IFF系统中跳频抗干扰技术的研究

陈秀芳 毛锡荣

1 无锡机电高等职业技术学校 江苏 214028

2 无锡市第三高级中学 江苏 214028

0 引言

随着敌我识别系统性能的不断完善和技术的不断创新，电子对抗已成为当今电子作战系统中的一个重要作战手段，而通信对抗是电子对抗中一个极其重要的分支，是指挥、控制、通信、命令和情报对抗系统中的核心部分。本文根据技术协议，分析当IFF采取跳频抗干扰措施时，对IFF的干扰效果，这不仅有助于提高对IFF系统抗干扰性能分析和抗干扰技术的研究，而且也有助于我们对IFF干扰样式和技术的研究与改进。

跳频扩频通信由于具有良好的抗干扰和较低的信号被截获概率，因而在通信对抗尤其是卫星通信中处于特别有利的位置。扩频技术正在取代常规通信技术成为军事通信的一种主要抗干扰通信技术。因此，对扩频通信干扰技术的研究，成为通信对抗中的重要部分。

1 IFF系统中跳频技术

跳频技术以其优良的多址组网和抗干扰性能，成为了军用抗干扰通信的主流技术之一。慢跳频技术由于不能获得分集增益，需要通过引入新的分集技术来提高其链路传输性能。由于较低的解码复杂度和可提供多天线分集增益，由空时分组码衍生的空频分组码和空时分组码、空时分组码技术得到了广泛的研究。

1.1 跳频技术应用原理

跳频/扩频(Frequency Hopping/Spreading Spectrum，FH/SS)体制是将传统的窄带调制信号的载波频率在一个伪随机序列控制下进行离散跳变，从而实现频谱扩展得扩频方式。这同样是一种人们熟悉和应用广泛的扩展频谱系统。FH/SS技术以其优良的抗干扰性能和多址组网性能在军事无线电抗干扰通信、民用移动通信、现代雷达和声纳等电子系统中获得应用。

图1给出了FH/SS通信系统的基本模型。

图1 FH/SS通信系统的基本模型

其原理为：将可用的信道带宽分割成大量相邻的频率间隔。在任意信号传输间隔内，发送信息占据一个或多个可用的频隙，按照某种跳频序列在很宽的频带范围内进行跳变的一种通信系统。 经过波形变换后，信息数据进行载波调制，跳频序列控制可变频率合成器，当跳频序列的序列值改变时，载波频率便会进行跳变。首先接收机从接收到的跳频信号中提取出跳频同步信号，使接收到的跳频信号与本机的频率跳变同步，输出经过同步的本地载波，然后由本地载波对接收到的跳频信号进行解调，获得具有信息的中频信号，进而得到发射机发射的信号。

1.2 跳频技术的信号分析

设信源产生的信号a( t)为双极性数字信号，则：

式中，an为信息码，取值+1或-1；ga( t)是门函数；Ta为信息码元宽度。

调制采用FSK调制。由频率合成器产生的频率为 fi，则：

即 fi在(i-1)Th≤t≤iTh内的取值为其中的一个频率，由PN码确定，Th为每一次跳频频率的驻留时间或持续时间。这样，用a( t)去调制频率合成器产生的频率为 fi，可得到射频信号为：

接收端收到的信号为：

式中， n( t)为噪声分量(高斯白噪声)； s( t)为信号分量；sJ( t)为不同网的跳频信号；J( t)为干扰信号分量。

与发端相同的PN码产生器控制着接收端频率合成器的产生频率，该频率为接收频率合成器的产生频率其中的一个。

接收到的信号在混频器中与本振相乘得到下式：

下面分别讨论上式中的四个变量。首先看信号分量s'( t)，即：

现已知接收端与发送端的频率合成器的产生频率是一一对应的，并且受到相同的伪随机码的控制，两个伪随机码的初始相对可能不同，但是控制方式是相同的。经解调后，可恢复出传送的信息a( t)，从而完成信息的传输。

对n'( t)分量来说，因为n( t)是高斯白噪声信号，经过混频后，跳频系统对白噪声无处理增益，即噪声分量和一般的非跳频系统一样，没有任何变化。

对于干扰分量J'(t)来说，由于不知道跳频信号发射频率的变化规律进而得不到跳频系统的信息，经过混频后，该干扰分量被搬移到中频频带之外，不能够进入到解调器中，即不能对跳频信号形成干扰，这样使用跳频系统而达到了抗干扰的目的。J( t)只有和频率s( t)始终相同，才能够有效的干扰跳频信号s( t)，都则不能形成干扰。

sJ'(t)分量是其他不同网所产生的跳频信号。不同的网使用的跳频规律是不同的。在组网的时候，为了避免不同网络之间的相互干扰问题，不同网之间的频率跳变都是互不重叠的、正交的，故该干扰信号不能对跳频信号形成干扰。

1.3 跳频技术的干扰增益

对于敌我识别系统采用的跳频抗干扰措施，系统的处理增益为：

其中BFR为射频带宽，BIF为解调后的中频带宽。在调频通信中，频谱的扩展基本上与跳频速率无关，而是取决于最小频率间隔和实际使用的频率数目。

2 IFF系统中跳频抗干扰产生的方法

跳频系统的抗干扰机理如下：在发送端，伪随机码控制其载频，通过随机、不断地改变其频率来躲避干扰；在接收端，通过使用与发送端相同的伪随机码来改变其频率合成器的产生频率，使接收端与发送端的载频进行同步跳变，经过混频后，使跳频信号进入到中频频带之内；而对于干扰信号来说，不能够与跳频系统的跳频信号频率宝石相同，经过接收机后，不能够进入到中频频带之内，进而不能够对跳频信号形成干扰。由此，该跳频系统便达到了抗干扰的目的。由此可见，跳频系统与直扩系统的抗干扰机理是不同的，跳频系统以躲避干扰的方式抗干扰，可以认为是一种主动式干扰方式。

跳频通信系统主要由伪随机码产生器和频率合成器两部分组成。快速响应的频率合成器是跳频通信系统的关键部件。跳频扩频信号的产生方法如图2所示。

跳频仿真参数：跳频点数：32

跳频间隔：10MHz

基带滤波：根升余弦R=0.22

跳频码：M序列码

码元速率：0.5MHz

调制方式：BPSK

采样频率：200MHz

图2 跳频扩频信号的产生方法

根据以上仿真参数，得到跳频波形及频谱如图3所示。

图3 跳频波形及频谱

3 对应答接收机受阻塞式致盲干扰效果仿真过程及结果分析

其中BFR为射频带宽，BIF为解调后的中频带宽。在跳频通信中，频谱的扩展基本上与跳频速率无关，而是取决于最小频率间隔和实际使用的频率数目。在下列条件下进行仿真得到以下结果。

设仿真参数：中频Fc=30e6，采样频率Fs=200e6，基带信号采样升余弦成型滤波，滚降系数R=0.22，调频序列采用M序列，一个码元调频一次，系统为一个FH/DPSK系统。跳频间隔∆f=1kHz，跳频范围在-16k-16kHz。对于模式 4，当跳频与窄带通信在相同阻塞干扰下，其误码率分别如表1、2、3所示。

表1 噪声调幅干扰下跳频系统解码误码率(模式4)

由表1可知，IFF采用跳频抗干扰，可使系统能很好的对抗噪声调幅干扰。跳频系统具有抗窄带干扰的能力，当跳变的频率数目足够多，调频带宽足够宽时，抗干扰能力很强。

表2 噪声调频干扰跳频系统误码率分析(模式4)

由表2可得，跳频系统对噪声跳频干扰抗干扰能力较弱，噪声频谱越宽，抗干扰能力越弱。这是由于噪声调频信号带宽较大，在跳频系统不能跳出噪声调频带宽，其误码率会较高。因此，降低误码率的措施应该增大调频范围，或增大跳频间隔，使信号能跳出噪声调频带宽。

表3 噪声调相干扰跳频系统误码率分析(模式4)

由此可见，在噪声调相干扰下，跳频系统同样也可以降低误码率，提高IFF系统性能，且抗干扰效果与集中抗干扰效果基本相同。

4 结束语

本文通过仿真实验论述了跳频系统在不同干扰条件下的误码性能是不同的。IFF采用跳频抗干扰，可使系统能很好地对抗噪声调幅干扰。跳频系统具有抗窄带干扰的能力，当跳变的频率数目足够多，调频带宽足够宽时，抗干扰能力很强。跳频系统对噪声跳频干扰抗干扰能力较弱，噪声频谱越宽，抗干扰能力越弱。因此，降低误码率的措施应该增大调频范围，或增大跳频间隔，使信号能跳出噪声调频带宽。在实战过程中，应根据装备的性能指标，灵活控制干扰带宽，充分发挥干扰设备的作战效能。

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