二維擴頻算法在海上抗干擾無線通信系統中的應用

潘云

(貴州交通職業技術學院信息工程學院，貴州貴陽550008)

二維擴頻算法在海上抗干擾無線通信系統中的應用

潘云

(貴州交通職業技術學院信息工程學院，貴州貴陽550008)

摘要:在海上艦船電子作戰領域中，通信系統敵對雙方具有對抗特性。如何能夠快速準確的對對方信息進行準確獲取，而且同時能夠保障自身的電子通信系統具有抗干擾特性，是保證整個海上電子戰爭成敗的關鍵。由于通信系統網絡的發展，傳統的僅僅針對單臺通信系統的抗干擾技術已經不能滿足現代海上作戰的網絡化需求，而要求整個海上電子信息網絡具有綜合對抗特性。本文在研究現有通信網絡的基礎上，提出了綜合化的網絡對抗技術及模型，提高了海上無線通信網絡中的抗干擾性能。

關鍵詞:無線通信平臺;電子對抗;抗干擾技術

The application of interference in marine wireless communication system based on 2DSS algorithm

PAN Yun
(College of Information Engineering，Guizhou Polytechnic College of Jiaotong，Guiyang 550008，China)

Abstract:In the field of marine electronic warfare，the accurate processing of communication system become the key to the success of the war．How to quickly and accurately obtain accurate information on the other side is very important．The traditional communication system only for single anti interference technology has been unable to meet the current needs of the maritime combat network．This paper analyzes the existing communication network principle，proposed the network confrontation technology and model integration，at last simulate and test it．

Key words:wireless communication platform; electronic countermeasure;anti interference technology

0　引言

在海上無線通信領域中，除了自然環境引起的多經信號干擾及碼間干擾外，在海上艦船電子作戰中，對方往往通過無線干擾以及多種通信模式的電子干擾來對我方的通信信號進行干擾。自然環境引起的干擾具有很好的統計學特性，能夠通過信道均技術及訓練序列消除這些干擾;而對于對方有意的無線干擾，具有干擾信號變換加快，并且具有不規則的動態特性，利用傳統的方法很難消除這些干擾［1］。所以在艦船作戰中，如何能夠快速準確的對對方信息進行準確獲取，而且同時能夠保障自身的電子通信系統具有抗干擾特性，是保證整個海上電子戰爭成敗的關鍵，也是作戰第一要素。

在傳統的海上無線通信抗干擾領域，一般通過對單個的通信平臺進行抗干擾技術設計，使通信平臺能使用多種通信模式對抗多種形式的電子干擾。但是現在戰爭呈現網絡化的特征，僅僅依靠一個個單個通信模塊的抗干擾功能已經很難適應整個網絡的對抗。

本文在研究現有通信網絡的基礎上，提出了綜

合化的網絡對抗技術及模型，提高了海上無線通信網絡中的抗干擾性能。

1　抗干擾技術原理及特性

1.1通信抗干擾技術分類

在敵對雙方的電子通信系統干擾中，并不像海上自然環境，如海風﹑海浪以及海面多徑干擾等引起的干擾，這些干擾具有一定的統計學特性及周期性，能夠通過通信技術中的信道均衡及訓練信號進行消除。而對于敵方電子干擾是一種積極的干擾方式，其干擾方式呈現多樣性及欺騙性，或者具有很強的攻擊性，使通信設備的原始信號與干擾信號完全混合，導致通信設備無法正常對其區分。

按照干擾強度不同可以分為欺騙式干擾及壓制式干擾［2］。欺騙式干擾是對方發送信號與我方通信平臺原始信號相近，使通信系統接收機分辯不出原始信號與干擾信號而造成的干擾;壓制式是發送干擾幅度強度較高的信號，使原始信號完全沉沒于干擾信號當中，使接收機再恢復原始信號很困難，甚至恢復的原始信號完全錯誤。

由于海上通信的電子干擾一般采用頻率跟蹤的干擾方式，下面對其原理進行描述。

頻率跟蹤干擾是通過對對方原始信息先不斷進行截取，通過跟蹤分析這些有用信號的幅度﹑相位及頻率來確定選用的干擾機制，艦船無線通信一般采用調頻方式，這就要求干擾信號必須在調頻駐留時間內發送至對方的通信平臺。

基于頻率跟蹤干擾的結構如圖1所示［3］。

圖1　頻率跟蹤干擾模塊結構Fig.1　The frequency tracking module structure

1.2電子干擾中的有效距離

對艦船通信系統來說，由于存在嚴重的多徑干擾及衰落效應，干擾信號能達到的有效距離是其干擾電子設備重要的性能指標之一。它與干擾電子設備以及對方的通信平臺特性都有關系。

圖2　通信平臺各模塊位置結構圖Fig.2 The module position structure of communication platform

本文假設電子干擾設備以及對方通信系統中的發射﹑接收設備在同一層的位置，信號干擾機與發射機接收機的平面圖如圖2所示。

信號干擾方程如下:

其中:

式中，PJ和PS分別為干擾設備發射功率及對方通信發射機發射功率; GJ和GS均為通信電子設備的輻射增益權值;J和S分別為通信接收機與抗干擾發射的信號以及原始有用信號之間的夾角方向; gJ和gS分別為干擾信號以及原始信號的相對方向天線位置; ΔfJ/ΔfS分別為干擾設備以及對方通信設備的信號過濾器頻帶; rJ為干擾信號與原始信號之間的歸一化相關權值系數。

2　基于網絡的抗干擾技術

2.1擴頻抗干擾技術原理

擴頻技術是海上電子對抗及抗干擾的主流方法，它對海上無線通信系統的發射信號通過特定的頻譜擴展函數進行混合，將原先的海上無線窄帶信號擴展為寬帶信號，然后通過海上無線信道進行傳輸，在傳輸過程中需要對寬頻信號進行壓縮，有利于無線頻譜的利用。由于對原始信號的頻譜通過特定的加密擴頻函數進行擴展，所以對方對信號的截取往往是頻譜很寬的信號，除非解密出擴頻信號函數，否則很難分析出原始信號的頻譜特性，這樣對原始信號有一個頻譜加密過程。

原始信號通過擴頻后的頻帶與原始頻帶差別往往較大，所以對信號的調制方式是根據原始信號及擴展函數綜合決定的［4］。

整個擴頻通信平臺的模型如圖3所示。

圖3　擴頻通信平臺模型Fig.3 Spread spectrum communication platform model

如圖3所示，海上通信信號系統的原始信號通過信源及信道編碼后，在傳輸至無線信道之前混入隨機擴頻偽隨機信號;在接收端則對擴頻后的信號濾波，再通過信道及信源逆向解碼，恢復出原始信號。

通過擴頻的信號符合通信原理中的香農公式，描述如下:

2.2基于二維域的抗干擾系統

上面給出了單個通信系統抗干擾使用的擴頻技術，在現代艦船無線通信系統中，不僅在頻域進行擴頻，在時域可以同時進行信號擴展，其對原始信號在時域和頻率同時進行頻譜擴展，增加了對電子干擾設備的解析難度，同時由于其在2個維度同時進行頻譜擴展，原始信號在2個維度同時具備擴頻特性，使得整個通信系統的帶寬增益更大，同時對抗海上多徑干擾也具有很好的效果［5］。

本文對海上無線通信系統提出了二維擴展模型，圖4為基于二維頻域擴展的接收和發射系統的模型圖。

設海上無線通信系統的原始輸入信號為b(t)，首先進行直接序列擴頻(DMC)，擴頻后的信號輸入為d(t)，轉換公式如下:

圖4　接收和發射機模型Fig.4　The transmitter and receiver model

式中: aJ為直接擴頻的信號量，j = 1，2，…，N; N為信號量的元素個數，也表示擴頻增益; Tc為一個元素碼周期; P(t)為信號的脈沖幅度。

在時域進行直接序列擴頻后再通過頻域擴展處理:把輸出信號d(t)劃分為寬度大小相同的M個子分量，經過頻域擴展的算術表達式如下:

式中: i = 1，2，…，M; j = 1，2，…，N;βJ，1為頻域擴頻序列。設頻域擴展矩陣組合如下，矩陣中每一列的向量與輸出信號d(t)的M個子分量對應的擴頻序列為:

進行擴頻后的M個子分量再與各自的調制載波運算，各載波頻率間隔為Δf，公式如下:

式中: PT為載波功率，本文假設所有載波功率相等。最后通過離散傅立葉變換，綜合式(5)～式(7)得到:

式(8)為經過時域擴頻與頻域擴頻后的總表達式，可以看出其信號增益是時域增益與頻域增益相乘的結果，擴頻后的信號更加具有抗干擾特性。

3　算法仿真

最后給出基于以上條件的海上無線通信系統的誤差率曲線如圖5所示。

圖5　誤碼率曲線圖Fig.5　The bit error rate curve

4　結語

在海上作戰系統中，基于艦船無線通信平臺的通訊系統起到了非常關鍵的指導作用，對于通信信號的準確獲取直接關系到整個戰爭的成敗。而艦船無線通信平臺，除了受到海上環境噪聲、多徑干擾及衰落等影響，敵方也會對我方的無線通信平臺進行電子干擾。

本文在研究現有通信網絡的基礎上，提出了綜合化的網絡對抗技術及模型，提高了艦船無線通信網絡中的抗干擾性能。

參考文獻:

［1］ZIEMER R E，PETERSON R L．Digital communications and spread spectrum systems．New York: Macmillan Publishing Company，1985:555－602．

［2］VITEBRI A J．Wireless digital communication: a view based on three lessons learned［J］．IEEE Communication Magazine，1991，29(10) :33－36．

［3］NGUYEN L．Self-encoded spread spectrum communications．Proc of the Military，99 Communication Conference．Atlnatic City，NT:1999:182－186．

［4］陳旗，蔣貴銀，宋士瓊，等．水面艦艇編隊電子對抗仿真系統研究［J］．艦船科學技術，2010，32(6) :79－83．CHEN Qi，JIANG Gui-yin，SONG Shi-qiong，et al．Research of the smiulation system of electronic counterm easures［J］．Ship Science and Technology，2010，32(6) :79－83．

［5］張瑜，賀秋瑞．基于混合系統的微弱信號參數提取方法［J］．艦船科學技術，2013，35(12) :13－16．ZHANG Yu，HE Qiu-rui，The method of weak signal parameters extraction based on hybrid system［J］．Ship Science and Technology，2013，35(12) :13－16．

作者簡介:潘云(1981－)，女，碩士，講師，研究方向為通信工程。

收稿日期:2014－10－17;修回日期: 2014－12－27

文章編號:1672－7649(2015) 07－0160－04doi:10.3404/j.issn.1672－7649.2015.07.037

中圖分類號:U674．71

文獻標識碼:A