项保利 胡 炜 吕志军
(1.92665部队 石门 427200)(2.海军工程大学 武汉 430033)
短波跳频通信系统效能研究*
项保利1胡 炜2吕志军2
(1.92665部队 石门 427200)(2.海军工程大学 武汉 430033)
从实用的角度出发,建立了跳频通信系统稳定性、时效性和保密性三个指标的数学模型。通过指标的获取和量化,实现了跳频通信系统效能评估。
跳频通信; 效能评估
Class Number TN975
随着日益白热化的电子战,世界各国竞相研究发展通信对抗技术和设备,保证己方的通信保密、迅速和不间断,扩频通信技术得到越来越广泛的应用。跳频通信是扩频通信技术的一种,是目前部队使用较多的通信设备之一,对跳频通信系统效能的研究具有重要的理论价值和现实意义[1]。
所谓跳频通信,用简单的术语讲就是“多频、选码、移频键控”,即用伪随机序列(PN)构成跳频指令,控制选择通信信号的载频,收发双方使用同一组载波频率集,并按照相同的变化规律跳变,从而达成通信要求。
跳频通信系统最大的优点是抗干扰能力强,可以抗单频干扰、多频干扰,还可以抗部分频带和宽带干扰。跳频通信系统作为通信系统之一,在任何情况下,都应该具备稳定、可靠、迅速和保密通信的能力,因此,分析跳频通信系统的效能也要从稳定性、可靠性、时效性和安全性入手[2]。
在现代战场环境中,跳频通信系统多为组网应用,所以对跳频通信系统效能的研究,主要是研究跳频电台组网条件下的通信效能。根据以上分析,跳频通信系统效能P(t)评估的参数指标可确定为以下几点:通信的稳定性和可靠性Pw(t)指标、通信的时效性Ps(t)指标、通信的保密性Pb(t)指标[3]。
3.1 通信系统的稳定性和可靠性指标
设跳频通信系统中AB两点之间的通信有n个路由,每个路由中有m个边线,每个边线的稳定性和可靠性概率为pj,则通信系统的稳定性和可靠性指标可以表示为[4]
(1)
在实际通信过程中可以通过转信的方式达成,但是多次转信需花费较长的时间,本研究中只考虑一次转信的情况,因此有m≤2。式(1)中pi为路由使用概率,由通信系统中的指挥层级和信道质量确定,pj则由每个节点系统的稳定性和可靠性确定,该参数为指数分布可表示为
pj=e-λt
(2)
式中,常数λ为系统的失效率,即单位时间内发生故障的概率[4]。
3.2 通信系统的时效性指标
跳频通信系统的时效性取决于通信设备和人员准备好所需时间、信号传输时间、敌方的干扰强度等几个方面,通信系统确保通信畅通的能力强度μ与丧失通信能力的临界时间T成反比,由此可得到时效性概率的微分方程:
(3)
在没有战斗任务时,可以认为设备和人员状态良好,无敌对方干扰通信,设备可以自适应选择最佳信道,此时可以设为通信的时效性指标概率为1,进入战斗任务后,随着通信联络文件的增多,通信人员的状态下降,通信对抗力度的增强,通信的时效性概率会逐步降低。所以设方程的初始条件为:t=0时,Ps(t)=1。解微分方程可得:
(4)
此处参数T直接影响到通信系统的时效性指标,设备性能优良,人员工作思路清晰,敌对方通信对抗能力低下,T就越大,反之T则减小。图1为T为不同取值时的跳频通信系统时效性曲线图[5]。
图1 T为不同取值下的时效性曲线
3.3 通信系统的保密性指标
跳频通信系统的保密性主要指抗信号截获能力和抗信号破译的能力。设跳频通信系统跳速为R,通常把跳速的倒数作为时隙宽度,跳频信号在每一个频率点的驻留时间T为时隙宽度的(0.8~0.9)倍,取中间值0.85可得T=0.85/R[6]。设敌方侦察接收机的工作带宽为Bs,信道间隔为Bm,每个信道停留时间为Tr,则可得到信号被截获概率为
(5)
在此基础上可以求出整条消息被截获的概率。设跳频通信电台发送某消息用时Tf秒,则发送该信号时信号频率跳变TfR次,敌方截获n次信号的概率如式(6)[9]:
(6)
当n=TfR时,即发送信号全部被截获,由此可得截获全部消息的概率为P2:P2=P(TfR)
(7)
假设消息的保密性概率为P3(t),破译消息所需要的平均时间为Tp,则消息失去保密性ξ与Tp成反比,由此得到消息保密性微分方程为[10]
(8)
解微分方程可得:
P3(t)=e-ξt
(9)
由上述分析,可得到跳频通信系统的保密性概率为
(10)
由于截获信号即意味着定位,故在t=0,n=1时,式(10)表示跳频通信电台被定位的概率[8]。
3.4 跳频通信系统效能评估
兼顾客观和主观赋权对效能评估的影响,运用最优组合赋权方法进行跳频通信系统效能评估,得到效能值P(t)=f[Pw(t),Ps(t),Pb(t)]。
本文从实战出发,通过对可靠性指标、时效性指标以及保密性指标的研究及建模,详细分析跳频通信系统的效能,部分给出了仿真结果。在现代作战行动中,高科技的运用在争夺通信主动权上占有极为重要的位置,以科学的方法分析研究跳频通信系统的效能,找出影响跳频通信系统效能的因素,为跳频通信系统效能充分发挥提供理论指导。
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Research on the Efficiency of Shipboard Frequency Hopping System
XIANG Baoli1HU Wei2LV Zhijun2
(1. No. 92665 Troops of PLA, Shimen 427200)(2. Naval University of Engineering, Wuhan 430033)
Based on the timeliness indexes, this paper establishes the mathematic model of three evaluation indexes of frequency hopping system, such as the stability, the real-time property and the secrecy. It realizes efficiency evaluation of the system by acquiring and quantizing the index.
frequency hopping, efficiency evaluation
2015年6月3日,
2015年7月23日
项保利,男,助理工程师,研究方向:短波通信,通信对抗。胡炜,男,硕士,助理工程师,研究方向:信息管理,系统效能分析。吕志军,男,讲师,研究方向:短波通信、通信对抗。
TN975
10.3969/j.issn.1672-9730.2015.12.034