抗干擾抗截獲差分跳頻技術(shù)研究.pdf

1、短波通信是實(shí)現(xiàn)超視距通信的重要手段之一，由于短波信道可用帶寬窄且存在嚴(yán)重的時(shí)變和多徑衰落問題，長(zhǎng)期以來(lái)實(shí)現(xiàn)高速可靠的短波數(shù)據(jù)傳輸一直是軍事通信領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)之一。差分跳頻技術(shù)的提出為提高短波通信速率提供了一條全新的思路。目前在差分跳頻抗干擾抗截獲技術(shù)方面的研究仍存在明顯不足。在抗干擾技術(shù)方面，由于差分跳頻是一種寬帶異步跳頻體制，需要在整個(gè)跳頻頻率集內(nèi)進(jìn)行頻點(diǎn)能量檢測(cè)，因此部分頻帶干擾會(huì)顯著削弱差分跳頻系統(tǒng)性能，已有的信號(hào)檢測(cè)和譯碼算法有

2、各自的性能局限性。在抗截獲性能方面，已有研究表明，差分跳頻并非一種低截獲概率通信方式，任何第三方通過(guò)偵聽差分跳頻信號(hào)都可獲得頻率轉(zhuǎn)移矩陣，而通過(guò)發(fā)射具有相同頻率轉(zhuǎn)移矩陣的差分跳頻干擾信號(hào)可嚴(yán)重破壞差分跳頻通信系統(tǒng)性能。因此研究差分跳頻的抗截獲技術(shù)是有必要的。另外，差分跳頻具有高速數(shù)據(jù)傳輸能力，這使基于差分跳頻的短波猝發(fā)通信成為可能，但差分跳頻及猝發(fā)通信的特點(diǎn)決定了必須考慮其抗干擾設(shè)計(jì)問題。本文圍繞差分跳頻抗干擾抗截獲技術(shù)展開研究，主要研

3、究?jī)?nèi)容及結(jié)論包括：
　　 ⑴提出了一種新的基于噪聲歸一化合并技術(shù)的差分跳頻抗部分頻帶干擾接收機(jī)模型，推導(dǎo)了無(wú)衰落信道、瑞利衰落信道及Nakagami-m衰落信道下系統(tǒng)的誤符號(hào)性能，并研究了非理想噪聲功率估計(jì)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。研究結(jié)果表明在非最壞部分頻帶干擾下，除信道衰落較弱且干擾能量較為分散的特殊情況外，噪聲歸一化差分跳頻接收機(jī)性能總是優(yōu)于線性合并和乘積合并差分跳頻接收機(jī)，且干擾越集中性能優(yōu)勢(shì)越明顯；在最壞部分頻帶干擾下，在所考

4、察的各種衰落條件下均有噪聲歸一化差分跳頻接收機(jī)的抗部分頻帶干擾性能優(yōu)于線性合并和乘積合并差分跳頻接收機(jī)，與信道衰落程度及干擾帶寬因子取值無(wú)關(guān)；在噪聲估計(jì)不存在嚴(yán)重偏差時(shí)（估計(jì)誤差因子滿足O.1<λ<3），噪聲歸一化合并差分跳頻接收機(jī)在最壞部分頻帶干擾下的性能優(yōu)于乘積合并和線性合并差分跳頻接收機(jī)，且當(dāng)噪聲估計(jì)值略低于理想估計(jì)值時(shí)（0.2<λ<0.6），系統(tǒng)誤符號(hào)率低于理想噪聲估計(jì)條件下的誤符號(hào)率。
　　 ⑵研究了差分跳頻系統(tǒng)的抗截

5、獲設(shè)計(jì)原則及各項(xiàng)抗截獲性能指標(biāo)的檢測(cè)方法，分類研究了應(yīng)用不同G函數(shù)的差分跳頻系統(tǒng)的抗截獲性能，證明了普通差分跳頻系統(tǒng)不可能具有良好的二維連續(xù)性，進(jìn)而給出了兩種改善差分跳頻系統(tǒng)抗截獲性能的新方法：基于時(shí)變G函數(shù)(Time Varying G-Function，TVG)的抗截獲設(shè)計(jì)方法和將常規(guī)跳頻與差分跳頻結(jié)合在一起的FH/DFH抗截獲方法。對(duì)于TVG方法，給出了其優(yōu)化準(zhǔn)則并證明了依據(jù)該準(zhǔn)則的TVG差分跳頻系統(tǒng)具有長(zhǎng)觀測(cè)周期意義上的優(yōu)良二維

6、連續(xù)性。對(duì)于FH/DFH抗截獲方法，在給出系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上理論分析了其一維均勻和二維連續(xù)性。理論和仿真結(jié)果表明，采用這兩種方法能夠在不增加差分跳頻譯碼復(fù)雜度的情況下有效改善差分跳頻系統(tǒng)的抗截獲性能，相對(duì)于TVG方法，F(xiàn)H/DFH方法在二維連續(xù)性和隨機(jī)性方面都有更好的性能，但其系統(tǒng)復(fù)雜度略高。
　　 ⑶為了縮短發(fā)射機(jī)信號(hào)輻射時(shí)間，猝發(fā)通信中一般不能如常規(guī)差分跳頻系統(tǒng)一樣進(jìn)行自適應(yīng)頻率集優(yōu)化，而為了提高通信隱蔽性又必須保留差分跳頻的

7、寬帶跳頻特性，這就使跳頻帶寬內(nèi)會(huì)以較大概率存在干擾信號(hào)。為了克服此問題，提出了一種適用于單站發(fā)射，多站守聽的特定場(chǎng)景下隱蔽通信的抗干擾分集猝發(fā)差分跳頻通信方法，利用空間分集技術(shù)實(shí)現(xiàn)干擾抑制。分別推導(dǎo)了無(wú)干擾和有干擾存在時(shí)系統(tǒng)的誤符號(hào)性能，得到了多重求和形式的誤符號(hào)率表達(dá)式，該結(jié)果便于采用數(shù)值方法求解。研究結(jié)果表明，在給定的跳頻頻率集中有一半的頻點(diǎn)上存在與跳頻信號(hào)瞬時(shí)功率相當(dāng)?shù)母蓴_信號(hào)時(shí)，采用分集階數(shù)不低于4的分集猝發(fā)差分跳頻系統(tǒng)仍可保證