跳頻通信系統(tǒng)同步捕獲回路抗干擾性能分析

范真真，張笑宇

(1 山東輕工職業(yè)學(xué)院信息工程系,山東淄博 255300;2 山東特種工業(yè)集團(tuán)有限公司軍品研究所,山東淄博 255200;3 沈陽理工大學(xué)研究生院, 沈陽 110159)

0 引言

跳頻技術(shù)憑借其優(yōu)秀的抗干擾、低截獲率、抗衰落等優(yōu)勢，被廣泛的應(yīng)用在軍事化電臺組網(wǎng)中[1]。由于信息化戰(zhàn)場中實(shí)時多變的電磁環(huán)境，跳頻對抗技術(shù)成為現(xiàn)代信息對抗中的研究熱點(diǎn)。

目前，信息化戰(zhàn)場下信息傳輸中常見的抗干擾技術(shù)主要有：擴(kuò)頻技術(shù)、分集技術(shù)、猝發(fā)通信技術(shù)、加密技術(shù)、天線零相技術(shù)等[2-4]。跳頻組網(wǎng)過程中主要的干擾形式有：全頻帶形式干擾、部分頻帶形式干擾以及跟蹤式干擾等[5]。

文中依據(jù)跳頻通信機(jī)理，針對以上3種形式的干擾，立足于常見形式的干擾容限，重點(diǎn)以調(diào)制方式為MSK的FH系統(tǒng)為例，對跳頻電臺組網(wǎng)同步捕獲回路進(jìn)行抗干擾性能分析。

1 跳頻系統(tǒng)基本原理

跳頻通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的主要工作模塊為跳頻序列發(fā)生器和頻率同步器[6]。其中，跳頻序列發(fā)生器主要用于產(chǎn)生偽隨機(jī)序列，頻率合成器主要用于合成所需要的載波頻率[7]。跳頻接收機(jī)則主要通過頻率同步器實(shí)現(xiàn)載波頻率的同步，完成信息傳輸?；驹砣鐖D1所示。

圖1 跳頻通信系統(tǒng)原理圖

跳頻組網(wǎng)中用干擾容限Mj來表征系統(tǒng)抗干擾能力[8]。跳頻干擾容限是指系統(tǒng)承受干擾的最大量，即系統(tǒng)正常通信中誤碼率承受的干信比最大值。其表達(dá)式為：

(1)

式中：Gp為跳頻系統(tǒng)處理增益;Lsys為系統(tǒng)各項損耗;SNRout為輸出端的最小信噪比。工程中，通常以dB形式進(jìn)行計算，即：

Mj=Gp-Lsys-SNRout

(2)

2 抗干擾分析

2.1 抗全頻帶干擾性能分析

全頻帶式干擾是利用噪聲信號對通信系統(tǒng)工作的全部寬帶施加干擾，示意圖如圖2所示。信息化戰(zhàn)場中的全頻帶形式干擾將會同時覆蓋全部跳頻帶寬內(nèi)的所有跳頻頻點(diǎn)集，從而跳頻電臺無論在哪個頻點(diǎn)組網(wǎng)，通信性能都將受到影響。

圖2 全頻帶干擾示意圖

通過以上分析可知，跳頻帶寬直接影響跳頻組網(wǎng)中的抗全頻帶干擾性能，隨著帶寬的增大，抗干擾能力將進(jìn)一步增強(qiáng)。

2.2 抗部分頻帶干擾性能分析

部分頻帶形式干擾的工作原理不同于全頻帶形式的干擾，其作用原理是將能量集中在跳頻頻帶范圍內(nèi)的某一段中，示意圖如圖3所示。這種干擾方式多存在于信息化戰(zhàn)場跳頻網(wǎng)絡(luò)多、子信道數(shù)目多、跳速高的跳頻電臺組網(wǎng)中。

圖3 部分頻帶干擾示意圖

通過以上分析可知，跳頻頻點(diǎn)數(shù)目直接影響跳頻組網(wǎng)中的抗部分頻帶干擾性能，隨著頻點(diǎn)數(shù)目的增多，抗干擾能力將進(jìn)一步增強(qiáng)。

2.3 抗跟蹤干擾性能分析

跟蹤干擾的工作原理是利用天線對跳頻組網(wǎng)信號實(shí)時偵聽和檢測，一旦發(fā)現(xiàn)跳頻組網(wǎng)信號存在，立即將干擾信號頻率調(diào)整至當(dāng)前檢測頻率。跟蹤干擾隨跳頻圖案的變化而進(jìn)行功率集中的窄帶干擾，常見的信息化戰(zhàn)場中跟蹤干擾有單音干擾和多音干擾，示意圖如圖4所示。

圖4 跟蹤干擾示意圖

3 仿真分析

為分析跳頻電臺組網(wǎng)中同步捕獲回路的抗干擾性能，選擇的仿真參數(shù)如下：跳頻系統(tǒng)的頻帶范圍為969～1 206 MHz，總帶寬為225 MHz，調(diào)制方式為MSK，帶寬為3 MHz，跳頻速率為72 693跳/s，頻點(diǎn)集為51個，跳頻序列由M序列生成，信道模型為加性高斯白噪聲。待測抗干擾性能的跳頻信號時頻域如圖5所示。

圖5 跳頻信號時頻域圖

3.1 抗全頻帶干擾

選用滑動相關(guān)法作為跳頻組網(wǎng)中同步捕獲回路的測試方法，假設(shè)接收信號超前于本地信號10個碼元，每次步進(jìn)量為半個碼元，干擾信號的帶寬為900～1 250 MHz，覆蓋了跳頻系統(tǒng)整個頻段?？谷l帶干擾同步捕獲回路捕獲峰值位置如圖6所示。

圖6 抗全頻帶干擾峰值位置

由圖6可以看出，當(dāng)JSR(干信比)小于33 dB時，跳頻同步捕獲回路可實(shí)現(xiàn)有效捕獲，當(dāng)JSR大于33 dB時，捕獲位置出現(xiàn)錯誤。因此，增大信息化戰(zhàn)場中電臺組網(wǎng)時跳頻帶寬，電子對抗中干擾帶寬隨之增大，干擾功率勢必增加，從而有效提高跳頻電臺組網(wǎng)同步捕獲回路的抗干擾能力。

3.2 抗部分頻帶干擾

部分頻帶干擾信號的帶寬分別為900～1 000 MHz,1 100～1 200 MHz，當(dāng)前跳頻載波頻率為1 176 MHz，干擾信號為高斯白噪聲?？共糠诸l帶干擾同步捕獲回路捕獲峰值位置如圖7所示。

圖7 抗部分頻帶干擾峰值位置

由圖7可以看出，當(dāng)部分頻帶干擾的頻帶范圍為900～1 000 MHz時，跳頻通信系統(tǒng)與干信比無關(guān)，跳頻同步捕獲回路均可實(shí)現(xiàn)有效捕獲；當(dāng)部分頻帶干擾的頻帶范圍為1 100～1 200 MHz，且JSR小于40 dB時，跳頻同步捕獲回路可實(shí)現(xiàn)有效捕獲，當(dāng)JSR大于40 dB時，捕獲位置出現(xiàn)錯誤。因此，增加信息化戰(zhàn)場中電臺組網(wǎng)時跳頻頻點(diǎn)數(shù)目，電子對抗中干擾頻帶數(shù)目隨之增加，干擾功率勢必增大，從而有效提高跳頻電臺組網(wǎng)同步捕獲回路的抗干擾能力。

3.3 抗跟蹤干擾

跟蹤干擾信號選擇單音正弦信號以及雙音正弦信號，當(dāng)前跳頻載波頻率為1 176 MHz。同步捕獲回路抗單音跟蹤干擾捕獲峰值位置如圖8所示。同步捕獲回路抗雙音跟蹤干擾捕獲峰值位置如圖9所示。

圖8 抗單音干擾峰值位置

圖9 抗雙音干擾峰值位置

由圖8可以看出，跳頻系統(tǒng)抗單音跟蹤干擾性能隨著駐留時間比的減小而增強(qiáng)，且抗單音干擾性能比全頻帶干擾、部分頻帶干擾要差很多。由圖9可以看出，跳頻系統(tǒng)抗雙音跟蹤干擾性能仍隨駐留時間比的減小而增強(qiáng)，且跳頻系統(tǒng)抗單音干擾性能比抗雙音跟蹤干擾強(qiáng)。因此提高信息化戰(zhàn)場中電臺組網(wǎng)時跳速，壓縮電子對抗中干擾方的反應(yīng)時間，使干擾方無法滿足干擾橢圓，從而提高跳頻電臺組網(wǎng)同步捕獲回路的抗跟蹤干擾能力。

4 結(jié)論

依據(jù)跳頻通信機(jī)理，在分析了跳頻系統(tǒng)全頻帶干擾、部分頻帶干擾、跟蹤干擾3種不同干擾方式的干擾容限基礎(chǔ)上，重點(diǎn)針對調(diào)制方式為MSK的FH系統(tǒng)下的捕獲回路進(jìn)行抗干擾性能分析。通過仿真結(jié)果表明，增大帶寬可有效提高跳頻電臺組網(wǎng)同步捕獲回路抗全頻帶干擾能力，增加跳頻頻點(diǎn)數(shù)目可有效提高跳頻電臺組網(wǎng)同步捕獲回路的抗部分頻帶干擾能力，提高跳速可有效提高跳頻電臺組網(wǎng)同步捕獲回路的抗跟蹤干擾能力。