短波跳頻通信系統效能研究*

項保利 胡 煒 呂志軍

(1.92665部隊 石門 427200)(2.海軍工程大學 武漢 430033)

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短波跳頻通信系統效能研究*

項保利1胡 煒2呂志軍2

(1.92665部隊 石門 427200)(2.海軍工程大學 武漢 430033)

從實用的角度出發,建立了跳頻通信系統穩定性、時效性和保密性三個指標的數學模型。通過指標的獲取和量化,實現了跳頻通信系統效能評估。

跳頻通信; 效能評估

Class Number TN975

1 引言

隨著日益白熱化的電子戰,世界各國競相研究發展通信對抗技術和設備,保證己方的通信保密、迅速和不間斷,擴頻通信技術得到越來越廣泛的應用。跳頻通信是擴頻通信技術的一種,是目前部隊使用較多的通信設備之一,對跳頻通信系統效能的研究具有重要的理論價值和現實意義[1]。

2 跳頻通信概述

所謂跳頻通信,用簡單的術語講就是“多頻、選碼、移頻鍵控”,即用偽隨機序列(PN)構成跳頻指令,控制選擇通信信號的載頻,收發雙方使用同一組載波頻率集,并按照相同的變化規律跳變,從而達成通信要求。

跳頻通信系統最大的優點是抗干擾能力強,可以抗單頻干擾、多頻干擾,還可以抗部分頻帶和寬帶干擾。跳頻通信系統作為通信系統之一,在任何情況下,都應該具備穩定、可靠、迅速和保密通信的能力,因此,分析跳頻通信系統的效能也要從穩定性、可靠性、時效性和安全性入手[2]。

3 跳頻通信系統效能評估

在現代戰場環境中,跳頻通信系統多為組網應用,所以對跳頻通信系統效能的研究,主要是研究跳頻電臺組網條件下的通信效能。根據以上分析,跳頻通信系統效能P(t)評估的參數指標可確定為以下幾點:通信的穩定性和可靠性Pw(t)指標、通信的時效性Ps(t)指標、通信的保密性Pb(t)指標[3]。

3.1 通信系統的穩定性和可靠性指標

設跳頻通信系統中AB兩點之間的通信有n個路由,每個路由中有m個邊線,每個邊線的穩定性和可靠性概率為pj,則通信系統的穩定性和可靠性指標可以表示為[4]

(1)

在實際通信過程中可以通過轉信的方式達成,但是多次轉信需花費較長的時間,本研究中只考慮一次轉信的情況,因此有m≤2。式(1)中pi為路由使用概率,由通信系統中的指揮層級和信道質量確定,pj則由每個節點系統的穩定性和可靠性確定,該參數為指數分布可表示為

pj=e-λt

(2)

式中,常數λ為系統的失效率,即單位時間內發生故障的概率[4]。

3.2 通信系統的時效性指標

跳頻通信系統的時效性取決于通信設備和人員準備好所需時間、信號傳輸時間、敵方的干擾強度等幾個方面,通信系統確保通信暢通的能力強度μ與喪失通信能力的臨界時間T成反比,由此可得到時效性概率的微分方程:

(3)

在沒有戰斗任務時,可以認為設備和人員狀態良好,無敵對方干擾通信,設備可以自適應選擇最佳信道,此時可以設為通信的時效性指標概率為1,進入戰斗任務后,隨著通信聯絡文件的增多,通信人員的狀態下降,通信對抗力度的增強,通信的時效性概率會逐步降低。所以設方程的初始條件為:t=0時,Ps(t)=1。解微分方程可得:

(4)

此處參數T直接影響到通信系統的時效性指標,設備性能優良,人員工作思路清晰,敵對方通信對抗能力低下,T就越大,反之T則減小。圖1為T為不同取值時的跳頻通信系統時效性曲線圖[5]。

圖1 T為不同取值下的時效性曲線

3.3 通信系統的保密性指標

跳頻通信系統的保密性主要指抗信號截獲能力和抗信號破譯的能力。設跳頻通信系統跳速為R,通常把跳速的倒數作為時隙寬度,跳頻信號在每一個頻率點的駐留時間T為時隙寬度的(0.8～0.9)倍,取中間值0.85可得T=0.85/R[6]。設敵方偵察接收機的工作帶寬為Bs,信道間隔為Bm,每個信道停留時間為Tr,則可得到信號被截獲概率為

(5)

在此基礎上可以求出整條消息被截獲的概率。設跳頻通信電臺發送某消息用時Tf秒,則發送該信號時信號頻率跳變TfR次,敵方截獲n次信號的概率如式(6)[9]:

(6)

當n=TfR時,即發送信號全部被截獲,由此可得截獲全部消息的概率為P2:P2=P(TfR)

(7)

假設消息的保密性概率為P3(t),破譯消息所需要的平均時間為Tp,則消息失去保密性ξ與Tp成反比,由此得到消息保密性微分方程為[10]

(8)

解微分方程可得:

P3(t)=e-ξt

(9)

由上述分析,可得到跳頻通信系統的保密性概率為

(10)

由于截獲信號即意味著定位,故在t=0,n=1時,式(10)表示跳頻通信電臺被定位的概率[8]。

3.4 跳頻通信系統效能評估

兼顧客觀和主觀賦權對效能評估的影響,運用最優組合賦權方法進行跳頻通信系統效能評估,得到效能值P(t)=f[Pw(t),Ps(t),Pb(t)]。

4 結語

本文從實戰出發,通過對可靠性指標、時效性指標以及保密性指標的研究及建模,詳細分析跳頻通信系統的效能,部分給出了仿真結果。在現代作戰行動中,高科技的運用在爭奪通信主動權上占有極為重要的位置,以科學的方法分析研究跳頻通信系統的效能,找出影響跳頻通信系統效能的因素,為跳頻通信系統效能充分發揮提供理論指導。

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Research on the Efficiency of Shipboard Frequency Hopping System

XIANG Baoli1HU Wei2LV Zhijun2

(1. No. 92665 Troops of PLA, Shimen 427200)(2. Naval University of Engineering, Wuhan 430033)

Based on the timeliness indexes, this paper establishes the mathematic model of three evaluation indexes of frequency hopping system, such as the stability, the real-time property and the secrecy. It realizes efficiency evaluation of the system by acquiring and quantizing the index.

frequency hopping, efficiency evaluation

2015年6月3日,

2015年7月23日

項保利,男,助理工程師,研究方向:短波通信,通信對抗。胡煒,男,碩士,助理工程師,研究方向:信息管理,系統效能分析。呂志軍,男,講師,研究方向:短波通信、通信對抗。

TN975

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.12.034