基于多域正交選頻的多用戶短波數據鏈算法

摘 要：針對短波數據鏈建鏈過程中定頻建鏈頻率選擇困難、時效性低、易被偵獲干擾以及多用戶同時建鏈時易產生互擾的問題，提出一種基于多域正交選頻的多用戶短波數據鏈算法。首先，根據建鏈用戶數和用頻間隔等參數，利用多域正交規劃將用頻帶寬進行分割，再根據禁用頻率和用頻需求得到各用戶可用頻點集，最后，利用系統選頻建鏈功能為多用戶同時建立短波數據鏈。算法有效解決了多用戶同時建鏈中的選頻困難、用頻易沖突以及定頻建鏈不穩定、用頻易暴露等問題，有效提升了系統可用性和抗干擾能力。

關鍵詞：短波;數據鏈;選頻建鏈;多域正交;抗干擾

中圖分類號：TN959 文獻標志碼：A DOI：10.3969/j.issn.1673-3819.2025.01.020

Multi-user shortwave data link algorithm based on

multi-domain orthogonal frequency selection

LI Lin， HUANG Xuexiao， PENG Xiaoyong

（Unit 91497 of PLA， Ningbo 315121， China）

Abstract：A multi-user shortwave data link algorithm based on multi-domain orthogonal frequency selection is proposed to address the difficulties in frequency selection， low timeliness， susceptibility to interception and interference during the fixed frequency construction of shortwave data link， as well as the problem of mutual interference during the multi-user simultaneously building the link. Firstly， the algorithm segments the frequency bandwidth using multi-domain orthogonal planning based on the number of users and frequency interval， and then obtains the set of available frequency points for each user based on the disabled frequency and frequency demand. Finally， the system frequency-selecting chain building function is used to establish the links for multiple users simultaneously. The algorithm effectively solves the problems of frequency selection difficulty， frequency conflict， link instability， and frequency exposure in multi user simultaneous chain building， effectively improving system availability and anti-interference ability.

Key words：shortwave; data link; frequency selection; multi-domain orthogonal; anti-interference

數據鏈作為鏈接傳感器、指控系統和武器平臺之間的網絡戰術信息系統，在現代化體系戰爭中起不可或缺的支撐作用［1-3］。短波數據鏈作為數據鏈網絡的重要組成部分，相較于衛星、超短波等通信手段，具有組網靈活、抗毀性強、通信距離遠等獨特優勢，被廣泛應用于構建各國岸海及艦艦之間的數據鏈網絡［4-5］。

工作頻率作為短波數據鏈的重要參數，選頻質量是決定短波數據鏈能否有效發揮效能的關鍵核心［6］。但在實際建鏈過程中，受到眾多自然和人為因素的影響，常用的定頻建鏈模式存在頻率選擇困難、建鏈時效性低、信道穩定性差以及頻率易被偵獲干擾等問題，特別是多用戶同時建鏈時，還需考慮用戶間易發生互擾的問題［7-9］。這些問題的存在極大地影響了短波數據鏈系統效能的發揮［10］。

1 短波數據鏈選頻

短波數據鏈系統是在傳統短波通信的基礎上發展而來的，短波數據鏈通過采用數字技術和網絡結構，有效提高了短波通信的傳輸速率、可靠性和靈活性，是短波通信領域的重要發展方向。目前，按照頻率選擇方式的不同，短波數據鏈建鏈方式主要分為定頻建鏈和選頻建鏈兩種。

1．1 定頻建鏈

定頻建鏈通常采用人工選頻的方式進行，但由于短波數據鏈通信會受到如圖1所示的眾多因素的影響，因此，需要操作人員根據通信雙方所在的地理位置、通信距離以及雙方之間的電磁天氣環境等條件綜合考慮選取最合適的頻率進行建鏈。該方式通常需要多方協調配合且對操作人員水平經驗要求較高，常常會出現選頻困難和建鏈時效性差的問題。近年來，雖然也有部分自動選頻設備出現，但實際應用效果并不理想。此外，短波通信鏈路極易受到天氣、晝夜等環境因素的影響，而定頻通信無法有效根據通信環境的變化進行動態調整，因此，定頻建鏈還存在建鏈穩定性差的問題。最后，短波數據鏈作為一種重要的軍事通信手段，在軍事對抗過程中難免會遭遇敵方的偵察干擾，定頻建鏈方式長期保持單一固定頻率，極易被敵方偵獲干擾，戰場生存能力較弱。

1．2 選頻建鏈

區別于定頻建鏈利用固定頻率進行建鏈，選頻建鏈通常按照一定的原則給出一組或多組頻率集合，短波數據鏈系統利用選頻建鏈功能對頻率集合中的頻率進行快速遍歷，選取當前建鏈效果最好的頻率作為當前工作頻率進行建鏈。當選取的工作頻率因環境變化等因素導致通信質量下降時，系統則重新對頻率集進行遍歷驗證，更換適合當下環境的頻率繼續進行建鏈，從而有效保證鏈路的通信質量。因此，選頻建鏈方式相較于定頻建鏈，可有效解決選頻困難、建鏈時效性低的問題，提高了通信鏈路的穩定性。兩種短波數據鏈選頻方式的流程對比如圖2所示。

2 多域正交選頻多用戶算法

通過對選頻建鏈方式原理的分析我們不難發現，選頻建鏈方式能否有效發揮效能的核心在于所提供的頻率集合質量的高低。為有效發揮選頻建鏈效能，提供有效頻率集合，本文提出一種基于多域正交選頻的多用戶短波數據鏈算法。算法的主要思想是結合多用戶同時進行短波建鏈的需求，采用多域正交規劃選頻的方法選出多個有效頻率集合進行建鏈，從而實現各用戶間的有效信息互通和數據傳遞。

2．1 參數確認

2．2 頻帶分割

2．3 頻率集獲取

3 算法實現

4 仿真分析

將最終得到的頻點集合進行繪圖，可得到各用戶用頻分布和所有用戶總體用頻分布情況如圖3所示。

由圖3頻率分布圖可知，本文算法可有效實現在所規定的選頻范圍為多用戶同時選取建鏈頻率集合，所選頻率集合分布合理，不同用戶頻率集合之間無用頻沖突，且可有效避開禁用頻率和主動刪減頻點。

為進一步驗證所選頻率集合的有效性，利用得到的頻點集合為3個用戶同時建立短波數據鏈，經仿真驗證，得到本文算法與定頻建鏈方法建鏈性能結果如表1所示。

通過仿真結果可知，本文算法較當前定頻建鏈方法可有效提高短波數據鏈的建鏈時效性和成員在網率，增強了短波數據鏈的建鏈效能。

上述仿真主要針對日常短波建鏈中較為典型的用戶數n=3的場景進行了分析驗證，當ngt;3時，即隨著同時建鏈用戶數的增多，在滿足式（1）和式（2）約束條件的前提下，可以采取適當減小不同用戶間用頻頻率間隔Δf，增大單個用戶自身用頻頻率間隔Δk等方式對算法進行調整。但需要指出的是，隨著同時建鏈用戶數的增多，勢必會導致單個用戶選頻間隔的增大和選出頻點集合中可用頻點數目的減少，從而導致算法性能的下降。因此在運用本文算法時，需要操作人員根據選頻區間和同時建鏈用戶數，合理選擇用戶間和用戶自身用頻頻率間隔，以有效發揮本文算法效能。

5 結束語

本文研究了多用戶條件下的短波數據鏈建鏈問題，提出了一種基于多域正交選頻的多用戶短波數據鏈算法，仿真結果表明，本文算法可有效解決多用戶同時建立短波數據鏈的問題，且較定頻建鏈方法可有效提高建鏈效能。

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（責任編輯：張培培）