跳频通信系统同步捕获回路抗干扰性能分析

范真真，张笑宇

(1 山东轻工职业学院信息工程系,山东淄博 255300;2 山东特种工业集团有限公司军品研究所,山东淄博 255200;3 沈阳理工大学研究生院, 沈阳 110159)

0 引言

跳频技术凭借其优秀的抗干扰、低截获率、抗衰落等优势，被广泛的应用在军事化电台组网中[1]。由于信息化战场中实时多变的电磁环境，跳频对抗技术成为现代信息对抗中的研究热点。

目前，信息化战场下信息传输中常见的抗干扰技术主要有：扩频技术、分集技术、猝发通信技术、加密技术、天线零相技术等[2-4]。跳频组网过程中主要的干扰形式有：全频带形式干扰、部分频带形式干扰以及跟踪式干扰等[5]。

文中依据跳频通信机理，针对以上3种形式的干扰，立足于常见形式的干扰容限，重点以调制方式为MSK的FH系统为例，对跳频电台组网同步捕获回路进行抗干扰性能分析。

1 跳频系统基本原理

跳频通信系统发射机和接收机的主要工作模块为跳频序列发生器和频率同步器[6]。其中，跳频序列发生器主要用于产生伪随机序列，频率合成器主要用于合成所需要的载波频率[7]。跳频接收机则主要通过频率同步器实现载波频率的同步，完成信息传输。基本原理如图1所示。

图1 跳频通信系统原理图

跳频组网中用干扰容限Mj来表征系统抗干扰能力[8]。跳频干扰容限是指系统承受干扰的最大量，即系统正常通信中误码率承受的干信比最大值。其表达式为：

(1)

式中：Gp为跳频系统处理增益;Lsys为系统各项损耗;SNRout为输出端的最小信噪比。工程中，通常以dB形式进行计算，即：

Mj=Gp-Lsys-SNRout

(2)

2 抗干扰分析

2.1 抗全频带干扰性能分析

全频带式干扰是利用噪声信号对通信系统工作的全部宽带施加干扰，示意图如图2所示。信息化战场中的全频带形式干扰将会同时覆盖全部跳频带宽内的所有跳频频点集，从而跳频电台无论在哪个频点组网，通信性能都将受到影响。

图2 全频带干扰示意图

通过以上分析可知，跳频带宽直接影响跳频组网中的抗全频带干扰性能，随着带宽的增大，抗干扰能力将进一步增强。

2.2 抗部分频带干扰性能分析

部分频带形式干扰的工作原理不同于全频带形式的干扰，其作用原理是将能量集中在跳频频带范围内的某一段中，示意图如图3所示。这种干扰方式多存在于信息化战场跳频网络多、子信道数目多、跳速高的跳频电台组网中。

图3 部分频带干扰示意图

通过以上分析可知，跳频频点数目直接影响跳频组网中的抗部分频带干扰性能，随着频点数目的增多，抗干扰能力将进一步增强。

2.3 抗跟踪干扰性能分析

跟踪干扰的工作原理是利用天线对跳频组网信号实时侦听和检测，一旦发现跳频组网信号存在，立即将干扰信号频率调整至当前检测频率。跟踪干扰随跳频图案的变化而进行功率集中的窄带干扰，常见的信息化战场中跟踪干扰有单音干扰和多音干扰，示意图如图4所示。

图4 跟踪干扰示意图

3 仿真分析

为分析跳频电台组网中同步捕获回路的抗干扰性能，选择的仿真参数如下：跳频系统的频带范围为969～1 206 MHz，总带宽为225 MHz，调制方式为MSK，带宽为3 MHz，跳频速率为72 693跳/s，频点集为51个，跳频序列由M序列生成，信道模型为加性高斯白噪声。待测抗干扰性能的跳频信号时频域如图5所示。

图5 跳频信号时频域图

3.1 抗全频带干扰

选用滑动相关法作为跳频组网中同步捕获回路的测试方法，假设接收信号超前于本地信号10个码元，每次步进量为半个码元，干扰信号的带宽为900～1 250 MHz，覆盖了跳频系统整个频段。抗全频带干扰同步捕获回路捕获峰值位置如图6所示。

图6 抗全频带干扰峰值位置

由图6可以看出，当JSR(干信比)小于33 dB时，跳频同步捕获回路可实现有效捕获，当JSR大于33 dB时，捕获位置出现错误。因此，增大信息化战场中电台组网时跳频带宽，电子对抗中干扰带宽随之增大，干扰功率势必增加，从而有效提高跳频电台组网同步捕获回路的抗干扰能力。

3.2 抗部分频带干扰

部分频带干扰信号的带宽分别为900～1 000 MHz,1 100～1 200 MHz，当前跳频载波频率为1 176 MHz，干扰信号为高斯白噪声。抗部分频带干扰同步捕获回路捕获峰值位置如图7所示。

图7 抗部分频带干扰峰值位置

由图7可以看出，当部分频带干扰的频带范围为900～1 000 MHz时，跳频通信系统与干信比无关，跳频同步捕获回路均可实现有效捕获；当部分频带干扰的频带范围为1 100～1 200 MHz，且JSR小于40 dB时，跳频同步捕获回路可实现有效捕获，当JSR大于40 dB时，捕获位置出现错误。因此，增加信息化战场中电台组网时跳频频点数目，电子对抗中干扰频带数目随之增加，干扰功率势必增大，从而有效提高跳频电台组网同步捕获回路的抗干扰能力。

3.3 抗跟踪干扰

跟踪干扰信号选择单音正弦信号以及双音正弦信号，当前跳频载波频率为1 176 MHz。同步捕获回路抗单音跟踪干扰捕获峰值位置如图8所示。同步捕获回路抗双音跟踪干扰捕获峰值位置如图9所示。

图8 抗单音干扰峰值位置

图9 抗双音干扰峰值位置

由图8可以看出，跳频系统抗单音跟踪干扰性能随着驻留时间比的减小而增强，且抗单音干扰性能比全频带干扰、部分频带干扰要差很多。由图9可以看出，跳频系统抗双音跟踪干扰性能仍随驻留时间比的减小而增强，且跳频系统抗单音干扰性能比抗双音跟踪干扰强。因此提高信息化战场中电台组网时跳速，压缩电子对抗中干扰方的反应时间，使干扰方无法满足干扰椭圆，从而提高跳频电台组网同步捕获回路的抗跟踪干扰能力。

4 结论

依据跳频通信机理，在分析了跳频系统全频带干扰、部分频带干扰、跟踪干扰3种不同干扰方式的干扰容限基础上，重点针对调制方式为MSK的FH系统下的捕获回路进行抗干扰性能分析。通过仿真结果表明，增大带宽可有效提高跳频电台组网同步捕获回路抗全频带干扰能力，增加跳频频点数目可有效提高跳频电台组网同步捕获回路的抗部分频带干扰能力，提高跳速可有效提高跳频电台组网同步捕获回路的抗跟踪干扰能力。