二維擴(kuò)頻算法在海上抗干擾無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

潘云

(貴州交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院，貴州貴陽550008)

二維擴(kuò)頻算法在海上抗干擾無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

潘云

(貴州交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院，貴州貴陽550008)

摘要:在海上艦船電子作戰(zhàn)領(lǐng)域中，通信系統(tǒng)敵對雙方具有對抗特性。如何能夠快速準(zhǔn)確的對對方信息進(jìn)行準(zhǔn)確獲取，而且同時(shí)能夠保障自身的電子通信系統(tǒng)具有抗干擾特性，是保證整個(gè)海上電子戰(zhàn)爭成敗的關(guān)鍵。由于通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，傳統(tǒng)的僅僅針對單臺(tái)通信系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代海上作戰(zhàn)的網(wǎng)絡(luò)化需求，而要求整個(gè)海上電子信息網(wǎng)絡(luò)具有綜合對抗特性。本文在研究現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，提出了綜合化的網(wǎng)絡(luò)對抗技術(shù)及模型，提高了海上無線通信網(wǎng)絡(luò)中的抗干擾性能。

關(guān)鍵詞:無線通信平臺(tái);電子對抗;抗干擾技術(shù)

The application of interference in marine wireless communication system based on 2DSS algorithm

PAN Yun
(College of Information Engineering，Guizhou Polytechnic College of Jiaotong，Guiyang 550008，China)

Abstract:In the field of marine electronic warfare，the accurate processing of communication system become the key to the success of the war．How to quickly and accurately obtain accurate information on the other side is very important．The traditional communication system only for single anti interference technology has been unable to meet the current needs of the maritime combat network．This paper analyzes the existing communication network principle，proposed the network confrontation technology and model integration，at last simulate and test it．

Key words:wireless communication platform; electronic countermeasure;anti interference technology

0　引言

在海上無線通信領(lǐng)域中，除了自然環(huán)境引起的多經(jīng)信號(hào)干擾及碼間干擾外，在海上艦船電子作戰(zhàn)中，對方往往通過無線干擾以及多種通信模式的電子干擾來對我方的通信信號(hào)進(jìn)行干擾。自然環(huán)境引起的干擾具有很好的統(tǒng)計(jì)學(xué)特性，能夠通過信道均技術(shù)及訓(xùn)練序列消除這些干擾;而對于對方有意的無線干擾，具有干擾信號(hào)變換加快，并且具有不規(guī)則的動(dòng)態(tài)特性，利用傳統(tǒng)的方法很難消除這些干擾［1］。所以在艦船作戰(zhàn)中，如何能夠快速準(zhǔn)確的對對方信息進(jìn)行準(zhǔn)確獲取，而且同時(shí)能夠保障自身的電子通信系統(tǒng)具有抗干擾特性，是保證整個(gè)海上電子戰(zhàn)爭成敗的關(guān)鍵，也是作戰(zhàn)第一要素。

在傳統(tǒng)的海上無線通信抗干擾領(lǐng)域，一般通過對單個(gè)的通信平臺(tái)進(jìn)行抗干擾技術(shù)設(shè)計(jì)，使通信平臺(tái)能使用多種通信模式對抗多種形式的電子干擾。但是現(xiàn)在戰(zhàn)爭呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的特征，僅僅依靠一個(gè)個(gè)單個(gè)通信模塊的抗干擾功能已經(jīng)很難適應(yīng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的對抗。

本文在研究現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，提出了綜

合化的網(wǎng)絡(luò)對抗技術(shù)及模型，提高了海上無線通信網(wǎng)絡(luò)中的抗干擾性能。

1　抗干擾技術(shù)原理及特性

1.1通信抗干擾技術(shù)分類

在敵對雙方的電子通信系統(tǒng)干擾中，并不像海上自然環(huán)境，如海風(fēng)﹑海浪以及海面多徑干擾等引起的干擾，這些干擾具有一定的統(tǒng)計(jì)學(xué)特性及周期性，能夠通過通信技術(shù)中的信道均衡及訓(xùn)練信號(hào)進(jìn)行消除。而對于敵方電子干擾是一種積極的干擾方式，其干擾方式呈現(xiàn)多樣性及欺騙性，或者具有很強(qiáng)的攻擊性，使通信設(shè)備的原始信號(hào)與干擾信號(hào)完全混合，導(dǎo)致通信設(shè)備無法正常對其區(qū)分。

按照干擾強(qiáng)度不同可以分為欺騙式干擾及壓制式干擾［2］。欺騙式干擾是對方發(fā)送信號(hào)與我方通信平臺(tái)原始信號(hào)相近，使通信系統(tǒng)接收機(jī)分辯不出原始信號(hào)與干擾信號(hào)而造成的干擾;壓制式是發(fā)送干擾幅度強(qiáng)度較高的信號(hào)，使原始信號(hào)完全沉沒于干擾信號(hào)當(dāng)中，使接收機(jī)再恢復(fù)原始信號(hào)很困難，甚至恢復(fù)的原始信號(hào)完全錯(cuò)誤。

由于海上通信的電子干擾一般采用頻率跟蹤的干擾方式，下面對其原理進(jìn)行描述。

頻率跟蹤干擾是通過對對方原始信息先不斷進(jìn)行截取，通過跟蹤分析這些有用信號(hào)的幅度﹑相位及頻率來確定選用的干擾機(jī)制，艦船無線通信一般采用調(diào)頻方式，這就要求干擾信號(hào)必須在調(diào)頻駐留時(shí)間內(nèi)發(fā)送至對方的通信平臺(tái)。

基于頻率跟蹤干擾的結(jié)構(gòu)如圖1所示［3］。

圖1　頻率跟蹤干擾模塊結(jié)構(gòu)Fig.1　The frequency tracking module structure

1.2電子干擾中的有效距離

對艦船通信系統(tǒng)來說，由于存在嚴(yán)重的多徑干擾及衰落效應(yīng)，干擾信號(hào)能達(dá)到的有效距離是其干擾電子設(shè)備重要的性能指標(biāo)之一。它與干擾電子設(shè)備以及對方的通信平臺(tái)特性都有關(guān)系。

圖2　通信平臺(tái)各模塊位置結(jié)構(gòu)圖Fig.2 The module position structure of communication platform

本文假設(shè)電子干擾設(shè)備以及對方通信系統(tǒng)中的發(fā)射﹑接收設(shè)備在同一層的位置，信號(hào)干擾機(jī)與發(fā)射機(jī)接收機(jī)的平面圖如圖2所示。

信號(hào)干擾方程如下:

其中:

式中，PJ和PS分別為干擾設(shè)備發(fā)射功率及對方通信發(fā)射機(jī)發(fā)射功率; GJ和GS均為通信電子設(shè)備的輻射增益權(quán)值;J和S分別為通信接收機(jī)與抗干擾發(fā)射的信號(hào)以及原始有用信號(hào)之間的夾角方向; gJ和gS分別為干擾信號(hào)以及原始信號(hào)的相對方向天線位置; ΔfJ/ΔfS分別為干擾設(shè)備以及對方通信設(shè)備的信號(hào)過濾器頻帶; rJ為干擾信號(hào)與原始信號(hào)之間的歸一化相關(guān)權(quán)值系數(shù)。

2　基于網(wǎng)絡(luò)的抗干擾技術(shù)

2.1擴(kuò)頻抗干擾技術(shù)原理

擴(kuò)頻技術(shù)是海上電子對抗及抗干擾的主流方法，它對海上無線通信系統(tǒng)的發(fā)射信號(hào)通過特定的頻譜擴(kuò)展函數(shù)進(jìn)行混合，將原先的海上無線窄帶信號(hào)擴(kuò)展為寬帶信號(hào)，然后通過海上無線信道進(jìn)行傳輸，在傳輸過程中需要對寬頻信號(hào)進(jìn)行壓縮，有利于無線頻譜的利用。由于對原始信號(hào)的頻譜通過特定的加密擴(kuò)頻函數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展，所以對方對信號(hào)的截取往往是頻譜很寬的信號(hào)，除非解密出擴(kuò)頻信號(hào)函數(shù)，否則很難分析出原始信號(hào)的頻譜特性，這樣對原始信號(hào)有一個(gè)頻譜加密過程。

原始信號(hào)通過擴(kuò)頻后的頻帶與原始頻帶差別往往較大，所以對信號(hào)的調(diào)制方式是根據(jù)原始信號(hào)及擴(kuò)展函數(shù)綜合決定的［4］。

整個(gè)擴(kuò)頻通信平臺(tái)的模型如圖3所示。

圖3　擴(kuò)頻通信平臺(tái)模型Fig.3 Spread spectrum communication platform model

如圖3所示，海上通信信號(hào)系統(tǒng)的原始信號(hào)通過信源及信道編碼后，在傳輸至無線信道之前混入隨機(jī)擴(kuò)頻偽隨機(jī)信號(hào);在接收端則對擴(kuò)頻后的信號(hào)濾波，再通過信道及信源逆向解碼，恢復(fù)出原始信號(hào)。

通過擴(kuò)頻的信號(hào)符合通信原理中的香農(nóng)公式，描述如下:

2.2基于二維域的抗干擾系統(tǒng)

上面給出了單個(gè)通信系統(tǒng)抗干擾使用的擴(kuò)頻技術(shù)，在現(xiàn)代艦船無線通信系統(tǒng)中，不僅在頻域進(jìn)行擴(kuò)頻，在時(shí)域可以同時(shí)進(jìn)行信號(hào)擴(kuò)展，其對原始信號(hào)在時(shí)域和頻率同時(shí)進(jìn)行頻譜擴(kuò)展，增加了對電子干擾設(shè)備的解析難度，同時(shí)由于其在2個(gè)維度同時(shí)進(jìn)行頻譜擴(kuò)展，原始信號(hào)在2個(gè)維度同時(shí)具備擴(kuò)頻特性，使得整個(gè)通信系統(tǒng)的帶寬增益更大，同時(shí)對抗海上多徑干擾也具有很好的效果［5］。

本文對海上無線通信系統(tǒng)提出了二維擴(kuò)展模型，圖4為基于二維頻域擴(kuò)展的接收和發(fā)射系統(tǒng)的模型圖。

設(shè)海上無線通信系統(tǒng)的原始輸入信號(hào)為b(t)，首先進(jìn)行直接序列擴(kuò)頻(DMC)，擴(kuò)頻后的信號(hào)輸入為d(t)，轉(zhuǎn)換公式如下:

圖4　接收和發(fā)射機(jī)模型Fig.4　The transmitter and receiver model

式中: aJ為直接擴(kuò)頻的信號(hào)量，j = 1，2，…，N; N為信號(hào)量的元素個(gè)數(shù)，也表示擴(kuò)頻增益; Tc為一個(gè)元素碼周期; P(t)為信號(hào)的脈沖幅度。

在時(shí)域進(jìn)行直接序列擴(kuò)頻后再通過頻域擴(kuò)展處理:把輸出信號(hào)d(t)劃分為寬度大小相同的M個(gè)子分量，經(jīng)過頻域擴(kuò)展的算術(shù)表達(dá)式如下:

式中: i = 1，2，…，M; j = 1，2，…，N;βJ，1為頻域擴(kuò)頻序列。設(shè)頻域擴(kuò)展矩陣組合如下，矩陣中每一列的向量與輸出信號(hào)d(t)的M個(gè)子分量對應(yīng)的擴(kuò)頻序列為:

進(jìn)行擴(kuò)頻后的M個(gè)子分量再與各自的調(diào)制載波運(yùn)算，各載波頻率間隔為Δf，公式如下:

式中: PT為載波功率，本文假設(shè)所有載波功率相等。最后通過離散傅立葉變換，綜合式(5)～式(7)得到:

式(8)為經(jīng)過時(shí)域擴(kuò)頻與頻域擴(kuò)頻后的總表達(dá)式，可以看出其信號(hào)增益是時(shí)域增益與頻域增益相乘的結(jié)果，擴(kuò)頻后的信號(hào)更加具有抗干擾特性。

3　算法仿真

最后給出基于以上條件的海上無線通信系統(tǒng)的誤差率曲線如圖5所示。

圖5　誤碼率曲線圖Fig.5　The bit error rate curve

4　結(jié)語

在海上作戰(zhàn)系統(tǒng)中，基于艦船無線通信平臺(tái)的通訊系統(tǒng)起到了非常關(guān)鍵的指導(dǎo)作用，對于通信信號(hào)的準(zhǔn)確獲取直接關(guān)系到整個(gè)戰(zhàn)爭的成敗。而艦船無線通信平臺(tái)，除了受到海上環(huán)境噪聲、多徑干擾及衰落等影響，敵方也會(huì)對我方的無線通信平臺(tái)進(jìn)行電子干擾。

本文在研究現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，提出了綜合化的網(wǎng)絡(luò)對抗技術(shù)及模型，提高了艦船無線通信網(wǎng)絡(luò)中的抗干擾性能。

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作者簡介:潘云(1981－)，女，碩士，講師，研究方向?yàn)橥ㄐ殴こ獭?/p>

收稿日期:2014－10－17;修回日期: 2014－12－27

文章編號(hào):1672－7649(2015) 07－0160－04doi:10.3404/j.issn.1672－7649.2015.07.037

中圖分類號(hào):U674．71

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A