基于欺騙式干擾的JTIDS偵察裝備MSK解調(diào)性能分析?

劉子旭，楊建波，楊波（空軍航空大學，長春130022）

基于欺騙式干擾的JTIDS偵察裝備MSK解調(diào)性能分析?

劉子旭，楊建波，楊波
（空軍航空大學，長春130022）

分析了對美軍先進的作戰(zhàn)指揮數(shù)據(jù)鏈Link16進行欺騙式干擾的可行性。以此為目的，重點分析了JTIDS偵察裝備頻移載波相干MSK解調(diào)原理，通過Matlab仿真實現(xiàn)JTIDS信號的發(fā)射與接收過程，最后統(tǒng)計相干解調(diào)后不同信噪比下信息碼元的誤碼率，得到該方法的解調(diào)性能，為形成欺騙式干擾打下基礎。

JTIDS；數(shù)據(jù)鏈；欺騙式干擾；相干解調(diào)；碼元恢復

1 引言

在美軍近幾次戰(zhàn)爭中，數(shù)據(jù)鏈在綜合效能排名中超越“戰(zhàn)斧”式導彈和航空母艦等位居第一位。隨著區(qū)域形勢的發(fā)展，使得對Link16數(shù)據(jù)鏈及其對抗手段方面的研究顯得尤為重要和迫切。

目前，國內(nèi)外對于JTIDS信號偵察技術的研究相對較少，大多停留在理論層面。對于偵收方來說，為了實現(xiàn)欺騙式干擾需要形成與原JTIDS信號較為相關的欺騙信號，這使得偵察設備不僅需要提取JTIDS信號特征，還需盡可能地通過解調(diào)、解擴頻和RS譯碼等手段恢復所截獲的信息碼元。本文利用檢測器的處理結(jié)果對接收到的信息進行了相干MSK解調(diào)，并在不同信噪比條件下統(tǒng)計出平均誤碼率，得到該方法下的解調(diào)性能，初步完成對傳輸碼元的恢復。

2 欺騙式干擾Link16的可行性分析

由于Link16綜合采用了跳擴頻、糾錯編碼和MSK調(diào)制等技術［1］，增大了對其進行偵察干擾的難度，但該系統(tǒng)并非完全無懈可擊。對Link16網(wǎng)絡進行寬帶阻塞式干擾固然可行，但其耗能大、盲目性強的缺點也暴露無疑，并且Link16是無中心節(jié)點的通信網(wǎng)絡，即使某些終端受到壓制而失效，系統(tǒng)的自組網(wǎng)能力可以通過其他中斷繼續(xù)通信，整個網(wǎng)絡不會因為個別終端失效而崩潰，達不到預期的干擾效果［2］。于是可以考慮采用欺騙式干擾的方法，降低網(wǎng)絡傳輸性能。干擾系統(tǒng)首先通過寬帶偵察接收機對空間中JTIDS信號進行快速偵收，在估計出信號的基本參數(shù)后，進行信號處理，恢復偵收信號的傳輸碼元，利用該碼元生成與JTIDS原始信號具有較強相關性的干擾信號并由干擾發(fā)射機發(fā)射出去。這種欺騙式干擾信號由于同Link16鏈路中傳輸?shù)男盘栂嗨贫容^高，因而可以獲得較好的干擾效果。

3 MSK調(diào)制技術

最小頻移鍵控（Minimum Shift Keying，MSK）［3］是指調(diào)制指數(shù)為0.5的CPFSK（Continuous Phase Frequency Shift Keying），既能提高頻帶利用率，又能改善頻譜特性的調(diào)制方式，其調(diào)制信號具有頻帶窄、能量集中、旁瓣滾降快等特點。MSK信號是一種恒包絡的、連續(xù)相位的調(diào)頻信號，信號沒有相位突變，因此，能有效地減少帶外功率輻射。從調(diào)制角度分析，MSK信號的數(shù)學表達式可表示為

根據(jù)式（1）構(gòu)成的方框圖如圖1所示。

4 偵察接收機JTIDS信號解調(diào)技術分析

接收機經(jīng)過前端處理將已知信號載頻的JTIDS信號sI（t）（MSK信號）經(jīng)過帶通濾波器（BPF），濾除帶外噪聲后分上下兩支路，分別用頻率為ω1和ω2的本地載波進行相干解調(diào)的方法實現(xiàn)對信號的解調(diào)恢復，其中ω1和ω2可以由JTIDS檢測器輸出。但對于分頻得到頻率為ω1和ω2與對應的某一個1碼（或0碼）的波形可能存在π的相位誤差，因此需要對積分后的數(shù)據(jù)取絕對值來消除這種相位誤差［4］，流程圖如圖2所示。

為了利用MSK信號1碼和0碼波形正交的特點，達到降低誤碼率的目的，可以將接收到的JTIDS信號分解為

由于ω1很大，則y1=Tc。

下支路：

當dk=-1重復上述過程，可得：

因此，對于輸出信號y1和y2：如果y1＞y2，則判dk= +1，即為1碼；如果y1＜y2，則判dk=-1，即為0碼。

5 仿真與分析

在仿真中，首先建立JTIDS發(fā)射系統(tǒng)，生成JTIDS信號，信號產(chǎn)生框圖如圖3所示，逐次經(jīng)過圖中步驟產(chǎn)生的JTIDS信號如圖4所示。

圖4 為20 dB信噪比下20個JTIDS信號脈沖的時域波形及其對應的頻譜。從圖中可以看到，JTIDS信號脈沖寬度為6.4，脈沖周期13，載頻在969～1 206 MHz偽隨機跳變。在偵察接收端，利用960 MHz本振將JTIDS信號跳頻頻率降至9～246 MHz，碼元寬度Tc=0.2μs，采樣頻率設定為500 MHz，經(jīng)過TFA（時頻分析）后得到如圖5所示的全景時頻圖。

圖5 即為偵收方截獲到的JTIDS信號，以全景時頻圖的方式顯示。隨后隨機抽取一個脈沖（仿真中選取第9個脈沖信號）得到其載頻值，于是此時，將該脈沖信號輸入解調(diào)系統(tǒng)得到其時域波形如圖6所示，反向查找發(fā)射系統(tǒng)第9個脈沖信號的碼元信息與解調(diào)恢復的碼元信息對比如圖7所示。

圖6 為第9個脈沖6.4μs內(nèi)的時域波形圖。圖7所示為信噪比在8 dB時解調(diào)后的碼元恢復情況，可以看到，未進行解擴頻前的32位碼元信息與原始碼元完全一致，誤碼率為0。為了獲得不同信噪比條件下誤碼率的變化情況，利用蒙特卡羅法對每一個信噪比仿真得到100組數(shù)據(jù)，取平均得到的解調(diào)性能如圖8所示。

從圖8中可以看到，隨著信噪比的降低，MSK解調(diào)產(chǎn)生的誤碼率會隨之升高，字符錯誤率也隨之增大。然而考慮到解調(diào)后還需進行RS譯碼，能對一定個數(shù)范圍內(nèi)的錯誤字符進行糾錯，所以該方法可以運用于JTIDS信號的解調(diào)中來初步恢復碼元信息。

6 結(jié)束語

本文從對Link16網(wǎng)絡進行欺騙式干擾的目的出發(fā)，詳細分析和描述了對偵察到的JTIDS信號進行相干解調(diào)的步驟與方法，對比原始碼元，得到了不同信噪比下對應的MSK解調(diào)后誤碼率曲線，可以應用于偵察裝備對JTIDS信號碼元信息的初步恢復，為JTIDS偵察裝備的論證提供理論依據(jù)。然而該方法的前提是對JTIDS信號的載頻有較為準確的估計，故稱之為相干解調(diào)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在不提取JTIDS載頻信息的情況下進行非相干解調(diào)也能恢復出原始碼元信息，該方法處理速度快，但在解調(diào)性能方面還需在接下來的工作中具體分析。

［1］Warren J Wilson.Applying Layering Principles to Legacy Systems：Link 16 as a Case Study［C］／／Proceedings of 2001 Military Communications Conference.McLean，Va，USA：IEEE，2001：526-531.

［2］劉治國，趙新國.基于信號分析的Link16干擾策略研究［J］.艦船科學技術，2007，29（3）：83-86. LIU Zhi-guo，ZHAO Xin-guo.Research on Link16 jamming methods based on signal characteristic analysis［J］.Ship Science and Technology，2007，29（3）：83-86.（in Chinese）

［3］樊昌信，曹麗娜.通信原理［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2004. FAN Chang-xin，CAO Li-na.Communication Theory［M］. Beijing：National Defense Industry Press，2004.（in Chinese）

［4］胡敏.MSK數(shù)字化信號調(diào)制解調(diào)技術［D］.長沙：中南大學，2007. HU Min.MSK digital signal modulation and demodulation techniques［D］.Changsha：Central South University，2007.（in Chinese）

LIU Zi-xu was born in Xianyang，Shaanxi Province，in 1987. He is now a graduate student.His research direction is electronic countermeasure.

Email：m-zixu-j＠163.com

楊建波（1962—），男，吉林九臺人，博士，空軍航空大學副教授，主要從事通信對抗技術與裝備研究；

YANG Jian-bo was born in Jiutai，Jilin Province，in 1962.He is now an associate professor with the Ph.D.degree.His research concerns communication countermeasure technology and equipment.

楊波（1959—），女，河北樂亭人，碩士，副教授，主要研究方向為航空雷達對抗。

YANG Bo was born in Leting，Hebei Province，in 1959.She is now an associate professor with the M.S.degree.Her research direction is aviation radar countermeasure.

MSK Demodulation Performance Analysis of JTIDS Surveillance Equipment Based on Deception Jamming

LIU Zi-xu，YANG Jian-bo，YANG Bo
（Aviation University of Air Force，Changchun 130022，China）

The feasibility of implementing deception jamming for Link16 of U.S.forces is analysed.The principle of frequency shift carrier coherent MSK demodulation of JTIDS surveillance equipment is emphatically analysed.The transmission and receiving of JTIDS signals is simulated with Matlab，and according to the statistical information of symbol error rate under different SNR after demodulation，the demodulation performance of this method is obtained，which lays the foundation for deception jamming.

JTIDS；data link；deception jamming；coherent demodulation；symbol recovery

TN763

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2012.02.015

劉子旭（1987—），男，陜西咸陽人，空軍航空大學碩士研究生，主要研究方向為電子對抗；

1001-893X（2012）02-0194-04

2011-08-29；

2011-11-25