一種新的自編碼跳碼擴(kuò)譜體制

費(fèi)順超， 馮永新， 劉芳， 周帆

(1.沈陽理工大學(xué) 研究生學(xué)院, 遼寧 沈陽 110159; 2.中國電子科技集團(tuán)有限公司第47研究所 軍品事業(yè)部, 遼寧 沈陽 110032;3.沈陽理工大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院, 遼寧 沈陽 110159)

0 引言

在復(fù)雜電磁環(huán)境中，通信系統(tǒng)的抗干擾性、魯棒性是保證己方數(shù)據(jù)通信鏈路的基礎(chǔ)。隨著數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的發(fā)展，越來越多的抗干擾技術(shù)應(yīng)用到數(shù)據(jù)鏈建設(shè)中。其中，擴(kuò)頻技術(shù)是重要的抗干擾手段。相比于其他擴(kuò)頻系統(tǒng)，直擴(kuò)(DS)系統(tǒng)具有頻譜密度低、抗截獲性好、抗多徑能力強(qiáng)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于信息化彈藥數(shù)據(jù)通信鏈路中。

通信截獲、干擾技術(shù)的發(fā)展為DS系統(tǒng)在軍事通信中的應(yīng)用提出了新的挑戰(zhàn)，對DS數(shù)據(jù)鏈抗截獲性、抗干擾性提出了新的要求。

為了提高DS系統(tǒng)的抗截獲、抗相關(guān)干擾性能，可以使直擴(kuò)碼在滿足跳變間隔小于累計(jì)時(shí)間的條件下偽隨機(jī)地跳變，提高鏈路的安全性。文獻(xiàn)[1-4]先后研究了基于可編程器件的跳碼擴(kuò)譜技術(shù)。跳碼擴(kuò)譜可分為預(yù)編碼擴(kuò)譜(PESS)和自編碼擴(kuò)譜(SESS)[5-7]。PESS使用固定跳碼圖案，使偽碼序列定期更換，接收過程中，相關(guān)處理使用的本地偽碼按照跳碼圖案規(guī)律性變化，結(jié)合DS系統(tǒng)同步捕獲、跟蹤處理辦法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的同步。與PESS相比，SESS采用本地信碼作為碼序列的索引。信碼的隨機(jī)性變化使得SESS具有強(qiáng)于PESS的反偵察、抗相關(guān)干擾能力。與此同時(shí)，碼序列的隨機(jī)變化為系統(tǒng)同步帶來困難，降低了SESS系統(tǒng)的工程可實(shí)現(xiàn)性[8-9]。

為了提高DS系統(tǒng)的抗干擾、抗截獲性能，改善SESS系統(tǒng)的工程可實(shí)現(xiàn)性，本文在分析SESS系統(tǒng)構(gòu)成及原理基礎(chǔ)上，借鑒差分跳頻通信技術(shù)提出了差分自編碼擴(kuò)譜(DSESS)技術(shù)，對DS、PESS、DSESS系統(tǒng)的異同點(diǎn)進(jìn)行了理論分析，并對3種擴(kuò)譜方式的性能進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

1 DSESS原理

根據(jù)理論極限(1)式可知，在低信噪比環(huán)境中，可通過增加累計(jì)時(shí)間的方式檢測擴(kuò)頻偽碼序列。

(So/No)=(Si/Ni)2TW，

(1)

式中：(So/No)、(Si/Ni)分別為偵察接收機(jī)的輸出和輸入信噪比，So、Si分別為輸出、輸入信號功率，No、Ni為輸出、輸入噪聲功率；T為累計(jì)時(shí)間；W為DS信號帶寬。根據(jù)(1)式，通過使偽碼序列跳變，可提高擴(kuò)譜系統(tǒng)的抗截獲、抗干擾性能。

SESS系統(tǒng)中，利用無冗余信碼序列變化的無序性來實(shí)現(xiàn)跳碼擴(kuò)頻，其實(shí)質(zhì)是利用前n個(gè)信碼比特作為第n+1個(gè)信碼的擴(kuò)頻碼。SESS系統(tǒng)的工作流程為：在發(fā)射端，信碼一路輸入擴(kuò)頻調(diào)制器，另一路輸入移位寄存器組，由移位寄存器組形成的擴(kuò)頻碼在調(diào)制器中對信碼進(jìn)行調(diào)制，得到擴(kuò)頻信號，經(jīng)射頻調(diào)制、功率放大，由天線發(fā)射出去；在接收端，將接收的信號降頻后進(jìn)行解擴(kuò)解調(diào)，恢復(fù)出基帶數(shù)據(jù)。SESS系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

SESS最大優(yōu)點(diǎn)是跳碼圖案和擴(kuò)頻偽碼受信碼控制，跳碼的碼集是動(dòng)態(tài)變化的，跳碼圖案無重復(fù)周期，使擴(kuò)頻序列的理論周期為無限長，偽碼序列被破譯的可能性幾乎為0. 隨機(jī)變化的偽碼序列同樣為收發(fā)雙方的碼同步提出挑戰(zhàn)。由于擴(kuò)頻碼直接受信碼控制，相鄰偽碼之間沒有約束關(guān)系，難以實(shí)現(xiàn)收發(fā)信號實(shí)時(shí)同步。如果隔跳或每跳插入引導(dǎo)碼或?qū)ьl，或周期性地發(fā)送同步頭等勤務(wù)信息，將影響原有的無冗余設(shè)計(jì)，且使用了軍事通信中忌諱的導(dǎo)頻或勤務(wù)跳，將降低通信系統(tǒng)的反偵察和抗干擾性能。

為了解決SESS中碼序列變化帶來的同步困難問題，借鑒差分跳頻體制提出了DSESS技術(shù)，利用G函數(shù)偽隨機(jī)地選擇擴(kuò)頻碼序列，接收方根據(jù)逆G函數(shù)映射關(guān)系，利用前后碼序列的相關(guān)性解調(diào)數(shù)據(jù)信息，從而在保證軍事通信中通信系統(tǒng)反偵察、抗相關(guān)干擾能力的同時(shí)，提高系統(tǒng)的工程可實(shí)現(xiàn)性。DSESS通信系統(tǒng)原理如圖2所示。

在發(fā)送端，當(dāng)前時(shí)刻的碼序列控制字由前一時(shí)刻碼序列控制字和當(dāng)前時(shí)刻的數(shù)據(jù)信息決定。G函數(shù)將數(shù)據(jù)信息映射為與之對應(yīng)的碼序列控制字，選擇出下一跳所使用的偽碼序列。設(shè)序列集中序列個(gè)數(shù)為M，則一個(gè)偽碼序列負(fù)載的最大信息量為log2M. 若信息速率為Rb，則跳碼速率的最小值為Rb/log2M.

在接收端，根據(jù)通信雙方預(yù)設(shè)的偽隨機(jī)序列集，通過并行多支路循環(huán)相關(guān)方式，獲得最大的相關(guān)輸出，由G函數(shù)的逆運(yùn)算解調(diào)出接收的數(shù)據(jù)信息。與DS、SESS系統(tǒng)相比，DSESS系統(tǒng)利用偽隨機(jī)序列的相關(guān)性，以及序列與信碼的映射關(guān)系，根據(jù)檢測到的偽碼序列，既可解調(diào)輸出數(shù)據(jù)信息，減少了因?yàn)橥揭鸬南到y(tǒng)開銷。

偽碼序列選擇的隨機(jī)性和均勻性是決定DSESS系統(tǒng)抗截獲性的重要指標(biāo)。參考文獻(xiàn)[10-11]，使用基于m序列、Reed-Solomon(RS)碼及混沌序列yn的G函數(shù)算法，計(jì)算當(dāng)前信號的偽碼序列控制字Cn，Cn=G(Cn-1,Xn,yn,m,CRS)，G(·)為碼序列選擇函數(shù)，Xn為數(shù)據(jù)信息，Cn為碼序列控制字，CRS為前行糾錯(cuò)信道編碼。當(dāng)前偽碼序列由待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息和上一跳使用的偽碼序列決定。由混沌序列y(n)和m序列得到經(jīng)過擾動(dòng)處理優(yōu)化的混沌序列Yn，將其與待發(fā)送的數(shù)據(jù)信息Xn相異或，計(jì)算得到數(shù)據(jù)序列Zn. 根據(jù)序列集中序列個(gè)數(shù)M及序列子集數(shù)k，得到用于選擇控制的參數(shù)Q=M/k和p=m1+2m2+…+2h-1mh.G函數(shù)運(yùn)算過程為

(2)

Cn與兩跳前頻率序列控制字Cn-2判別，如果兩值相異，則候選值Cn；否則，進(jìn)行候選值修正：

Cn=(Cn-2+Q)modQ.

(3)

通過G函數(shù)的反變換利用前后碼序列控制字的相關(guān)性可以解調(diào)出所發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。解調(diào)依賴于G函數(shù)的可逆性，即逆G函數(shù),計(jì)算偽隨機(jī)序列子集間隔變量ΔH及相鄰偽隨機(jī)序列控制字差值Δd，利用解析函數(shù)譯碼集合{(ΔH,Zn)}，解析出Zn，與混沌序列異或運(yùn)算，得到發(fā)送的數(shù)據(jù)信息：

Xn=Zn⊕Yn，

(4)

式中：⊕為異或運(yùn)算。

逆G函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

Xn=G-1(Cn,Cn-1,Yn,m,RS).

(5)

G函數(shù)正變換和逆變換如圖3所示。

接收端搜索偽隨機(jī)序列，采用多支路并行循環(huán)相關(guān)結(jié)構(gòu)，各條支路使用不同的偽隨機(jī)序列，通過循環(huán)相關(guān)運(yùn)算，將時(shí)域相關(guān)轉(zhuǎn)換到頻域計(jì)算，利用可編程器件的快速計(jì)算能力，快速得到相關(guān)結(jié)果。利用逆G函數(shù)解調(diào)輸出數(shù)據(jù)信息。

2 3種跳碼擴(kuò)譜系統(tǒng)的比較

PESS、SESS和DSESS 3種擴(kuò)譜系統(tǒng)的跳碼方式既有相同點(diǎn)又有不同點(diǎn)，根據(jù)各個(gè)體制的原理進(jìn)行分析，表1列出了3種系統(tǒng)異同點(diǎn)的比較。

3 抗截獲及抗相關(guān)干擾性能

3.1 抗載波估計(jì)

DS信號的載波估計(jì)方法包括平方倍頻法、自相關(guān)累積法、互相關(guān)累積法等。以平方倍頻法為例，進(jìn)行系統(tǒng)抗載波估計(jì)性能分析。

設(shè)接收到的跳碼信號為

(6)

表1 3種跳碼擴(kuò)譜系統(tǒng)異同點(diǎn)的比較

式中：s(t)為發(fā)射信號；S為信號功率；ω0為載波頻率；n(t)為寬帶噪聲；pi(t)為第i個(gè)偽碼序列；pik為第i個(gè)偽隨機(jī)序列的第k個(gè)碼元；g(t)為門函數(shù)；Tc為碼元符號持續(xù)時(shí)間。

根據(jù)平方倍頻法，對接收信號進(jìn)行平方處理，可得：

y(t)=s2(t)+2s(t)n(t)+n2(t)=
2S·cos2(ω0t)+2s(t)n(t)+n2(t)=
S+S·cos(2ω0t)+2s(t)n(t)+n2(t).

(7)

根據(jù)y(t)的第2項(xiàng)可知，將處理后信號經(jīng)帶通濾波處理，可得載波倍頻分量，從而獲得跳碼信號的載頻。平方處理去除了碼元電平高低對載波的影響，因此，DSESS系統(tǒng)的抗載波估計(jì)性能與DS系統(tǒng)相同。

3.2 抗碼周期估計(jì)

碼周期估計(jì)方法包括自相關(guān)法、二次譜法、倒譜法以及高階累積量法等。其中，時(shí)域自相關(guān)法、二次譜法、倒譜法分別利用信號在時(shí)域、頻域的相關(guān)性估計(jì)偽碼周期，適用于短周期偽碼的估計(jì)。在相同數(shù)據(jù)長度下，高階累積量法呈現(xiàn)更大的估計(jì)方差，但設(shè)備復(fù)雜，計(jì)算量大，不適用于復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境。本文以時(shí)域自相關(guān)法估計(jì)碼周期為例。

以τ表示延時(shí)量，為接收信號相對于發(fā)送信號的延時(shí)量。自相關(guān)輸出為

(8)

由于偽隨機(jī)序列的周期性，隨著延時(shí)量τ的變化，DS信號的自相關(guān)函數(shù)在延時(shí)量等于碼周期的整數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)相關(guān)峰，相鄰兩個(gè)相關(guān)峰之間的時(shí)間間隔等于擴(kuò)頻碼的周期，從而獲得偽隨機(jī)序列的周期長度。

對于PESS信號，由于跳碼圖案具有周期性，通過長時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，可以獲得偽隨機(jī)碼周期。但是對于DSESS信號，直擴(kuò)碼隨著信碼的變化而隨機(jī)變化，延時(shí)τ后自相關(guān)函數(shù)輸出無相關(guān)峰，即使通過長時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，由于跳碼圖案的非周期性，也難以估計(jì)出碼周期。因此，DSESS系統(tǒng)的抗偽碼周期估計(jì)性能優(yōu)于PESS和DS系統(tǒng)。

3.3 抗碼速率估計(jì)

碼速率估計(jì)方法包括時(shí)域延遲相乘法、循環(huán)譜法和高階統(tǒng)計(jì)量估計(jì)等方法。以典型的延遲相乘法為例，該方法利用偽隨機(jī)序列的相關(guān)性，將相關(guān)輸出變換到頻域，在與擴(kuò)頻碼碼速率成正比的位置處出現(xiàn)離散譜線，通過檢測該離散譜線的位置即可快速估計(jì)出碼速率。

運(yùn)算過程如下：

1)延遲τ，計(jì)算相關(guān)值：

(9)

式中：A為信號最大幅值；ck為第k個(gè)偽碼；?·」為向下取整；g為門信號；φ為相位差。

2)低通濾波，濾除2次諧波：

(10)

3)周期圖法計(jì)算延時(shí)相乘后的功率譜密度：

(11)

由(11)式可知，功率譜密度在ωc的整數(shù)倍處有離散的脈沖信號，通過譜線檢測得到碼速率的估計(jì)值。

在DSESS系統(tǒng)中，由于直擴(kuò)碼的隨機(jī)跳變，當(dāng)截取的處理信號包含跳變的兩個(gè)序列時(shí)，cn與cn-1的相關(guān)性將發(fā)生變化，使功率譜密度的第2部分不再是包絡(luò)為sinx/x的連續(xù)譜，增大功率譜密度第1部分離散譜線的分析難度。同時(shí)，(9)式～(11)式中只考慮了接收信號的有用信號部分，若增加噪聲等干擾信號的影響，則碼速率估計(jì)的難度將進(jìn)一步增大。因此，DSESS系統(tǒng)有助于提高系統(tǒng)的抗碼速率截獲性能。

3.4 抗碼序列估計(jì)

碼序列估計(jì)是截獲數(shù)據(jù)信息、實(shí)施相關(guān)干擾的前提條件。對碼序列的估計(jì)方法有相關(guān)函數(shù)法、特征值分解法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和最大似然估計(jì)法等方法。DS信號偽碼碼型估計(jì)中，因偽碼是固定不變的，通過對接收信號進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，可以提高偽碼碼型的截獲概率。DSESS系統(tǒng)中，擴(kuò)頻偽碼從單一碼型變?yōu)槎鄠€(gè)碼型，并且偽碼的選擇由具有隨機(jī)性的信碼決定，使得偽碼變化具有非周期性，間接提高系統(tǒng)的擴(kuò)頻增益，使得跳碼擴(kuò)譜具有更強(qiáng)的反偵察、抗截獲能力。

以多重互相關(guān)方法為例[12]，分析DSESS系統(tǒng)的抗碼序列截獲能力。多重互相關(guān)估計(jì)方法需要在估計(jì)偽碼周期的前提下，將接收信號以偽碼周期分段，利用分段互相關(guān)平均估計(jì)偽碼同步起始點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，估計(jì)偽碼序列。算法步驟描述如下：

1) 按照截獲的偽碼周期將接收信號進(jìn)行分段。假設(shè)信號總長度為L，估計(jì)的偽碼周期為L0，共分成l段，每段k個(gè)采樣點(diǎn)，第i行第j列信號為Sij. 用矩陣表示信號為

(12)

2) 計(jì)算分段數(shù)據(jù)向量間的相關(guān)函數(shù)，相關(guān)信號的第i行第j列元素為rij，得到相關(guān)矩陣R：

(13)

3) 求不同k值下矩陣R中所有元素的絕對值之和nk.

4) 取絕對值之和的最大值nkmax，其對應(yīng)的k值為信息碼與偽碼的同步起始點(diǎn)。

5) 采用多重互相關(guān)平均估計(jì)偽碼序列。

跳碼系統(tǒng)中碼序列的變化使得步驟2無法得到類似DS信號的相關(guān)矩陣，從而步驟3得到的nkmax不一定是真實(shí)的最大值。因此，無法對偽碼序列進(jìn)行有效的估計(jì)。

PESS系統(tǒng)中，假設(shè)碼序列集中碼序列的個(gè)數(shù)為M，則跳碼系統(tǒng)的抗碼序列截獲能力相對于常規(guī)DS系統(tǒng)至少要提高M(jìn)倍。相對于PESS系統(tǒng)，DSESS系統(tǒng)偽碼序列變化的隨機(jī)性更強(qiáng)，使得系統(tǒng)的抗碼序列截獲能力強(qiáng)于常規(guī)DS系統(tǒng)以及PESS系統(tǒng)。

3.5 抗跳碼圖案估計(jì)

對于跳碼系統(tǒng)，要想實(shí)現(xiàn)有效的相關(guān)干擾，必須估計(jì)出跳碼圖案。對于DSESS系統(tǒng)，準(zhǔn)確地估計(jì)出碼周期、碼速率、碼序列是跳碼圖案估計(jì)的前提。通過以上分析可知，碼周期、碼速率估計(jì)中，通過長時(shí)間的積累、遞推運(yùn)算有可能得到估計(jì)結(jié)果，但碼序列的估計(jì)難度較大。即使得到估計(jì)跳碼圖案需要的參數(shù)，考慮跳碼圖案估計(jì)的實(shí)時(shí)性，使DSESS體現(xiàn)出較強(qiáng)的反偵察、抗截獲能力。

3.6 抗相關(guān)干擾能力

相關(guān)干擾就是指干擾信號的碼型、碼長、載頻甚至相位與通信信號一樣或類似，利用偽碼序列的相關(guān)性，對DS信號實(shí)施相似信號干擾[13-15]。由于干擾信號的相似性，使得干擾信號可以大部分甚至全部進(jìn)入接收機(jī)解調(diào)環(huán)路，使接收機(jī)無法準(zhǔn)確解調(diào)出數(shù)據(jù)信息，達(dá)到拖延甚至中斷通信的效果。通常將處理增益作為衡量系統(tǒng)抗相關(guān)干擾能力優(yōu)劣的指標(biāo)之一。處理增益Gp定義為接收機(jī)相關(guān)器輸出信噪比和接收機(jī)相關(guān)器輸入信噪比之比，即

(14)

對于噪聲干擾、單音干擾、脈沖干擾等信號形式，直擴(kuò)碼序列具有一定的擴(kuò)頻處理增益，使系統(tǒng)具有抗非相關(guān)干擾能力[16-17]。對于相關(guān)干擾信號，由于干擾信號與發(fā)送信號具有相似結(jié)構(gòu)，使得DS系統(tǒng)相對于干擾信號不具有擴(kuò)頻處理增益，失去抗相關(guān)干擾能力。有效的相關(guān)干擾是以有效的偵察截獲為前提，當(dāng)敵方難以獲取DS信號的參數(shù)時(shí)，就無法實(shí)施相關(guān)干擾，從這個(gè)意義上講，DSESS系統(tǒng)有利于抗相關(guān)干擾。若DSESS系統(tǒng)中偽碼序列的個(gè)數(shù)為M，假設(shè)被截獲的碼序列個(gè)數(shù)為J，此時(shí)可用的偽碼序列個(gè)數(shù)為M-J，此時(shí)總的擴(kuò)頻處理增益為

G=10lg(M-J)+10lgGp.

(15)

當(dāng)碼序列完全被截獲時(shí)，J等于M，此時(shí)系統(tǒng)將失去處理增益。通過對DSESS系統(tǒng)抗截獲能力的分析可知，完全截獲系統(tǒng)的所有參數(shù)幾乎是不可能的。因此，DSESS系統(tǒng)將體現(xiàn)出強(qiáng)于DS、PESS系統(tǒng)的抗相關(guān)干擾能力。

4 DSESS系統(tǒng)仿真分析

通過仿真，分析DSESS碼速率估計(jì)、碼周期估計(jì)、碼序列估計(jì)、抗干擾等性能。采用時(shí)域自相關(guān)估計(jì)碼速率和偽碼周期，采用基于主元分析(PCA)的矩陣分解法估計(jì)碼序列。通過對比寬帶噪聲、部分頻帶噪聲、單音干擾、相關(guān)干擾仿真環(huán)境下系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息傳輸誤碼率，分析DS、PESS和DSESS系統(tǒng)的抗非相關(guān)干擾和相關(guān)干擾能力。

仿真采用蒙特卡洛方法，仿真工具采用數(shù)學(xué)仿真軟件MATLAB 2014，采樣率為262.144 MHz，偽碼速率為16.384 Mbit/s，信息速率為3 kbit/s，跳碼速率為500 Hop/s，輸入時(shí)長為10 ms的數(shù)據(jù)，偽碼序列個(gè)數(shù)為64(采用截短的P碼)，仿真環(huán)境的信噪比區(qū)間為-20～0 dB，信噪比取值間隔為1 dB, 對每個(gè)信噪比樣點(diǎn)仿真100次，得出仿真平均值。

4.1 抗偽碼周期、偽碼速率估計(jì)

分析發(fā)現(xiàn)，通過時(shí)域自相關(guān)法得到的峰值與峰值的間隔距離，可以估計(jì)出DS信號偽碼周期、偽碼速率。估計(jì)中，使用峰均比(PAR)作為碼周期、碼速率估計(jì)的主要測量參數(shù)，表示相關(guān)峰值功率與平均功率之比。PAR越大表示峰值越明顯，越容易辨識。信道噪聲逐漸增大過程中，信噪比逐漸變小，PAR逐漸變小，參數(shù)估計(jì)的準(zhǔn)確性降低。仿真結(jié)果如圖4所示。

根據(jù)仿真結(jié)果可知，隨著信道噪聲的減小，信噪比逐漸增大，PAR值逐漸增大，偽碼周期估計(jì)的準(zhǔn)確性增加。對于DS系統(tǒng)，當(dāng)信噪比大于-11 dB時(shí)，可以較為準(zhǔn)確地估計(jì)出偽碼周期。對于PESS系統(tǒng)，偽碼序列的跳變增加了偽碼周期估計(jì)的難度，在一定程度上破壞了偽碼的相關(guān)性，通過延長統(tǒng)計(jì)時(shí)間的方法得到估計(jì)的偽碼周期，但估計(jì)準(zhǔn)確率相對DS系統(tǒng)較低。對于DSESS系統(tǒng)，偽碼跳變由信息碼決定，信息碼的無序性提高了系統(tǒng)的抗偽碼周期估計(jì)性能，即使通過延長統(tǒng)計(jì)時(shí)間的方法仍然無法有效估計(jì)出偽碼周期，具有較好的抗偽碼周期估計(jì)性能。

在相同的系統(tǒng)參數(shù)、信道環(huán)境下，DS、PESS、DSESS系統(tǒng)的抗偽碼速率估計(jì)性能如圖5所示。

由仿真結(jié)果可知，DSESS系統(tǒng)的抗偽碼速率估計(jì)性能優(yōu)于PESS和DS系統(tǒng)。在噪聲功率較大的環(huán)境中，可以通過增加相關(guān)累積時(shí)間的方法提高估計(jì)準(zhǔn)確性。然而，對于DSESS系統(tǒng)，偽碼序列“無規(guī)則”地跳變，破壞了信號的相關(guān)性，增加了譜線檢測的難度，提高了碼速率的抗截獲性。

4.2 抗碼序列估計(jì)

DS信號面臨的威脅包括截獲和干擾。在截獲碼序列的前提下，才可能進(jìn)一步獲取數(shù)據(jù)信息或?qū)嵤┯行У南嚓P(guān)干擾。偽碼序列的估計(jì)是擴(kuò)譜對抗的關(guān)鍵，可用誤碼率指標(biāo)評價(jià)系統(tǒng)的抗碼序列估計(jì)性能。DS、PESS、DSESS系統(tǒng)的抗碼序列估計(jì)性能仿真如圖6所示。

仿真中選擇的偽碼序列長度為4 096個(gè)碼片。PCA矩陣分解法通過建立的矩陣對偽碼序列進(jìn)行估計(jì)。DSESS系統(tǒng)中，PCA方法建立的矩陣由不同的偽碼序列組成，分段數(shù)據(jù)向量間的相關(guān)性較差，無法有效估計(jì)出偽碼系統(tǒng)，有效提高了系統(tǒng)的抗碼序列估計(jì)性能。PESS系統(tǒng)中，當(dāng)信噪比小于-3 dB時(shí)，PCA方法無法有效估計(jì)偽碼碼型，具有一定的抗碼序列估計(jì)能力。對于DS系統(tǒng)，當(dāng)信噪比大于-9 dB時(shí)，PCA方法可以有效估計(jì)出偽碼碼型，系統(tǒng)采用的偽碼為周期短碼，抗碼序列估計(jì)性能較差。綜上所述，由于DSESS系統(tǒng)碼序列變化的隨機(jī)性，提高了系統(tǒng)的抗碼序列估計(jì)能力，使得系統(tǒng)的抗碼序列截獲能力強(qiáng)于DS系統(tǒng)以及PESS系統(tǒng)。

4.3 抗寬帶噪聲干擾

DS、PESS、DSESS系統(tǒng)的抗噪聲干擾性能如圖7所示。在寬帶噪聲干擾下，DSESS信號的抗寬帶噪聲干擾性能與偽碼碼型無關(guān)，只與擴(kuò)頻增益、信號功率等參數(shù)有關(guān)，與偽碼碼型無關(guān)。在相同仿真環(huán)境條件下，3種擴(kuò)譜系統(tǒng)的抗噪聲干擾性能相差不大。

4.4 抗部分頻帶噪聲干擾

部分頻帶噪聲干擾指干擾信號的帶寬小于DS信號的帶寬，寬帶噪聲干擾與部分頻帶噪聲干擾沒有本質(zhì)的區(qū)別，只是信號所占用的頻譜寬度不同。

DS、PESS、DSESS擴(kuò)譜系統(tǒng)的抗部分頻帶噪聲干擾性能如圖8所示。當(dāng)前仿真條件下信噪比為10 dB，根據(jù)仿真結(jié)果，3種擴(kuò)譜系統(tǒng)的抗部分頻帶噪聲干擾相當(dāng)。分析可知，部分頻帶噪聲干擾信號對3種擴(kuò)譜信號進(jìn)行了壓制干擾，抗干擾性能與碼型無關(guān)。結(jié)論與抗寬帶噪聲干擾相同。

4.5 抗相關(guān)干擾

DS、PESS、DSESS系統(tǒng)的抗相關(guān)干擾性能仿真結(jié)果如圖9所示。在干擾信號影響下，隨著干擾信號功率的逐漸變小，接收機(jī)的誤碼率逐漸降低。

對于DS系統(tǒng)，當(dāng)信噪比小于0 dB即干擾信號的功率大于發(fā)射信號時(shí)，系統(tǒng)被嚴(yán)重干擾，誤碼率大于0.45，無法有效傳輸數(shù)據(jù)信息。與DS系統(tǒng)相比，PESS系統(tǒng)發(fā)射信號按照跳碼圖案有序傳輸，可以有效抑制部分相關(guān)干擾，當(dāng)信噪比小于-8 dB時(shí)，誤碼率約為0.40，體現(xiàn)出較好的抗相關(guān)干擾性能。對于DSESS系統(tǒng)，當(dāng)信噪比為-10 dB時(shí)，誤碼率小于0.20，這是因?yàn)楦蓴_信號與接收信號的相關(guān)性較差，無法形成有效的相關(guān)干擾。與DS系統(tǒng)、PESS系統(tǒng)相比，DSESS系統(tǒng)具有優(yōu)秀的抗相關(guān)干擾性能。

5 結(jié)論

為了提高跳碼系統(tǒng)的抗干擾性、抗截獲性，改善其工程可實(shí)現(xiàn)性，本文借鑒差分跳頻系統(tǒng)，提出了基于G函數(shù)的DSESS系統(tǒng)，并對該擴(kuò)譜系統(tǒng)的性能進(jìn)行了分析。得到主要結(jié)論如下：

1)提高了DS系統(tǒng)的抗截獲性能。DSESS系統(tǒng)在保持DS系統(tǒng)頻譜密度低等特點(diǎn)基礎(chǔ)上，通過G函數(shù)使偽碼序列根據(jù)映射關(guān)系偽隨機(jī)變化，降低由于時(shí)間累積可能引起的信號被截獲的概率。根據(jù)仿真結(jié)果，對比分析3種跳碼體制的抗干擾性能可知，DSESS系統(tǒng)具有較好的抗截獲性能。

2)提高了DS系統(tǒng)的抗相關(guān)干擾性能。根據(jù)仿真結(jié)果，DSESS系統(tǒng)的抗寬帶噪聲干擾、抗部分頻帶噪聲干擾性能與DS、PESS系統(tǒng)相類似，即抗非相關(guān)干擾性能未得到明顯改善。但是DSESS系統(tǒng)的抗相關(guān)干擾性能明顯優(yōu)于DS、PESS系統(tǒng)，具有良好的抗相關(guān)干擾性能。

3)DSESS系統(tǒng)通過G函數(shù)可以保證相鄰跳之間直擴(kuò)碼的碼間相關(guān)性，可以有效抑制多徑干擾，降低誤碼傳播現(xiàn)象的發(fā)生。

4)DSESS系統(tǒng)使偽碼序列偽隨機(jī)的跳變，避免了SESS偽碼序列不可預(yù)測導(dǎo)致的同步困難問題，改善了跳碼系統(tǒng)的工程可實(shí)現(xiàn)性。