一種多頻點(diǎn)干擾信號(hào)產(chǎn)生方案

摘要：在電子對(duì)抗領(lǐng)域，通常以同時(shí)輸出多個(gè)載波信號(hào)對(duì)跳頻等抗干擾通信實(shí)施干擾。分析了針對(duì)跳頻通信的各種梳狀攔阻式干擾方案的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于鋸齒波線性調(diào)頻技術(shù)的干擾方案。該方案能在保持時(shí)域等幅波形的前提下，產(chǎn)生多個(gè)離散的梳狀譜，有效利用功率放大器的功率容限，適合于通信訓(xùn)練中模擬干擾環(huán)境。同時(shí)給出了基于數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、ROM、RAM，以及信號(hào)產(chǎn)生軟件包組成的數(shù)字化多頻點(diǎn)干擾信號(hào)產(chǎn)生器的實(shí)現(xiàn)，并對(duì)實(shí)現(xiàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：跳頻通信；干擾；梳狀譜；調(diào)頻；DSP

    隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，信息作戰(zhàn)已成為貫穿高技術(shù)作戰(zhàn)全過(guò)程的重要作戰(zhàn)行動(dòng)，運(yùn)用電子對(duì)抗手段干擾敵通信、導(dǎo)航等信息系統(tǒng)是信息作戰(zhàn)中電子戰(zhàn)的重要內(nèi)容。增強(qiáng)軍用無(wú)線電通信與導(dǎo)航系統(tǒng)抗敵電磁干擾能力已成為提高通信導(dǎo)航保障能力的關(guān)鍵，為了方便地在日常訓(xùn)練和演練中實(shí)施無(wú)線電通信對(duì)抗訓(xùn)練，提高裝備與操作人員應(yīng)對(duì)敵方電磁干擾能力，有必要研制針對(duì)通信對(duì)抗訓(xùn)練的小功率電子干擾系統(tǒng)。
    在電子對(duì)抗領(lǐng)域，通常以同時(shí)輸出多個(gè)載波信號(hào)對(duì)跳頻等抗干擾通信方式實(shí)施有效干擾，對(duì)于攔阻式干擾，干擾信號(hào)的個(gè)數(shù)與總的覆蓋寬度是跳頻通信信號(hào)被干擾的主要因素，所以增加多載波數(shù)量和覆蓋頻段寬度成為提高干擾效果的主要途徑。
    高頻頻段的抗干擾通信通常為窄帶跳頻通信，所以筆者分析了各種高頻跳頻通信干擾信號(hào)的產(chǎn)生方案后，設(shè)計(jì)了一種基于線性調(diào)頻技術(shù)的小功率高頻跳頻通信干擾方法以及實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了方案設(shè)計(jì)的有效性。

1 高頻跳頻通信干擾方案分析
1．1 跟蹤瞄準(zhǔn)式干擾
    跳頻通信在通信中不同時(shí)刻使用不同的頻率，而變化規(guī)律受偽隨機(jī)序列的控制，通常該偽隨機(jī)序列有很大的密鑰量，幾乎無(wú)法進(jìn)行破譯，所以干擾方無(wú)法掌握欲干擾電臺(tái)的跳頻圖案。為此通常采用跟蹤瞄準(zhǔn)式干擾，當(dāng)跳頻速率很低和跳頻頻點(diǎn)較少時(shí)，當(dāng)前的干擾技術(shù)可有效實(shí)行跟蹤干擾。然而，為對(duì)抗跟蹤式干擾，通信方目前已采用跳頻速率很高的跳頻通信。如主要用于空中通信的美國(guó)聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)(JTIDS)，跳頻速率為每秒38 500跳，已無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效跟蹤干擾。
    由于對(duì)高速跳頻通信無(wú)法實(shí)施有效跟蹤干擾及信號(hào)密集環(huán)境的中速跳頻通信很難實(shí)施有效跟蹤瞄準(zhǔn)式干擾。目前對(duì)跳頻通信進(jìn)行干擾的有效干擾方案是攔阻式干擾，具體可分為梳狀攔阻式干擾和連續(xù)攔阻式干擾。
1．2 梳狀譜干擾方案
    梳狀攔阻式干擾是經(jīng)常被采用的攔阻是干擾，一般的實(shí)現(xiàn)方法為一部干擾機(jī)內(nèi)設(shè)置多個(gè)振蕩源，經(jīng)相加合成后，從一個(gè)寬帶天線發(fā)出多信道干擾。但相加合成后的接到功率放大器的輸入端，其為復(fù)雜的調(diào)頻調(diào)幅波。單從其復(fù)雜的調(diào)幅特點(diǎn)，已使功放的功率容量利用率降至很低。我們知道，當(dāng)功放的輸入為單個(gè)頻率的等幅波時(shí)，對(duì)其放大，輸出滿(mǎn)功率為為對(duì)應(yīng)輸出電壓。當(dāng)功放的輸入為多個(gè)振幅相同但不同頻率的等幅波訊號(hào)，某一瞬間所有等幅波訊號(hào)相互處于同相，即都處于其最大值時(shí)，其合成電壓E∑為各等幅波電壓E1的算術(shù)相加，而處于最大值。由此，輸出合成電壓只能等于或少于而不能超過(guò)功放的最大輸出電壓Em?，F(xiàn)設(shè)振蕩源數(shù)量為n，則
    E∑=nE1≤Em，E1≤Em／n            (1)
    即每個(gè)訊號(hào)的輸出電壓受限于功放的最大輸出電壓。因此每個(gè)訊號(hào)的輸出功率為
   
    而在這種多訊號(hào)輸入情況下，其功放的輸出功率，即n個(gè)訊號(hào)輸出功率之和，遠(yuǎn)小于功放的滿(mǎn)功率輸出，即
    P=nP1=Pm／n<<Pm                    (3)
    這是因?yàn)樵诮^大部分時(shí)間，多個(gè)訊號(hào)不是同相相加，而是矢量相加，相加后的合成電壓E∑遠(yuǎn)小于Em，所以在功放大部分時(shí)間，功放輸出功率遠(yuǎn)小于Pm，因此功放的平均輸出功率僅為滿(mǎn)功率輸出的1／n。僅在極少時(shí)間處于最大輸出功率，故功放的功率容量利用率極低。
1．3 連續(xù)譜攔阻式干擾方案
    為提高功率容量利用，應(yīng)避免多頻點(diǎn)信號(hào)矢量相加的寬帶攔阻式干擾信號(hào)產(chǎn)生方法。應(yīng)采用單部干擾機(jī)單振蕩源寬帶連續(xù)調(diào)頻方式，目前已有寬帶射頻噪聲直接放大和噪聲寬帶調(diào)頻等方法。
    其中，寬帶射頻噪聲直接放大采用白噪聲源輸出，經(jīng)功放放大輸出以產(chǎn)生攔阻式干擾。白噪聲源雖具有寬帶頻譜但輸出能量較小，要經(jīng)過(guò)多級(jí)寬帶放大，且因噪聲輸出電壓不是等幅波，功放的功率容量利用率仍較低，其電源效率也低。要使功放的功率容量利用率高，可采用連續(xù)等幅的調(diào)頻波，采用噪聲對(duì)振蕩源實(shí)施寬帶調(diào)頻，以產(chǎn)生寬帶頻譜。但由于噪聲電壓的振幅呈正態(tài)分布，因此調(diào)頻后產(chǎn)生的寬帶頻譜，其能量在頻域是非均勻分布的，不能滿(mǎn)足攔阻式干擾寬帶頻譜內(nèi)各干擾分量能量相同的要求。因此攔阻式干擾機(jī)的最佳體制和技術(shù)是如何獲得寬頻帶均勻干擾頻譜，同時(shí)如何使干擾機(jī)功率容量充分利用。

2 干擾功率受限的攔阻式干擾方案
2．1 鋸齒波加窄帶噪聲調(diào)頻干擾方案
    由于梳狀譜干擾方案的有效功率利用率太低，而連續(xù)譜攔阻式干擾方案的干擾信號(hào)頻譜并非均勻，不能對(duì)所有的跳頻頻點(diǎn)進(jìn)行同等功率的干擾，影響了干擾效果。為此，提出一種鋸齒波加窄帶噪聲調(diào)頻干擾方案。[!--empirenews.page--]
    如圖1所示，假設(shè)鋸齒波的周期為T(mén)，那么用此信號(hào)進(jìn)行寬帶調(diào)頻可獲得頻帶為(f1-f2)均勻頻譜。在此(f1-f2)頻帶內(nèi)，各干擾分量能量基本相同，各干擾分量頻率間隔等于鋸齒波頻率(f=1／T)?？闪钿忼X波頻率與信道頻率間隔相同，那么各干擾分量頻率間隔和信道頻率間隔相同，實(shí)現(xiàn)分別瞄準(zhǔn)。而在干擾頻寬(f1-f2)以外，干擾能量急劇下降，不影響其他頻段通信。

    這種干擾方式特別適合對(duì)跳頻通信的攔阻式干擾。由于該寬帶調(diào)頻波在時(shí)域是連續(xù)的等幅波，不存在幅度的大范圍變化，從而有效利用了放大器的功率容限。而在頻域，它是頻率間隔為跳頻頻點(diǎn)間隔的梳狀譜，而且各譜線幅度基本相等，有效干擾了所有的跳頻頻點(diǎn)。所以是干擾跳頻通信的有效方案。
2．2 干擾功率受限的短波跳頻通信攔阻式干擾方案
    通常高頻跳頻通信信號(hào)帶寬相對(duì)來(lái)說(shuō)跳頻帶寬并不寬，適合進(jìn)行攔阻式干擾。同時(shí)考慮到造價(jià)的因素，訓(xùn)練用的干擾模擬系統(tǒng)的干擾總功率不可能很高，所以筆者設(shè)計(jì)了一種鋸齒波加窄帶噪聲調(diào)頻的短波跳頻通信攔阻式干擾方案。并且，以DSP技術(shù)為基礎(chǔ)，采用了數(shù)字化的干擾信號(hào)產(chǎn)生方法，更加精確地完成了鋸齒波加窄帶噪聲調(diào)頻操作，減小了雜散頻率的生成，進(jìn)一步提高了干擾的準(zhǔn)確度，提高了功率的有效利用。
    考慮供通信訓(xùn)練用的干擾系統(tǒng)，功率放大器不可能選擇昂貴的大功率放大器，同時(shí)干擾機(jī)可靠近設(shè)置，所以選用了低功率的干擾方案。下面對(duì)本方案的干擾性能做一簡(jiǎn)單分析。
    由于采用鋸齒波加窄帶噪聲調(diào)頻獲得了時(shí)域波形幅度不變的梳狀譜窄帶調(diào)頻信號(hào)，所以可有效利用功率放大器的功率容限。假設(shè)功率放大器的功率為P0，那么每個(gè)窄帶調(diào)頻譜線的功率為P0／N，N為譜線個(gè)數(shù)，即跳頻頻率集個(gè)數(shù)?？紤]如下干擾條件：
    干擾機(jī)與被干擾電臺(tái)的距離按0．5 km計(jì)；干擾機(jī)工作頻率按10 MHz計(jì)；干擾機(jī)輸出功率按50W計(jì)，通信方發(fā)射功率按120 W計(jì)；干擾天線增益按2 dB計(jì)，通信方發(fā)射天線增益按2 dB計(jì)；電離層反射虛高按300 km計(jì)；電離層吸收損耗La、額外損耗Yp之和按8 dB計(jì)；干擾機(jī)到被干擾電臺(tái)之間地質(zhì)條件按干地計(jì)。天波傳輸計(jì)算公式為
    E=74．8+P(t)+G(t)-20lgD天-(La+YP)         (4)
    地波傳輸計(jì)算公式為
   
    被干擾短波電臺(tái)所處位置的干擾電平計(jì)算結(jié)果如下：
    通信方發(fā)射電波經(jīng)電離層反射到被干擾電臺(tái)處的干擾信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)E=102．4μV／m；
    干擾電波以地波形式傳輸?shù)奖桓蓴_電臺(tái)處的干擾信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)為E=0．387mV／m。
    那么，接收方收到的干擾電平和信號(hào)電平之比約為3．78，大于所有調(diào)制方式的壓制系數(shù)，可以構(gòu)成有效干擾。

3 基于數(shù)字化干擾信號(hào)產(chǎn)生的干擾機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)方案
    由于傳統(tǒng)射頻干擾設(shè)備中頻以下采用模擬電路實(shí)現(xiàn)鋸齒波寬帶調(diào)頻和噪聲窄帶調(diào)頻的組合調(diào)制，電路復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，因此本方案以中頻以下數(shù)字化的方式產(chǎn)生干擾信號(hào)，然后利用模擬射頻變頻電路進(jìn)行頻譜搬移，產(chǎn)生所需的多頻點(diǎn)攔阻式干擾信號(hào)，圖2為干擾發(fā)射系統(tǒng)的原理框圖。

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    數(shù)字化信號(hào)產(chǎn)生器由數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、ROM、RAM，以及信號(hào)產(chǎn)生軟件包組成。其中數(shù)字信號(hào)處理器是產(chǎn)生多頻點(diǎn)攔阻信號(hào)的核心器件，它通過(guò)地址總線選擇預(yù)存在RAM中的窄帶噪聲離散信號(hào)數(shù)據(jù)，通過(guò)調(diào)用存儲(chǔ)在ROM中的信號(hào)產(chǎn)生軟件包將信號(hào)數(shù)據(jù)循環(huán)恢復(fù)為所需的多頻點(diǎn)離散信號(hào)，然后通過(guò)D／A變換器轉(zhuǎn)換為時(shí)域連續(xù)波形，從而在一個(gè)較低中頻上實(shí)現(xiàn)不同帶寬、不同頻點(diǎn)數(shù)的窄帶噪聲調(diào)頻的梳狀譜，該信號(hào)在時(shí)域仍保持等幅波波形。在此方案中，用DSP產(chǎn)生鋸齒線性調(diào)頻信號(hào)的抽樣信號(hào)為
   
    同時(shí)可在DSP中對(duì)每一相應(yīng)頻點(diǎn)進(jìn)行調(diào)制運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)噪聲調(diào)頻。該中頻信號(hào)隨后經(jīng)過(guò)信道部分利用模擬電路進(jìn)行頻率搬移，轉(zhuǎn)換至所需的的工作頻率上，對(duì)跳頻通信實(shí)施有效干擾。

4 方案實(shí)現(xiàn)結(jié)果
    筆者采用TI的320VC系列浮點(diǎn)DSP實(shí)現(xiàn)了低中頻上進(jìn)行線性調(diào)頻的數(shù)字化信號(hào)產(chǎn)生，通過(guò)權(quán)衡RAM容量大小與硬件成本，信號(hào)設(shè)計(jì)為400ms往復(fù)循環(huán)，以節(jié)省硬件成本。圖3、4為該方案最終實(shí)現(xiàn)不同間隔、不同頻點(diǎn)數(shù)的多頻點(diǎn)攔阻式于擾信號(hào)結(jié)果。

5 結(jié)束語(yǔ)
    由于對(duì)高速跳頻通信無(wú)法實(shí)施有效跟蹤干擾。目前對(duì)跳頻通信進(jìn)行干擾的最佳干擾方案是攔阻式干擾，具體分為梳狀攔阻式干擾和連續(xù)攔阻式干擾。攔阻式干擾的最佳體制和技術(shù)是如何獲得寬頻帶均勻干擾頻譜和如何使干擾機(jī)功率容量充分利用。鋸齒波加窄帶噪聲調(diào)頻干擾信號(hào)在時(shí)域是連續(xù)的等幅波，不存在幅度的大范圍變化，可有效利用功率放大器的有效功率。在頻域，它是頻率間隔為跳頻頻點(diǎn)間隔的梳狀譜，而且各譜線幅度基本相等，能有效干擾所有的跳頻頻點(diǎn)，是干擾跳頻通信的有效方案。筆者基于鋸齒波線性調(diào)頻技術(shù)設(shè)計(jì)了一種多頻點(diǎn)攔阻式干擾方案。該方案能在保持等幅波形的前提下，產(chǎn)生多個(gè)離散的梳狀譜，有效利用功率放大器的功率容限，理論計(jì)算表明能夠在一般條件下形成有效的干擾。本文還設(shè)計(jì)了基于DSP器件的數(shù)字化干擾信號(hào)生成方案，提出了在中頻以下，用DSP產(chǎn)生數(shù)字化的均勻連續(xù)譜干擾信號(hào)的方法以及經(jīng)過(guò)信道機(jī)將信號(hào)搬移至工作頻率的方案。最后給出了該方案生成信號(hào)的頻譜圖。