IFF系統中跳頻抗干擾技術的研究

陳秀芳 毛錫榮

1 無錫機電高等職業技術學校 江蘇 214028

2 無錫市第三高級中學 江蘇 214028

0 引言

隨著敵我識別系統性能的不斷完善和技術的不斷創新，電子對抗已成為當今電子作戰系統中的一個重要作戰手段，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中的核心部分。本文根據技術協議，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系統抗干擾性能分析和抗干擾技術的研究，而且也有助于我們對IFF干擾樣式和技術的研究與改進。

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星通信中處于特別有利的位置。擴頻技術正在取代常規通信技術成為軍事通信的一種主要抗干擾通信技術。因此，對擴頻通信干擾技術的研究，成為通信對抗中的重要部分。

1 IFF系統中跳頻技術

跳頻技術以其優良的多址組網和抗干擾性能，成為了軍用抗干擾通信的主流技術之一。慢跳頻技術由于不能獲得分集增益，需要通過引入新的分集技術來提高其鏈路傳輸性能。由于較低的解碼復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、空時分組碼技術得到了廣泛的研究。

1.1 跳頻技術應用原理

跳頻/擴頻(Frequency Hopping/Spreading Spectrum，FH/SS)體制是將傳統的窄帶調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，從而實現頻譜擴展得擴頻方式。這同樣是一種人們熟悉和應用廣泛的擴展頻譜系統。FH/SS技術以其優良的抗干擾性能和多址組網性能在軍事無線電抗干擾通信、民用移動通信、現代雷達和聲納等電子系統中獲得應用。

圖1給出了FH/SS通信系統的基本模型。

圖1 FH/SS通信系統的基本模型

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，發送信息占據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進行跳變的一種通信系統。 經過波形變換后，信息數據進行載波調制，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，獲得具有信息的中頻信號，進而得到發射機發射的信號。

1.2 跳頻技術的信號分析

設信源產生的信號a( t)為雙極性數字信號，則：

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

調制采用FSK調制。由頻率合成器產生的頻率為 fi，則：

即 fi在(i-1)Th≤t≤iTh內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時間。這樣，用a( t)去調制頻率合成器產生的頻率為 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)為不同網的跳頻信號；J( t)為干擾信號分量。

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

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：

現已知接收端與發送端的頻率合成器的產生頻率是一一對應的，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。經解調后，可恢復出傳送的信息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，經過混頻后，跳頻系統對白噪聲無處理增益，即噪聲分量和一般的非跳頻系統一樣，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射頻率的變化規律進而得不到跳頻系統的信息，經過混頻后，該干擾分量被搬移到中頻頻帶之外，不能夠進入到解調器中，即不能對跳頻信號形成干擾，這樣使用跳頻系統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)分量是其他不同網所產生的跳頻信號。不同的網使用的跳頻規律是不同的。在組網的時候，為了避免不同網絡之間的相互干擾問題，不同網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 跳頻技術的干擾增益

對于敵我識別系統采用的跳頻抗干擾措施，系統的處理增益為：

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

2 IFF系統中跳頻抗干擾產生的方法

跳頻系統的抗干擾機理如下：在發送端，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，通過使用與發送端相同的偽隨機碼來改變其頻率合成器的產生頻率，使接收端與發送端的載頻進行同步跳變，經過混頻后，使跳頻信號進入到中頻頻帶之內；而對于干擾信號來說，不能夠與跳頻系統的跳頻信號頻率寶石相同，經過接收機后，不能夠進入到中頻頻帶之內，進而不能夠對跳頻信號形成干擾。由此，該跳頻系統便達到了抗干擾的目的。由此可見，跳頻系統與直擴系統的抗干擾機理是不同的，跳頻系統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。

跳頻通信系統主要由偽隨機碼產生器和頻率合成器兩部分組成。快速響應的頻率合成器是跳頻通信系統的關鍵部件。跳頻擴頻信號的產生方法如圖2所示。

跳頻仿真參數：跳頻點數：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

調制方式：BPSK

采樣頻率：200MHz

圖2 跳頻擴頻信號的產生方法

根據以上仿真參數，得到跳頻波形及頻譜如圖3所示。

圖3 跳頻波形及頻譜

3 對應答接收機受阻塞式致盲干擾效果仿真過程及結果分析

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

設仿真參數：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R=0.22，調頻序列采用M序列，一個碼元調頻一次，系統為一個FH/DPSK系統。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 噪聲調幅干擾下跳頻系統解碼誤碼率(模式4)

由表1可知，IFF采用跳頻抗干擾，可使系統能很好的對抗噪聲調幅干擾。跳頻系統具有抗窄帶干擾的能力，當跳變的頻率數目足夠多，調頻帶寬足夠寬時，抗干擾能力很強。

表2 噪聲調頻干擾跳頻系統誤碼率分析(模式4)

由表2可得，跳頻系統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。這是由于噪聲調頻信號帶寬較大，在跳頻系統不能跳出噪聲調頻帶寬，其誤碼率會較高。因此，降低誤碼率的措施應該增大調頻范圍，或增大跳頻間隔，使信號能跳出噪聲調頻帶寬。

表3 噪聲調相干擾跳頻系統誤碼率分析(模式4)

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

4 結束語

本文通過仿真實驗論述了跳頻系統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，可使系統能很好地對抗噪聲調幅干擾。跳頻系統具有抗窄帶干擾的能力，當跳變的頻率數目足夠多，調頻帶寬足夠寬時，抗干擾能力很強。跳頻系統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該增大調頻范圍，或增大跳頻間隔，使信號能跳出噪聲調頻帶寬。在實戰過程中，應根據裝備的性能指標，靈活控制干擾帶寬，充分發揮干擾設備的作戰效能。

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