IFF系統(tǒng)中跳頻抗干擾技術(shù)的研究

陳秀芳 毛錫榮

1 無錫機電高等職業(yè)技術(shù)學校 江蘇 214028

2 無錫市第三高級中學 江蘇 214028

0 引言

隨著敵我識別系統(tǒng)性能的不斷完善和技術(shù)的不斷創(chuàng)新，電子對抗已成為當今電子作戰(zhàn)系統(tǒng)中的一個重要作戰(zhàn)手段，而通信對抗是電子對抗中一個極其重要的分支，是指揮、控制、通信、命令和情報對抗系統(tǒng)中的核心部分。本文根據(jù)技術(shù)協(xié)議，分析當IFF采取跳頻抗干擾措施時，對IFF的干擾效果，這不僅有助于提高對IFF系統(tǒng)抗干擾性能分析和抗干擾技術(shù)的研究，而且也有助于我們對IFF干擾樣式和技術(shù)的研究與改進。

跳頻擴頻通信由于具有良好的抗干擾和較低的信號被截獲概率，因而在通信對抗尤其是衛(wèi)星通信中處于特別有利的位置。擴頻技術(shù)正在取代常規(guī)通信技術(shù)成為軍事通信的一種主要抗干擾通信技術(shù)。因此，對擴頻通信干擾技術(shù)的研究，成為通信對抗中的重要部分。

1 IFF系統(tǒng)中跳頻技術(shù)

跳頻技術(shù)以其優(yōu)良的多址組網(wǎng)和抗干擾性能，成為了軍用抗干擾通信的主流技術(shù)之一。慢跳頻技術(shù)由于不能獲得分集增益，需要通過引入新的分集技術(shù)來提高其鏈路傳輸性能。由于較低的解碼復(fù)雜度和可提供多天線分集增益，由空時分組碼衍生的空頻分組碼和空時分組碼、空時分組碼技術(shù)得到了廣泛的研究。

1.1 跳頻技術(shù)應(yīng)用原理

跳頻/擴頻(Frequency Hopping/Spreading Spectrum，F(xiàn)H/SS)體制是將傳統(tǒng)的窄帶調(diào)制信號的載波頻率在一個偽隨機序列控制下進行離散跳變，從而實現(xiàn)頻譜擴展得擴頻方式。這同樣是一種人們熟悉和應(yīng)用廣泛的擴展頻譜系統(tǒng)。FH/SS技術(shù)以其優(yōu)良的抗干擾性能和多址組網(wǎng)性能在軍事無線電抗干擾通信、民用移動通信、現(xiàn)代雷達和聲納等電子系統(tǒng)中獲得應(yīng)用。

圖1給出了FH/SS通信系統(tǒng)的基本模型。

圖1 FH/SS通信系統(tǒng)的基本模型

其原理為：將可用的信道帶寬分割成大量相鄰的頻率間隔。在任意信號傳輸間隔內(nèi)，發(fā)送信息占據(jù)一個或多個可用的頻隙，按照某種跳頻序列在很寬的頻帶范圍內(nèi)進行跳變的一種通信系統(tǒng)。 經(jīng)過波形變換后，信息數(shù)據(jù)進行載波調(diào)制，跳頻序列控制可變頻率合成器，當跳頻序列的序列值改變時，載波頻率便會進行跳變。首先接收機從接收到的跳頻信號中提取出跳頻同步信號，使接收到的跳頻信號與本機的頻率跳變同步，輸出經(jīng)過同步的本地載波，然后由本地載波對接收到的跳頻信號進行解調(diào)，獲得具有信息的中頻信號，進而得到發(fā)射機發(fā)射的信號。

1.2 跳頻技術(shù)的信號分析

設(shè)信源產(chǎn)生的信號a( t)為雙極性數(shù)字信號，則：

式中，an為信息碼，取值+1或-1；ga( t)是門函數(shù)；Ta為信息碼元寬度。

調(diào)制采用FSK調(diào)制。由頻率合成器產(chǎn)生的頻率為 fi，則：

即 fi在(i-1)Th≤t≤iTh內(nèi)的取值為其中的一個頻率，由PN碼確定，Th為每一次跳頻頻率的駐留時間或持續(xù)時間。這樣，用a( t)去調(diào)制頻率合成器產(chǎn)生的頻率為 fi，可得到射頻信號為：

接收端收到的信號為：

式中， n( t)為噪聲分量(高斯白噪聲)； s( t)為信號分量；sJ( t)為不同網(wǎng)的跳頻信號；J( t)為干擾信號分量。

與發(fā)端相同的PN碼產(chǎn)生器控制著接收端頻率合成器的產(chǎn)生頻率，該頻率為接收頻率合成器的產(chǎn)生頻率其中的一個。

接收到的信號在混頻器中與本振相乘得到下式：

下面分別討論上式中的四個變量。首先看信號分量s'( t)，即：

現(xiàn)已知接收端與發(fā)送端的頻率合成器的產(chǎn)生頻率是一一對應(yīng)的，并且受到相同的偽隨機碼的控制，兩個偽隨機碼的初始相對可能不同，但是控制方式是相同的。經(jīng)解調(diào)后，可恢復(fù)出傳送的信息a( t)，從而完成信息的傳輸。

對n'( t)分量來說，因為n( t)是高斯白噪聲信號，經(jīng)過混頻后，跳頻系統(tǒng)對白噪聲無處理增益，即噪聲分量和一般的非跳頻系統(tǒng)一樣，沒有任何變化。

對于干擾分量J'(t)來說，由于不知道跳頻信號發(fā)射頻率的變化規(guī)律進而得不到跳頻系統(tǒng)的信息，經(jīng)過混頻后，該干擾分量被搬移到中頻頻帶之外，不能夠進入到解調(diào)器中，即不能對跳頻信號形成干擾，這樣使用跳頻系統(tǒng)而達到了抗干擾的目的。J( t)只有和頻率s( t)始終相同，才能夠有效的干擾跳頻信號s( t)，都則不能形成干擾。

sJ'(t)分量是其他不同網(wǎng)所產(chǎn)生的跳頻信號。不同的網(wǎng)使用的跳頻規(guī)律是不同的。在組網(wǎng)的時候，為了避免不同網(wǎng)絡(luò)之間的相互干擾問題，不同網(wǎng)之間的頻率跳變都是互不重疊的、正交的，故該干擾信號不能對跳頻信號形成干擾。

1.3 跳頻技術(shù)的干擾增益

對于敵我識別系統(tǒng)采用的跳頻抗干擾措施，系統(tǒng)的處理增益為：

其中BFR為射頻帶寬，BIF為解調(diào)后的中頻帶寬。在調(diào)頻通信中，頻譜的擴展基本上與跳頻速率無關(guān)，而是取決于最小頻率間隔和實際使用的頻率數(shù)目。

2 IFF系統(tǒng)中跳頻抗干擾產(chǎn)生的方法

跳頻系統(tǒng)的抗干擾機理如下：在發(fā)送端，偽隨機碼控制其載頻，通過隨機、不斷地改變其頻率來躲避干擾；在接收端，通過使用與發(fā)送端相同的偽隨機碼來改變其頻率合成器的產(chǎn)生頻率，使接收端與發(fā)送端的載頻進行同步跳變，經(jīng)過混頻后，使跳頻信號進入到中頻頻帶之內(nèi)；而對于干擾信號來說，不能夠與跳頻系統(tǒng)的跳頻信號頻率寶石相同，經(jīng)過接收機后，不能夠進入到中頻頻帶之內(nèi)，進而不能夠?qū)μl信號形成干擾。由此，該跳頻系統(tǒng)便達到了抗干擾的目的。由此可見，跳頻系統(tǒng)與直擴系統(tǒng)的抗干擾機理是不同的，跳頻系統(tǒng)以躲避干擾的方式抗干擾，可以認為是一種主動式干擾方式。

跳頻通信系統(tǒng)主要由偽隨機碼產(chǎn)生器和頻率合成器兩部分組成?？焖夙憫?yīng)的頻率合成器是跳頻通信系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。跳頻擴頻信號的產(chǎn)生方法如圖2所示。

跳頻仿真參數(shù)：跳頻點數(shù)：32

跳頻間隔：10MHz

基帶濾波：根升余弦R=0.22

跳頻碼：M序列碼

碼元速率：0.5MHz

調(diào)制方式：BPSK

采樣頻率：200MHz

圖2 跳頻擴頻信號的產(chǎn)生方法

根據(jù)以上仿真參數(shù)，得到跳頻波形及頻譜如圖3所示。

圖3 跳頻波形及頻譜

3 對應(yīng)答接收機受阻塞式致盲干擾效果仿真過程及結(jié)果分析

其中BFR為射頻帶寬，BIF為解調(diào)后的中頻帶寬。在跳頻通信中，頻譜的擴展基本上與跳頻速率無關(guān)，而是取決于最小頻率間隔和實際使用的頻率數(shù)目。在下列條件下進行仿真得到以下結(jié)果。

設(shè)仿真參數(shù)：中頻Fc=30e6，采樣頻率Fs=200e6，基帶信號采樣升余弦成型濾波，滾降系數(shù)R=0.22，調(diào)頻序列采用M序列，一個碼元調(diào)頻一次，系統(tǒng)為一個FH/DPSK系統(tǒng)。跳頻間隔?f=1kHz，跳頻范圍在-16k-16kHz。對于模式 4，當跳頻與窄帶通信在相同阻塞干擾下，其誤碼率分別如表1、2、3所示。

表1 噪聲調(diào)幅干擾下跳頻系統(tǒng)解碼誤碼率(模式4)

由表1可知，IFF采用跳頻抗干擾，可使系統(tǒng)能很好的對抗噪聲調(diào)幅干擾。跳頻系統(tǒng)具有抗窄帶干擾的能力，當跳變的頻率數(shù)目足夠多，調(diào)頻帶寬足夠?qū)挄r，抗干擾能力很強。

表2 噪聲調(diào)頻干擾跳頻系統(tǒng)誤碼率分析(模式4)

由表2可得，跳頻系統(tǒng)對噪聲跳頻干擾抗干擾能力較弱，噪聲頻譜越寬，抗干擾能力越弱。這是由于噪聲調(diào)頻信號帶寬較大，在跳頻系統(tǒng)不能跳出噪聲調(diào)頻帶寬，其誤碼率會較高。因此，降低誤碼率的措施應(yīng)該增大調(diào)頻范圍，或增大跳頻間隔，使信號能跳出噪聲調(diào)頻帶寬。

表3 噪聲調(diào)相干擾跳頻系統(tǒng)誤碼率分析(模式4)

由此可見，在噪聲調(diào)相干擾下，跳頻系統(tǒng)同樣也可以降低誤碼率，提高IFF系統(tǒng)性能，且抗干擾效果與集中抗干擾效果基本相同。

4 結(jié)束語

本文通過仿真實驗論述了跳頻系統(tǒng)在不同干擾條件下的誤碼性能是不同的。IFF采用跳頻抗干擾，可使系統(tǒng)能很好地對抗噪聲調(diào)幅干擾。跳頻系統(tǒng)具有抗窄帶干擾的能力，當跳變的頻率數(shù)目足夠多，調(diào)頻帶寬足夠?qū)挄r，抗干擾能力很強。跳頻系統(tǒng)對噪聲跳頻干擾抗干擾能力較弱，噪聲頻譜越寬，抗干擾能力越弱。因此，降低誤碼率的措施應(yīng)該增大調(diào)頻范圍，或增大跳頻間隔，使信號能跳出噪聲調(diào)頻帶寬。在實戰(zhàn)過程中，應(yīng)根據(jù)裝備的性能指標，靈活控制干擾帶寬，充分發(fā)揮干擾設(shè)備的作戰(zhàn)效能。

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