超短波跳頻通信抗跟蹤式干擾性能分析

楊 明，陳 靜

(中國人民解放軍91404部隊，河北秦皇島066001)

0 引言

抗干擾是軍事通信的根本要求。超短波跳頻通信具有良好的抗干擾性、組網能力和低截獲概率，是目前通信抗干擾領域應用范圍最廣的一種通信方式。超短波跳頻通信抗干擾性能的分析研究，對指導超短波跳頻通信裝備建設、提高部隊的戰斗力具有十分重要的意義。

國際上用于干擾跳頻通信的干擾方式主要有:跟蹤式干擾、寬帶阻塞式干擾和梳狀干擾等，其中對付跳頻通信最有效的干擾是跟蹤式干擾［1，2］。跟蹤干擾方式的各種參數中，涉及干擾駐留時間(占空比)和跟蹤概率對超短波跳頻通信的影響分析的相關資料很少。本文重點研究跟蹤干擾方式中干擾駐留時間(占空比)和跟蹤概率等參數對超短波跳頻通信性能的影響，通過理論分析與建立仿真模型，得到了干信比、干擾駐留時間(占空比)、跟蹤概率與誤碼率的關系曲線，為超短波跳頻通信抗跟蹤式干擾測試與應用提供了理論參考。

1 跳頻系統原理

跳頻通信是擴展頻譜通信的一個分支，其基本原理是:發送端信息碼序列與偽隨機序列調制后，按照不同的跳頻圖案或者指令去控制頻率合成器，使其輸出的頻率在信道里隨機跳躍變化。在接收端首先需要對輸入信號進行解調，必須有與發送端相同的本地偽碼序列發生器構成的跳頻指令去控制頻率合成器，使其輸出的跳頻信號能在混頻器中與接收到的跳頻信號差出一個中頻信號來，經過中頻放大以及中頻帶通濾波后，送到數字信息解調器恢復出原信息［3，4］。跳頻通信系統的原理框圖如圖1所示。

圖1 跳頻通信系統原理

2 跳頻通信抗跟蹤式干擾性能分析

跳頻通信發送端使用偽隨機碼控制載頻隨機變化，在接收端用與發端相同的偽隨機碼控制本地頻率合成器產生的頻率，使之與發端的載頻同步跳變，混頻后使之進入中頻頻帶內。對于干擾信號，由于不知道通信方的頻率變換規律，就不可能準確地實施干擾。由此可見，跳頻系統通過主動、隨機變換頻率的方式實現規避干擾。

對跳頻通信的跟蹤式干擾是指干擾信號能跟蹤跳頻通信信號的跳變，干擾信號的瞬時頻譜較窄，只要能覆蓋跳頻通信的瞬時頻譜即可，是最節省功率的一種干擾方式。跟蹤式干擾的特點是干擾機具有極強的實時處理能力，能夠在很短的時間里完成對敵方電臺信號頻率的偵察捕獲、分析，確定干擾對象，引導干擾機瞄準通信信號頻率發射干擾。下面主要從跟蹤干擾來分析跳頻通信系統的抗干擾能力。

2.1 干擾橢圓分析

由于對跳頻信號的截獲、分選、分析和發射干擾信號需要一定的時間，所以跟蹤式干擾只能對每跳信號的部分時間實施干擾。跟蹤式干擾在干擾跳頻目標時，必須使干擾信號在跳頻信號駐留期間到達敵方接收機并且干擾信號應具有最佳干擾形式。因此，有效的干擾區域與發射機、接收機、干擾機之間的距離相關。在通信過程中，干擾機能起到有效干擾，除滿足一定的功率要求外，干擾機的位置應滿足的條件［5，6］示意如圖 2 所示。

圖2 干擾橢圓示意

要實現跟蹤干擾，必須滿足:

式中，Tj為干擾機的反應時間(含偵察引導和轉發);d1為發射機與干擾機距離;d2為干擾機與接收機距離;L為接收機與發射機距離;Th為跳頻周期;V為電磁波傳播速度。整理后為:

式(2)取等號時，圖1變成一個以發射機、接收機為焦點的橢圓，稱為干擾橢圓。只有干擾機在干擾橢圓內，跟蹤干擾才可能有效。發射機、接收機之間距離越短，干擾橢圓越小，則干擾機可選擇的工作區域越小，抗跟蹤干擾的能力就越強。所以要盡可能地減小跳頻網中兩兩電臺之間的距離以及增大跳頻電臺與干擾陣地之間的距離，并且以干擾橢圓短半軸方向指向干擾方位置［5］。

2.2 干擾駐留時間(占空比)、跟蹤概率與誤碼率的關系

除了地理位置以外，跳頻通信抗跟蹤式干擾能力主要與跳頻速率、頻率數量、組網能力、跳頻圖案和跳頻密鑰等因素有關，較大的跳頻處理增益有利于提高抗跟蹤干擾能力。對跟蹤式干擾的跳頻處理增益為［7，8］:

式中，TH為跳頻駐留時間;Tt為頻率跟蹤時間。此時跳頻通信的干擾容限為:

干擾駐留時間(占空比)為每一跳里干擾時間與跳頻駐留時間的比值。在跟蹤式干擾中，跳頻速率越高，則跳頻駐留時間越短，頻率跟蹤占用時間的比例越大，有效干擾時間就越短，即干擾駐留時間越小，抗跟蹤式干擾的能力越強。

跳頻干擾跟蹤概率為被干擾的跳頻頻率數與總跳數的比值。在干擾過程中，跟蹤概率越大，說明干擾機跟蹤干擾上的跳頻頻點越多，在其他條件滿足的情況下，誤碼率會越大。跳頻頻率數越多，則干擾方對跳頻信號的偵察越難，干擾跟蹤概率就越小，并且干擾機需要更大的干擾帶寬。如果跳頻帶寬超過了干擾機的干擾帶寬，即使跟蹤速度足夠快，也實現不了有效的跟蹤干擾［3］。因此通過增加跳頻頻率數，能夠增加跟蹤式干擾分選信號的難度，這樣即使跳頻速率低于干擾機的跟蹤速率，也能有效地對抗跟蹤式干擾［9］。

3 仿真設計與結果分析

在跟蹤干擾方式下，利用Matlab對超短波跳頻通信進行了仿真。根據超短波跳頻通信抗跟蹤式干擾的機理，對影響通信效果的主要干擾參數變化與誤碼率間的關系進行了仿真分析，包括干信比、干擾駐留時間和干擾跟蹤概率等參數，得到相應的仿真曲線圖。仿真中假設已經同步［10］。

仿真參數如下:取典型跳速500 Hop/s，每一跳信號的調制方式為2FSK，帶寬為30 kHz，跳頻頻率集為256個頻率點，跳頻信號覆蓋的總帶寬為8 MHz。跳頻序列由m序列加按位變換算法產生，信道特性采用加性高斯白噪聲信道模型［11］。

跟蹤式干擾情況下跳頻信號的時頻分布如圖3所示［12］。

圖3 跟蹤式干擾情況下跳頻信號的時頻分布

3.1 不同干信比條件下的誤碼率分析

當每一跳干擾帶寬為40 kHz、干擾駐留時間為0．5、干擾樣式為GMSK、干擾跟蹤概率為100%時，干信比由－10～15 dB變化，超短波跳頻通信的誤碼率分布情況如圖4所示。

圖4 不同干信比下的誤碼率分布

由于干擾條件下關注的誤碼率的值較大，在此用誤碼數與全部碼數的比值表示誤碼率。從圖中可以看出，干信比與誤碼率之間總體上為正比關系，即干信比越大，則超短波跳頻通信的誤碼率越大。

從上述分析可得，在跟蹤式干擾中，干信比對超短波跳頻通信的影響大，而且干信比不需要很大就能使通信無法進行。在實際的數字通信中，對誤碼率的要求隨通信內容不同而不一致，一般在誤碼率值為0．1時可認為通信內容已不可信，即通信失敗，對應的干信比在－3 dB左右。

3.2 不同干擾跟蹤概率條件下的誤碼率分析

當干信比為0 dB、每一跳干擾帶寬為40 kHz、干擾駐留時間為0．5、干擾樣式為GMSK、干擾跟蹤頻率偏差為0 kHz時，干擾跟蹤概率在5% ～100%變化，其誤碼率分布如圖5所示。

圖5 不同干擾跟蹤概率條件下的誤碼率分布

從圖5中可以看出，干擾跟蹤概率與誤碼率之間總體上為正反比關系，即干擾跟蹤概率越大，則超短波跳頻通信的誤碼率也越大。圖中誤碼率值為0.1時對應的干擾跟蹤概率為25%左右。

3.3 不同干擾駐留時間條件下的誤碼率分析

當干信比為0 dB、每一跳干擾帶寬為40 kHz、干擾跟蹤頻率偏差為 0 kHz、干擾跟蹤概率為100%、干擾樣式為GMSK時，干擾駐留時間在0．1～0．9變化，其誤碼率分布如圖6所示。

圖6 不同干擾駐留時間條件下的誤碼率分布

從圖6中可以看出，干擾駐留時間與誤碼率之間總體上為正比關系，即干擾駐留時間越大，則超短波跳頻通信的誤碼率也越大。圖中誤碼率值為0．1時對應的干擾駐留時間為0．25左右。

4 結束語

從仿真結果可以看出，干信比、干擾駐留時間、干擾概率對跟蹤式干擾的影響程度各不相同，仿真結果為實際的抗跟蹤干擾測試提供了理論參考。另外，仿真結果與理論分析結果在總體趨勢上是一致的，跳頻通信要抵御跟蹤式干擾要從跳速、頻率數量和功率等方面進行綜合考慮，同時根據干擾橢圓的設置，采取一定的技戰術措施來抗跟蹤式干擾。仿真得到的干擾駐留時間(占空比)、跟蹤概率與誤碼率關系曲線，深化了不同跟蹤式干擾參數對跳頻通信的影響研究，為測試、評估超短波跳頻通信系統的抗干擾能力提供技術支撐，為今后跳頻通信裝備的抗干擾試驗提供評估指導。

［1］ 徐穆洵．通信對抗研究［M］．嘉興:中國電子科技集團公司第三十六研究所，2002．

［2］ 朱慶厚，朱耀明．通信對抗原理［M］．合肥:中國人民解放軍電子工程學院，1992．

［3］ 羅 勇．對軍用跳頻電臺的通信偵察與干擾的研究與實現［D］．長沙:國防科技大學，2005:4－6．

［4］ 胡曉嬌．跳頻通信系統抗干擾性能研究及仿真分析［D］．武漢:華中科技大學，2006:5 －6．

［5］ 姚富強．通信抗干擾工程與實踐［M］．北京:電子工業出版社，2008．

［6］ 徐穆洵．跳頻、擴頻通信最新干擾技術進展［M］．嘉興:中國電子科技集團公司第三十六研究所，1995．

［7］ 蔡 嘯．對FH/MFSK的干擾性能分析［D］．武漢:華中科技大學，2005:6－8．

［8］ 查光明，熊賢祚．擴頻通信［M］．西安:西安電子科技大學出版社，1992．

［9］ 陳新寧．跳頻通信偵察技術研究［D］．長沙:國防科技大學，2006:44－46．

［10］肖曼琳．直擴通信系統的干擾效能評估與仿真［D］．西安:電子科技大學，2006:62－71．

［11］孫 屹．MATLAB通信仿真開發手冊［M］．北京:國防工業出版社，2005．

［12］徐明遠，劉增力．MATLAB仿真在信號處理中的應用［M］．西安:西安電子科技大學出版社，2007．