二维扩频算法在海上抗干扰无线通信系统中的应用

潘云

(贵州交通职业技术学院信息工程学院，贵州贵阳550008)

二维扩频算法在海上抗干扰无线通信系统中的应用

潘云

(贵州交通职业技术学院信息工程学院，贵州贵阳550008)

摘要:在海上舰船电子作战领域中，通信系统敌对双方具有对抗特性。如何能够快速准确的对对方信息进行准确获取，而且同时能够保障自身的电子通信系统具有抗干扰特性，是保证整个海上电子战争成败的关键。由于通信系统网络的发展，传统的仅仅针对单台通信系统的抗干扰技术已经不能满足现代海上作战的网络化需求，而要求整个海上电子信息网络具有综合对抗特性。本文在研究现有通信网络的基础上，提出了综合化的网络对抗技术及模型，提高了海上无线通信网络中的抗干扰性能。

关键词:无线通信平台;电子对抗;抗干扰技术

The application of interference in marine wireless communication system based on 2DSS algorithm

PAN Yun
(College of Information Engineering，Guizhou Polytechnic College of Jiaotong，Guiyang 550008，China)

Abstract:In the field of marine electronic warfare，the accurate processing of communication system become the key to the success of the war．How to quickly and accurately obtain accurate information on the other side is very important．The traditional communication system only for single anti interference technology has been unable to meet the current needs of the maritime combat network．This paper analyzes the existing communication network principle，proposed the network confrontation technology and model integration，at last simulate and test it．

Key words:wireless communication platform; electronic countermeasure;anti interference technology

0　引言

在海上无线通信领域中，除了自然环境引起的多经信号干扰及码间干扰外，在海上舰船电子作战中，对方往往通过无线干扰以及多种通信模式的电子干扰来对我方的通信信号进行干扰。自然环境引起的干扰具有很好的统计学特性，能够通过信道均技术及训练序列消除这些干扰;而对于对方有意的无线干扰，具有干扰信号变换加快，并且具有不规则的动态特性，利用传统的方法很难消除这些干扰［1］。所以在舰船作战中，如何能够快速准确的对对方信息进行准确获取，而且同时能够保障自身的电子通信系统具有抗干扰特性，是保证整个海上电子战争成败的关键，也是作战第一要素。

在传统的海上无线通信抗干扰领域，一般通过对单个的通信平台进行抗干扰技术设计，使通信平台能使用多种通信模式对抗多种形式的电子干扰。但是现在战争呈现网络化的特征，仅仅依靠一个个单个通信模块的抗干扰功能已经很难适应整个网络的对抗。

本文在研究现有通信网络的基础上，提出了综

合化的网络对抗技术及模型，提高了海上无线通信网络中的抗干扰性能。

1　抗干扰技术原理及特性

1.1通信抗干扰技术分类

在敌对双方的电子通信系统干扰中，并不像海上自然环境，如海风﹑海浪以及海面多径干扰等引起的干扰，这些干扰具有一定的统计学特性及周期性，能够通过通信技术中的信道均衡及训练信号进行消除。而对于敌方电子干扰是一种积极的干扰方式，其干扰方式呈现多样性及欺骗性，或者具有很强的攻击性，使通信设备的原始信号与干扰信号完全混合，导致通信设备无法正常对其区分。

按照干扰强度不同可以分为欺骗式干扰及压制式干扰［2］。欺骗式干扰是对方发送信号与我方通信平台原始信号相近，使通信系统接收机分辩不出原始信号与干扰信号而造成的干扰;压制式是发送干扰幅度强度较高的信号，使原始信号完全沉没于干扰信号当中，使接收机再恢复原始信号很困难，甚至恢复的原始信号完全错误。

由于海上通信的电子干扰一般采用频率跟踪的干扰方式，下面对其原理进行描述。

频率跟踪干扰是通过对对方原始信息先不断进行截取，通过跟踪分析这些有用信号的幅度﹑相位及频率来确定选用的干扰机制，舰船无线通信一般采用调频方式，这就要求干扰信号必须在调频驻留时间内发送至对方的通信平台。

基于频率跟踪干扰的结构如图1所示［3］。

图1　频率跟踪干扰模块结构Fig.1　The frequency tracking module structure

1.2电子干扰中的有效距离

对舰船通信系统来说，由于存在严重的多径干扰及衰落效应，干扰信号能达到的有效距离是其干扰电子设备重要的性能指标之一。它与干扰电子设备以及对方的通信平台特性都有关系。

图2　通信平台各模块位置结构图Fig.2 The module position structure of communication platform

本文假设电子干扰设备以及对方通信系统中的发射﹑接收设备在同一层的位置，信号干扰机与发射机接收机的平面图如图2所示。

信号干扰方程如下:

其中:

式中，PJ和PS分别为干扰设备发射功率及对方通信发射机发射功率; GJ和GS均为通信电子设备的辐射增益权值;J和S分别为通信接收机与抗干扰发射的信号以及原始有用信号之间的夹角方向; gJ和gS分别为干扰信号以及原始信号的相对方向天线位置; ΔfJ/ΔfS分别为干扰设备以及对方通信设备的信号过滤器频带; rJ为干扰信号与原始信号之间的归一化相关权值系数。

2　基于网络的抗干扰技术

2.1扩频抗干扰技术原理

扩频技术是海上电子对抗及抗干扰的主流方法，它对海上无线通信系统的发射信号通过特定的频谱扩展函数进行混合，将原先的海上无线窄带信号扩展为宽带信号，然后通过海上无线信道进行传输，在传输过程中需要对宽频信号进行压缩，有利于无线频谱的利用。由于对原始信号的频谱通过特定的加密扩频函数进行扩展，所以对方对信号的截取往往是频谱很宽的信号，除非解密出扩频信号函数，否则很难分析出原始信号的频谱特性，这样对原始信号有一个频谱加密过程。

原始信号通过扩频后的频带与原始频带差别往往较大，所以对信号的调制方式是根据原始信号及扩展函数综合决定的［4］。

整个扩频通信平台的模型如图3所示。

图3　扩频通信平台模型Fig.3 Spread spectrum communication platform model

如图3所示，海上通信信号系统的原始信号通过信源及信道编码后，在传输至无线信道之前混入随机扩频伪随机信号;在接收端则对扩频后的信号滤波，再通过信道及信源逆向解码，恢复出原始信号。

通过扩频的信号符合通信原理中的香农公式，描述如下:

2.2基于二维域的抗干扰系统

上面给出了单个通信系统抗干扰使用的扩频技术，在现代舰船无线通信系统中，不仅在频域进行扩频，在时域可以同时进行信号扩展，其对原始信号在时域和频率同时进行频谱扩展，增加了对电子干扰设备的解析难度，同时由于其在2个维度同时进行频谱扩展，原始信号在2个维度同时具备扩频特性，使得整个通信系统的带宽增益更大，同时对抗海上多径干扰也具有很好的效果［5］。

本文对海上无线通信系统提出了二维扩展模型，图4为基于二维频域扩展的接收和发射系统的模型图。

设海上无线通信系统的原始输入信号为b(t)，首先进行直接序列扩频(DMC)，扩频后的信号输入为d(t)，转换公式如下:

图4　接收和发射机模型Fig.4　The transmitter and receiver model

式中: aJ为直接扩频的信号量，j = 1，2，…，N; N为信号量的元素个数，也表示扩频增益; Tc为一个元素码周期; P(t)为信号的脉冲幅度。

在时域进行直接序列扩频后再通过频域扩展处理:把输出信号d(t)划分为宽度大小相同的M个子分量，经过频域扩展的算术表达式如下:

式中: i = 1，2，…，M; j = 1，2，…，N;βJ，1为频域扩频序列。设频域扩展矩阵组合如下，矩阵中每一列的向量与输出信号d(t)的M个子分量对应的扩频序列为:

进行扩频后的M个子分量再与各自的调制载波运算，各载波频率间隔为Δf，公式如下:

式中: PT为载波功率，本文假设所有载波功率相等。最后通过离散傅立叶变换，综合式(5)～式(7)得到:

式(8)为经过时域扩频与频域扩频后的总表达式，可以看出其信号增益是时域增益与频域增益相乘的结果，扩频后的信号更加具有抗干扰特性。

3　算法仿真

最后给出基于以上条件的海上无线通信系统的误差率曲线如图5所示。

图5　误码率曲线图Fig.5　The bit error rate curve

4　结语

在海上作战系统中，基于舰船无线通信平台的通讯系统起到了非常关键的指导作用，对于通信信号的准确获取直接关系到整个战争的成败。而舰船无线通信平台，除了受到海上环境噪声、多径干扰及衰落等影响，敌方也会对我方的无线通信平台进行电子干扰。

本文在研究现有通信网络的基础上，提出了综合化的网络对抗技术及模型，提高了舰船无线通信网络中的抗干扰性能。

参考文献:

［1］ZIEMER R E，PETERSON R L．Digital communications and spread spectrum systems．New York: Macmillan Publishing Company，1985:555－602．

［2］VITEBRI A J．Wireless digital communication: a view based on three lessons learned［J］．IEEE Communication Magazine，1991，29(10) :33－36．

［3］NGUYEN L．Self-encoded spread spectrum communications．Proc of the Military，99 Communication Conference．Atlnatic City，NT:1999:182－186．

［4］陈旗，蒋贵银，宋士琼，等．水面舰艇编队电子对抗仿真系统研究［J］．舰船科学技术，2010，32(6) :79－83．CHEN Qi，JIANG Gui-yin，SONG Shi-qiong，et al．Research of the smiulation system of electronic counterm easures［J］．Ship Science and Technology，2010，32(6) :79－83．

［5］张瑜，贺秋瑞．基于混合系统的微弱信号参数提取方法［J］．舰船科学技术，2013，35(12) :13－16．ZHANG Yu，HE Qiu-rui，The method of weak signal parameters extraction based on hybrid system［J］．Ship Science and Technology，2013，35(12) :13－16．

作者简介:潘云(1981－)，女，硕士，讲师，研究方向为通信工程。

收稿日期:2014－10－17;修回日期: 2014－12－27

文章编号:1672－7649(2015) 07－0160－04doi:10.3404/j.issn.1672－7649.2015.07.037

中图分类号:U674．71

文献标识码:A