一種有效的對直接序列擴頻信號干擾技術

李圣安，朱秀珍，羅 超

（中國電子科技集團公司27所，鄭州450047）

0 引 言

直接序列擴頻（DSSS）通信具有抗干擾能力強、被截獲概率低、隱蔽性好、抗多徑衰落以及良好的碼分多址能力等一系列優點［1］，成為現代信息傳輸常用的主要通信方式之一，被廣泛應用于移動通信、衛星通信、個人通信、測控、導航和雷達等多個軍民用領域。

隨著DSSS通信技術在軍事領域的日益廣泛應用，基于現代信息戰中“制信息權”的考慮，對DSSS信號的偵察干擾已成為信息化作戰的主要內容［2］?，F階段由于干擾檢測、抑制、對消和自適應調零等抗干擾技術的發展和應用，使得對DSSS信號的對抗干擾越來越困難，常規的噪聲干擾、脈沖干擾和調制干擾等干擾方式對DSSS信號的干擾效能大大降低，如何對具有強抗干擾性的DSSS信號實施高效干擾是信息對抗領域研究的熱點。

1 直接序列擴頻通信

DSSS通信的原理是：在信息發送端，用高速的偽隨機噪聲序列碼對信號進行擴頻調制，將信號頻譜擴展到較寬的頻段上；在信息接收端采用相同的序列碼對接收的信號進行解擴解調，把展寬的擴頻信號還原成原始的信息。通過擴展頻譜的相關處理，大大降低了信號的功率譜能量密度，獲得高處理增益，使得信號具有很強的隱蔽性和抗干擾能力。DSSS系統的工作原理如圖1所示。

以直接序列－二進制相移鍵控（DS－BPSK）為例，其信號數學模型為：

式中：A為信號幅度；d（t）∈ （－1，1），為信息數據序列；PN（t）∈ （－1，1），為特定長度的擴頻碼；ω0為載波頻率；φ為初始相位。

圖1 DSSS系統原理框圖

圖2 加干擾的DSSS信號解擴前后功率譜示意圖

DSSS信號所采用的擴頻碼序列一般為m序列、GOLD序列或其它非線性序列，這些偽碼序列具有尖銳的自相關峰和極低的互相關值。對于干擾信號而言，由于很難做到與目標系統偽隨機序列相關，在DSSS系統接收端解擴功能模塊的作用下，干擾信號頻譜被擴展，相應功率譜密度被降低（如圖2所示），大大減少了進入信號通帶內的干擾功率，使解調器的輸入信噪比和信干比提高，從而提高了系統的抗干擾能力。只有當干擾信號的偽隨機碼（PN）序列與通信使用的PN序列相同并在相位上完全一致地到達接收機時，擴頻系統才會明顯地被干擾［3］。所以在目標信號偽碼，碼型未知的情況下，對其實施有效干擾具有較大難度。

2 干擾技術原理

DSSS通信一般具有較高的處理增益，若采取常規的干擾信號實施壓制干擾，到達目標接收端的干擾功率要求足夠大，能夠抵消目標擴頻處理增益，才可達到理想的干擾效果。在目標通信系統采用干擾抵消、自適應調零和自適應濾波等先進抗干擾技術時，一旦干擾信號功率大到一定程度，會被接收系統快速地檢測到，并被其采取上述先進技術濾除，為實施對DSSS信號的大功率壓制干擾帶來較大困難。

以對GPS系統粗捕獲（CA）碼實施壓制干擾為例分析，GPS信號CA碼的擴頻處理增益為43dB，為達到較好的干擾效果（干信比為3dB），考慮到GPS接收機最小可檢測信噪比（假定為8dB），干擾信號到達接收機時其功率要求至少比GPS信號高38dB。這么大功率的干擾信號很容易被先進的GPS接收機檢測到，若其采用自適應調零技術，可輕易將該干擾信號在空域濾除，使其干擾失效。

對DSSS信號的相關干擾、欺騙干擾等需要一定的先驗知識，在準確檢測到目標信號的通信參數、擴頻碼結構等基礎上，才可以引導實施相關干擾、欺騙干擾。轉發干擾不需要詳細的信號參數，但需要知道其擴頻碼周期，經適當延遲轉發方可達到干擾效果。

轉發干擾由于需要轉發截獲的目標信號，一般需要干擾機采用收發隔離的2個天線同時持續工作，快速地把轉發干擾信號輻射出去［4］。同時延遲時間必須嚴格考慮，延遲時間不當，干擾會變為目標信號的多徑效應，或被目標接收端解擴器直接相關掉，有時還需要對待轉發的信號進行特定的處理。結合相關干擾和轉發干擾的特點，通過對轉發延遲干擾的改進，可以達到更高效的干擾，其干擾信號產生原理如圖3所示。

圖3 對DSSS信號干擾產生原理圖

首先對截獲的DSSS信號進行一次緩存，要求存儲量至少大于1個擴頻碼周期Tp，作為干擾信號的產生源。將緩存的數據與當前實時接收到的DSSS信號進行相關處理，通過對處理結果提取判決，引導干擾信號產生并適時輸出。干擾信號生成的依據是，在與當前接收的信號具有最大相關值時，循環輸出緩存區內整數倍擴頻碼周期的信號作為干擾信號。干擾輸出時輸入單元可停止工作，大大降低了干擾系統的功耗和收發單元的相互間影響。

圖4分別為在信噪比SNR＝0dB和SNR＝－5dB條件下，計算的某DSSS信號緩存數據與其單周期的PN序列相關系數絕對值的示意圖，由于緩存數據與PN序列碼在某時刻存在較大相關性，可以對應用此PN碼擴頻的信號產生相關干擾。

圖4 緩存數據與單周期PN序列的相關圖（SNR＝0dB／－5dB）

由于緩存數據與目標信號擴頻碼結構相同，為實施對目標信號相關干擾提供基礎。將緩存數據與當前接收的信號經相關計算，當兩者擴頻碼同步時，相關系數出現峰值，此時達到最大相關性，即可達到最佳干擾，相關系數的任意兩峰值間長度為整數倍擴頻碼周期。為了使干擾信號長時間有效，需要截取緩存區內n×Tp（n≥1）長度的信號，并持續循環輸出。

圖5 緩存數據與當前接收信號的相關圖（SNR＝0dB／－5dB）

圖5分別為在信噪比SNR＝0dB和SNR＝－5dB條件下，計算的某DSSS信號緩存數據與實時接收信號的相關系數絕對值的示意圖，圖上出現的多個峰值時刻，表明當前時刻接收信號擴頻碼正好與緩存數據包含的擴頻碼同步，緩存數據此時可作為有效干擾信號輸出。2個峰值間的時間長度為整數倍擴頻碼周期，截取后循環輸出可實施對目標信號的有效干擾。

3 干擾仿真分析

計算機仿真：假設目標信號為DS－BPSK信號，PN碼序列長度為Np＝1 024，碼速率為Rc＝10Mbps，信息碼速率為Rd＝40kbps，擴頻增益為10lg（10／0.04）＝24dB。對目標基帶信號進行仿真分析，采樣率為Fs＝1次／chip。仿真過程中隨機截取的緩存數據為5 000點。

在信噪比SNR＝0dB條件下進行仿真分析，得到在不同干信比下的干擾性能如圖6所示。隨著干信比的增大，誤碼率也逐漸增大，干信比大于－1時誤碼率顯著上升。當干信比大于1后，誤碼率接近0.5，趨于穩定，達到理想干擾狀態。

在干信比JSR＝0dB和3dB條件下進行仿真分析，得到在不同信噪比下的干擾性能，如圖7所示。在干信比一定時，隨著信噪比的增大，誤碼率變化緩慢，在信噪比較大情況下，系統誤碼率的大小主要由干信比的大小決定。

圖6 不同干信比下干擾性能圖（SNR＝0dB）

圖7 不同信噪比下干擾性能圖（JSR＝0dB／3dB）

4 結束語

由于抗干擾技術的發展進步，對直接序列擴頻通信的干擾對抗變得越來越困難。本文提出并分析了一種改進的延遲轉發干擾方式，通過仿真驗證了對直擴信號干擾的有效性，對直擴信號達到了較好的干擾效果。該方式需要先驗知識少，系統結構簡單，是一種對直擴信號高效的干擾技術。

［1］查光明，熊賢祚.擴頻通信［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2002.

［2］電子戰技術與應用——通信對抗篇編寫組.電子戰技術與應用——通信對抗篇［M］.北京：電子工業出版社，2005.

［3］顏彪，許宗澤.一種新的抗轉發干擾直接序列擴頻系統的性能 分 析 ［J］.數 據 采 集 與 處 理，2002，17（4）：415－418.

［4］王雪松，劉建成，張文明，等.間歇采樣轉發干擾的數學原理［J］.中國科學（E輯），2006，36（8）：891－901.