基于TDC的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈抗干擾技術(shù)研究

摘要：?由于擴(kuò)頻等傳統(tǒng)方法抗干擾性能的局限性，目前對無人機(jī)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中使用的無人機(jī)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)抗干擾方法進(jìn)行了研究，在研究通信基本原理的基礎(chǔ)上，提出了基于場切換（TDC）的方法，結(jié)合無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的特點(diǎn)，建立了基于TDC的無人機(jī)數(shù)據(jù)系統(tǒng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)模型，仿真結(jié)果與傳統(tǒng)直接擴(kuò)頻系統(tǒng)在窄帶干擾下的誤碼特性進(jìn)行了比較，認(rèn)為基于TDC的數(shù)據(jù)系統(tǒng)比傳統(tǒng)直接擴(kuò)頻系統(tǒng)具有更高的性能。研究表明，基于TDC的數(shù)據(jù)系統(tǒng)可以改造無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈抗干擾技術(shù)可以有效提高數(shù)據(jù)鏈路的抗干擾能力。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);數(shù)據(jù)鏈;變換域通信;抗干擾;

1變換域通信基本原理

TDC的主要思想是在收發(fā)器兩端聯(lián)合設(shè)計(jì)波形，發(fā)射機(jī)只將信號能量分配到未受干擾的頻段，接收機(jī)只接收帶有信號能量的頻譜，以有效避免干擾。TDC的主要功能模塊包括電磁環(huán)境采樣、環(huán)境頻譜估計(jì)、基函數(shù)幅度譜整形、隨機(jī)相位產(chǎn)生、時(shí)域基函數(shù)逆變器的產(chǎn)生和存儲。對于其它變換技術(shù)，TDC的原理框架基本不變，只有變換模塊所采用的變換技術(shù)才需要被相應(yīng)的變換技術(shù)所取代。

首先，發(fā)射機(jī)在給定的頻帶內(nèi)對電磁環(huán)境進(jìn)行動態(tài)采樣，并在變換域內(nèi)估計(jì)采樣信號的頻譜以定位干擾頻譜。通過閾值處理去除干擾譜，得到純幅譜矢量a'（w）。如果頻點(diǎn)振幅值超過設(shè)定的閾值，則將頻點(diǎn)振幅值設(shè)置為0，反之亦然，設(shè)置為1，以獲得由0或1組成的光譜振幅矢量A‘（w），如方程式（1）所示。

其中，A屬于（0，1），表示系統(tǒng)帶寬中的第i頻率點(diǎn)的振幅值。通過定量地將相位映射器產(chǎn)生的相同長度（w）與復(fù)隨機(jī)相位矢量Eq（W）相乘，獲得B（W），并且具有噪聲等特性。接著，調(diào)整振幅以確保發(fā)射功率，如式（2）所示獲得基函數(shù)的頻域形式B（W），C是幅度調(diào)整系數(shù)。

然后進(jìn)行ifft運(yùn)算，得到基函數(shù)的時(shí)域波形序列b（n）并存儲，基函數(shù)可以看作是多個(gè)子載波的疊加，其初始相位在相位空間中隨機(jī)分布。采用基本功能對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴漕l終端進(jìn)行傳輸，TDC的調(diào)制方法包括二進(jìn)制調(diào)制（bcsk）、循環(huán)移位鍵控（csk）等。

在解調(diào)之前必須進(jìn)行采集、檢測和同步。同步捕獲可以使用與時(shí)間直接相關(guān)的技術(shù)。

2基于TDC的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈

TDC中基本函數(shù)的發(fā)生器部分的功能與傳統(tǒng)通信系統(tǒng)中載波發(fā)生器部分的功能相似，在TDC系統(tǒng)中，m序列主要不是用于擴(kuò)頻，而是用于產(chǎn)生隨機(jī)相位。將TDC應(yīng)用于無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈路時(shí)，需要用TDC的基本功能生成模塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路通信系統(tǒng)中的載波生成模塊，去除擴(kuò)頻和擴(kuò)頻部分。

在干擾環(huán)境的頻譜估計(jì)部分，寬帶射頻前端接收來自寬帶天線的信號并進(jìn)行預(yù)濾波以選擇所需的帶寬，使用低噪聲放大器放大有用信號并執(zhí)行頻譜估計(jì)（psd）。高速adc采樣后，通過幅度譜整形獲得未擾動的譜矢量，相位映射后，將生成的m序列（或其它偽隨機(jī)序列）定量乘以幅度譜矢量。然后通過調(diào)整ifft和幅度緩沖器，對要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行二進(jìn)制循環(huán)移位鍵控（bcsk）調(diào)制。它通過數(shù)字上變頻和DAC傳輸?shù)缴漕l終端和天線，局部干擾頻譜的估計(jì)與發(fā)射機(jī)的部分相同，在隨機(jī)相位映射時(shí)，正確解調(diào)需要一個(gè)同步信號，在射頻前端接收到的信號通過adc和ddc與共軛局部基函數(shù)相連，然后通過積分和判決獲得接收數(shù)據(jù)。

3系統(tǒng)抗干擾性能仿真

系統(tǒng)仿真條件及相關(guān)參數(shù)：信道條件為加性高斯白噪聲信道。通過與傳統(tǒng)的直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)在相同條件下的抗干擾性能比較，驗(yàn)證了基于TDC的數(shù)據(jù)鏈路通信系統(tǒng)的抗干擾性能。擴(kuò)頻系統(tǒng)仿真采用常用的直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)，調(diào)制方式為BPSK。在變換域通信中，干擾功率譜估計(jì)方法。IFFT長度n為512，在基函數(shù)幅度成形中，干擾閾值設(shè)置為最大譜估計(jì)值的40%，調(diào)制方式為BCSK，窄帶干擾頻率占信號頻率的10%，幅值為1，干擾信號比（j/s）從0到16?dB不等。根據(jù)參考文獻(xiàn)[8]，當(dāng)使用BCSK調(diào)制時(shí)，理論誤碼率為：

式中，Eb/N0為接收機(jī)輸人端信噪比。

顯示了基于TDC的數(shù)據(jù)鏈路通信系統(tǒng)與傳統(tǒng)DS-SS系統(tǒng)在窄帶干擾誤碼率方面的仿真結(jié)果和性能比較。仿真結(jié)果表明，基于TDC的數(shù)據(jù)鏈路通信系統(tǒng)的窄帶抗干擾性能優(yōu)于傳統(tǒng)的擴(kuò)頻系統(tǒng)。

4、無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)信號特點(diǎn)及抗干擾技術(shù)分析

4.1?實(shí)時(shí)選擇技術(shù)

在實(shí)時(shí)頻率選擇系統(tǒng)中，干擾級別的大小通常用作選擇速率的一個(gè)重要因素。因此，實(shí)時(shí)頻率選擇系統(tǒng)提供的高質(zhì)量頻率實(shí)際上可以避免干擾，并在良好的傳輸條件下在通道上操作系統(tǒng)，而不受干擾或干擾。近年來興起的自適應(yīng)通信系統(tǒng)還具有"自動通道切換"功能。換句話說，通信系統(tǒng)在發(fā)生嚴(yán)重干擾時(shí)通過切換通道來響應(yīng)。

4.2?自適應(yīng)抗干擾技術(shù)網(wǎng)絡(luò)

高適應(yīng)性意味著高頻通信系統(tǒng)能夠適應(yīng)通信條件的變化。高頻通信系統(tǒng)有多種自適應(yīng)類型。例如，自適應(yīng)功率適應(yīng)、速率適應(yīng)、分流適應(yīng)、自適應(yīng)均衡、自適應(yīng)天線等。然而，提高無線電通信質(zhì)量和改善接入的最有效方法是選擇頻率并實(shí)時(shí)更改頻率。確保通信線路始終在傳播條件較弱的噪聲通道上運(yùn)行。

4.3?高速跳頻技術(shù)

跳頻通信解決了傳統(tǒng)無線通信的不足，以恒定的規(guī)律性和速度在恒定的無線電傳輸頻率上來回跳躍。從抗干擾通信的角度來看，跳頻通信是一種相當(dāng)隨機(jī)的跳躍，可以避免干擾、抵抗干擾、消除接收通道外的干擾、避免敵方電臺的干擾。

5、結(jié)束語

本文在研究變換域通信技術(shù)基本原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的特點(diǎn)，給出了基于TDC的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)發(fā)射機(jī)模型和接收機(jī)模型，并通過仿真與常規(guī)直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)在窄帶干擾中的誤碼率性能比較，結(jié)果表明基于TDC的數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)可有效對抗窄帶干擾。在此仿真驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，下一步研究工作將是基于軟件無線電平臺研究基于TDC的數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法及其實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。變換域通信技術(shù)作為一種很有潛力的認(rèn)知無線電候選技術(shù)，為提高無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈抗干擾能力提供了新的思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]?魏瑞軒，李學(xué)仁.無人機(jī)系統(tǒng)及作戰(zhàn)使用[?M].北京：國防工業(yè)出版社，2009.

[2]何智青?，任輝.變換域通信系統(tǒng)動態(tài)仿真平臺設(shè)計(jì)與系統(tǒng)研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2004，16（4）?：692?-695.口

作者簡介：

石潤（1989.12-）男，漢族，籍貫-湖北當(dāng)陽，大學(xué)本科學(xué)歷，工程師，研究方向—電子對抗