模拟通信时分干扰效果研究

杜广超，刘 富，刘 静，裴 毅

（1.中国人民解放军63888部队，河南济源454650;2.中国人民解放军61081部队，北京100094）

0 引言

通信干扰是电子战的重要组成部分，其目的在于削弱和破坏敌方通信系统的使用效能。作为一种重要的通信干扰体制，时分多目标干扰可以用一部干扰机同时干扰多个通信信号，缓解了现代电子战中目标数众多而干扰资源不足的矛盾，在电子战中具有重大的现实意义。一般认为在目标数不是太多（小于4个）的场合，时分多目标干扰实现较为简单，干扰效果良好，具有极大的比较优势。

时分多目标干扰中，多个干扰激励器在时序电路的控制下，按一定的时间序列交替地输出给功率放大器，对目标信号实施干扰。时分多目标干扰体制在任一时刻仅能对一个目标实施干扰，但由于它能快速地按时序分配轮番地输出不同频率的干扰信号，因而实现了对多个通信目标的干扰。

1 时分干扰信号

时分多目标干扰中，对每个通信目标的基本干扰信号形式即时分干扰信号。时分干扰信号的主要参数包括信号幅度、信号初始相位、干扰重复周期T、干扰脉冲宽度τ及占空比τ/T等，信号幅度和信号初始相位是一般信号都具有的参数。干扰重复周期T是指对每个通信信号干扰中断的周期，其倒数为干扰重复频率F=1/T，干扰重复频率也称为干扰中断率。干扰占空比是指对某信道实施干扰时，一个干扰重复周期内，实施干扰时间和干扰重复周期的比值。在时分多目标干扰应用中，对每个信道的理想干扰占空比是1/n，其中n为干扰目标数，但考虑到实际器件的响应和转换时间，实际干扰占空比肯定小于该值。通过干扰重复周期和干扰占空比，时分干扰信号“时域时断时续”的特点得到了刻画。

2 时分干扰效果研究模型

为了对时分干扰信号的干扰效果进行研究，建立如图1所示时分干扰效果研究模型。其中，干扰样式发生器用于产生各种连续干扰信号和脉冲发生器相乘后形成时分干扰信号。调制方式采用SSB、AM和FM等模拟调制，发送话音调制到中频后和时分干扰信号一起进入信道，信道会叠加上噪声。之后进行信号的解调，得到受扰话音。

图1 时分干扰效果研究模型

干扰效果的评估采用话音可懂度和频谱失真测度2种方式，话音可懂度通过话报员对受扰话音包含的话报进行正确率统计得到。频谱失真是基于语音信号的短时分帧处理定义的，设第n帧语音频域谱失真为:

式中，S（ω）和S′（ω）分别输入输出语音的短时谱，ωd是信号带宽，则整个话音的平均频谱失真为从式（1）可以看出频谱失真主要通过对原始语音帧和受扰语音帧的短时谱之间的差异统计求得，由于解调语音和原始语音的平均功率可能并不一样，这会给频谱失真的计算带来一定的偏差，而这种偏差不会对干扰效果造成影响，所以在计算频谱失真前需要对解调话音进行幅度调整，以消除这种影响，该文基于受扰语音和原始语音信号总能量变化进行调整。

3 时分干扰过程描述

基于图1所示研究模型进行分析，采用SSB调制方式，原始话音信号为，SSB已调信号在时域可表示为:

图1中采用噪声调频干扰样式，最终生成的时分噪声调频干扰信号为:

式中，u（t）为噪声调频干扰的调制噪声，是零均值、方差为的广义平稳随机过程;Kf为调制斜率T为干扰重复周期;τ/T为干扰占空比。在噪声调频干扰信号带宽较宽时，一般其有效调制指数mfe＞＞1，式（3）所示时分噪声调频干扰信号的单边功率谱密度表达式为:

式中，fde=Kfσn为噪声调频的有效调制带宽。

采用如图2所示，SSB相干解调框图进行解调，解调器输入信号由已调话音、噪声和干扰信号3部分组成。带通滤波后，解调器输入端窄带噪声信号为n（t）=nc（t）cosωct-ns（t）sinωct，其中nc（t）和ns（t）均是均值为0、方差为σ2的高斯随机过程。令φ0=φ=0、ω0=ωc，分析可得最终输出信号由话音信号和噪声（噪声包括系统噪声和干扰信号转换而成的噪声）2部分组成，信号部分为噪声的单边功率谱密度为:

图2 SSB相干解调框图

采用AM和FM调制时，干扰过程的描述是类似的，此处不再赘述。

4 时分干扰效果仿真与结果分析

按照图1所示研究模型构建仿真实现框图，报务员读一段话报并把话音保存起来，作为原始话音。改变脉冲发生器的周期和占空比来得到不同干扰重复周期和干扰占空比的时分干扰信号，对话音信号实施干扰，受干扰语音保存起来进行话音可懂度的统计，计算得到其相对于原始语音的频谱失真测度。限于篇幅所限，这里仅示出SSB调制的干扰效果，图3是干扰重复周期分别为0.001s和0.01s时对单边带话实施时分噪声调频干扰的干扰效果。

图3 不同干扰重复周期下对单边带话的时分噪声调频干扰效果

图4是干扰占空比为20%和30%时的干扰效果，纵轴左边为频谱失真测度，右边为话音可懂度，横轴为干信比。需要注意干扰功率的计算要考虑干扰占空比对功率的影响，同时一般由于已调话音信号带宽相对于干扰信号带宽较窄，只有带通滤波器通频带之内的干扰信号功率才会对话音信号造成干扰，才是有效干扰功率，干信比是有效干扰功率和信号功率之比。

从图3和图4可以看出如下几点:

①在干扰重复周期和干扰占空比一定的前提下，随着干信比的增大，频谱失真测度缓慢增大，话音可懂度总体趋势减小，表明增大干扰信号功率是提高干扰效果的有效途径。

图4 不干扰占空比下对单边带话的时分噪声调频干扰效果

可以明显看出，频谱失真测度作为对解调信号内部频谱构成改变程度的度量，受干扰占空比和干扰重复周期的影响比较大，由于进行了增益调整而随干信比变化的范围比较小。随着干扰参数的变化，频谱失真测度和话音可懂度在数值上没有大致统一的对应关系，这就导致不能从数值上给出一个基于频谱失真测度的干扰效果评估标准，所以该分析中以话音可懂度为主，频谱失真测度辅助分析。

此外需要说明的是，由于该仿真模型和实际接收机结构的不同，干扰效果和干扰参数的绝对值对应关系未必一致，但是干扰效果随干扰参数变化的规律应该是一致的;

②在干扰重复周期一定和干信比一定且介于一定范围之内（保证此范围内可以看出话音可懂度的变化，而不是全部为100%或者0）的前提下，随着干扰占空比的增大，频谱失真测度增大，话音可懂度减小。当干扰占空比增大时需要减小干扰信号的幅度以保证干扰功率一定，这表明了在接收端干扰信号干扰功率一定的前提下，增加干扰占空比而改变干扰信号的内部频谱构成可以明显提高干扰效果;这进一步证实了对模拟通信信号实施连续干扰效果好于间断式干扰;同时由于干扰占空比的倒数反应了时分多目标能够干扰的目标数，干扰目标越多，干扰占空比越小，即使增大干扰信号的幅度以保证对每个通信信号的有效干扰功率相同，干扰效果也会明显下降，可以得出对模拟通信的时分多目标干扰体制的性能下降不仅仅在于干扰目标的增加使得对每个目标可用干扰功率的下降，也是这种干扰体制本身特点造成的;

③在干扰占空比一定和干信比一定且介于一定范围之内的前提下，随着干扰重复周期的增大，频谱失真测度略微（和干扰占空比相比较而言变化幅度较小）单调增加，话音可懂度不是单调变化，该仿真中T=0.002s和T=0.005s的干扰效果优于T=0.01s和T=0.001s，表明随着干扰重复周期的增大，干扰效果先提高后减少，可以得出在模拟通信时分多目标干扰中设置合适的干扰重复周期可以有效提高干扰效果，该干扰重复周期不是越大越好，也不是越小越好，而是设置在一定范围之内时干扰效果最好;

④实际应用时分多目标干扰时，必须考虑到接收机信号建立时间对干扰效果带来的差异，必须保证干扰脉冲宽度大于信号建立时间，否则干扰是无效的，这也说明了干扰重复周期不能无限制的增加。

一般而言，接收机体系结构不同、发射功率不同、滤波器带宽不同以及元器件延迟不同等都会带来信号建立时间的差异，难以给出统一的标准，只能概算。而现行通信接收机一般采用超外差式体系结构，通过多次混频把射频信号变换到一定的中频，然后进行DSP处理。DSP主频一般在几百兆赫兹，所以DSP处理对信号建立时间的影响在ns级，前几级混频处理时频段较高，滤波器带宽较宽，其对信号建立时间的影响也都在ns级，影响最大的是末级中频滤波处理。按照信号建立时间t和信号带宽B的关系t=0.35/B，取末级中频滤波器带宽为20kHz，可以得出信号建立时间约17.5μs。

该仿真模型中最终的低通滤波器带宽约8kHz，对应信号建立时间约43.75 μs，取占空比为0.1～0.4，当干扰重复周期为0.002s和0.005s时，干扰脉冲宽度介于200 μs和2000 μs之间，所以为了取得较好的干扰效果，干扰脉冲宽度必须至少约大于信号建立时间的5倍。

按照比例关系，对于末级中频滤波带宽为20kHz的接收机，当干扰重复周期介于0.0008s和0.002s之间时干扰效果较好。对于接收机，其结构和器件存在差异，该取值范围也会有差异。不同的干扰目标数，为达到较好的干扰效果，干扰重复周期的取值范围变化不大，但是相同干信比（注意此时为达到相同的干信比，只能通过改变干扰信号的幅度，也即改变干扰机的发射功率）下，干扰目标数越多，干扰效果越差。

需要注意的是，上述结论是基于话音可懂度和频谱失真测度2方面的统计数据得出的。在数据处理过程中，发现话音可懂度的主观性太大，对同样一段数字报，有经验、有记忆的报务员和没经验、没记忆人员听取的结果差异相当大，对真实结果的获取造成了很大的困难;频谱失真测度作为客观评价标准，却不能在数值上和话音可懂度建立一致的对应关系。这2点大大增加了统计结果的误差可能性，会对干扰效果的评估造成不良的影响，但对干扰效果随干扰参数的变化趋势的影响会小很多，这保证了结论的可信度。

5 结束语

对时分干扰信号对模拟通信的干扰效果进行了分析，仿真总结出了干扰重复周期、干扰占空比和干信比对干扰效果的影响，进一步指出在接收端干扰信号干扰功率一定前提下，增加干扰占空比而改变干扰信号的内部频谱构成可以明显提高干扰效果，表明对模拟通信实施连续干扰效果好于间断式的时分干扰，对模拟通信采用时分多目标干扰体制会带来干扰机干扰能力的下降，这是时分多目标干扰体制本身特点造成的。在某试验中，时分多目标干扰方式对模拟话音通信的干扰效果很不理想，远劣于频分多目标干扰的干扰效果，该结论对试验结果的分析带来了新的思路。

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