集合mi∈{o，1}，o≤i≤k-1），{{mo, m1，...，mn-1}}中選出日個碼組，并使它們與要傳送的信息一一對應，把選出的長為玎的二進制數字序列稱為碼字，用M來表示，而所有碼字形成的集合就稱為分組碼，用ξ來表示。

在本文中一次性功能指令共有13條，即X=13，所以k=4。如表1所示，由4位二進制碼來代表一次性功能指令。

取mo=ho,mi=hi,m2=h2，m3=m3，m4=ho,m5=h1，m6= h2，m7=h3，就得到一次性功能指令的[8，4]線性分組碼ξ。

兩路模擬信號由A/D轉換器轉換成7位二進制碼，第8位為奇偶校驗位。兩路模擬信號的明文包含了所有8位含奇數個1的二進制碼。在這里將利用剩下的3個4位二進制碼1111、1 110、1100來組成8位二進制碼加密格式來對模擬信號進行加密，加密算法為異或運算。

通過分析發(fā)現(xiàn)，在確保模擬信號經過異或運算加密后仍然滿足奇偶校驗要求的情況下，3個4位二進制碼1111、1110、1100總共能組成5種加密格式。為了增加加密格式的數量，并將上面的線性分組碼虧改為非線性分組碼，提高敵方破譯和干擾的難度，將M做如下變化。前11種指令連續(xù)發(fā)送兩次以填滿8位，9、10-起發(fā)送代表12指令，11、12 -起發(fā)送代表13指令，如表2所示得到一次性功能指令的明文。

由1111、1110、1100、1101 4個編碼配合發(fā)送以決定8種加密格式？1111 1111、1 11 1 1100、1 110 11 10、1110 1101、1100 1100、1100 1111、 1101 1101、1101 1110。這樣就確定了密鑰空間。

無線電指令的發(fā)射分為4個階段，每一階段發(fā)射8位二進制。第1階段發(fā)射加密格式，第2、3階段發(fā)射兩個通道的模擬信號編碼，第4階段如果無功能指令則再發(fā)射一次加密格式，否則發(fā)射功能指令。

2、實現(xiàn)方案和仿真結果

編碼加密的具體實現(xiàn)電路如圖3所示，輸入是一路+27 V的加密格式選擇信號，13路+27 V的一次性功能指令信號，兩路范圍在當V之間的模擬控制信號，圖中省略了時鐘控制信號。在電視指令制導時發(fā)射無線電指令和接收電視圖像信號使用的是同一天線，因此只有在有行消隱脈沖時才能發(fā)射無線電指令，輸出是32位串行信號。

電路搭建主要采用VHDL設計。其中加密格式生成器、一次性功能指令生成器采用以74LS194多功能移存器為基礎的電路實現(xiàn)4位并行輸入到8位的串行輸出，其他模塊采用VHDL自己設計。

完成電路設計后使用Quartus II對電路進行了仿真。一次性功能指令為H12，兩路模擬信號為25V，輸出波形如圖4所示。

三、無線電指令的收發(fā)與解密

在導彈發(fā)射后，飛機與導彈間必須保持不斷的聯(lián)系，這種聯(lián)系由吊艙的前、后天線以及導彈尾部天線完成。為保證吊艙天線始終可接收到導彈信號，發(fā)射信號給導彈，吊艙前、后天線與導彈尾部天線都是可轉動的，其轉動控制由相應的系統(tǒng)完成。控制指令發(fā)射如圖5所示。

導彈尾部天線接收到的控制指令信號，除有用信號外，還有干擾信號。干擾源可能是敵人積極干擾，也可能是外界噪聲。接收過程如圖6所示。解密器對接收到的數字信號進行解密。首先對加密格式進行奇偶校驗，滿足奇偶校驗要求后，對兩路模擬信號解密后，送給導彈舵機，最后判斷有沒有一次性指令，有的話形成一次性功能指令。

admin

收藏 海報分享