扩频通信的抗干扰能力及其改进

总第 140期 2004年第 2期 舰 船 电 子 工 程 Ship Electronic Engineering v01．24 No．2 59 扩频通信的抗干扰能力及其改进 向春清 胡修林 (华中科技大学电子与信息工程系 武汉 430074) 摘 要：综述了对直接序列扩频通信常用的敌方人为干扰，按理论模型计算了直接序列扩频通信抗敌意干扰的性能， 并综述和分析了提高系统抗干扰性能的干扰抑制技术。 关键词：直接序列扩频通信；抗干扰；处理增益；军事通信 中图分类号：TN914．42 Capability and Improvement of Anti——Interference in Spread——Spectrum Communication System Xiang Chunqing Hu Xiulin (Electronics and Infommtion Department of HU I、，Wuhan 430074) Abstract：This paper sungllarizm the conllnoli(Jp )Sing interference in direct—sequence spread—spectrum communication sys— tem，and its anti— interference opposing performance is accounted according to the theory mode1．Finally，the r~tmin— interfer— ence technology used in improving the anti— interference perfomaance of the system is sunmmrized and analysed． Key、v0Hls：direct sequence spread—spectrum ccmmmnication；anti— interference；disposal gain；minitary communication Class nunlber：TN914．42 1 引言 军事通信除了要经受 自然干扰(如大气噪声、 宇宙噪声)和无意的人为干扰(如工业干扰 、邻台干 扰)外，还必须准备遭受敌方的有意干扰。21世纪 信息战的战场电磁环境对无线通信的抗于扰性能 提出了更高的要求。因此通信抗干扰的研究愈演 愈烈。扩频通信具有优越的隐蔽性能和抗干扰性 能，近年来得到了广泛的研究和应用 。本文主要分 析了对直接序列扩频通信抗敌意干扰的性能，并研 究了提高系统抗干扰性能的干扰抑制技术。 2 直接序列扩频通信的干扰分析 对直接序列扩频通信的敌意干扰主要有单频 干扰或多频干扰 、均匀频潜宽带干扰 、波形瞄准式 干扰 、相关干扰及中继转发式干扰等干扰体制。 2．I单频干扰及多频干扰 强功率的单频干扰 、多频干扰 ，当干扰频率落 收稿日期：2003年 5月20日，修回日期：2003年 9月4日 入直扩信号的很宽的频带内时，可对各直扩通信实 施有效干扰。单频或多频干扰无需掌握敌方直扩 通信的伪码序列和伪码序列的类型，也无需掌握信 号伪码速率等技术 参数 转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应 ，仅需基本掌握敌方直扩通 信的中心频率，因而单频或多频干扰技术在技术上 最易实现。它仅需使干扰载频瞄准信号的中心频 率，既使干扰和信号的载频稍有差异，其干扰效能 也无明显降低。但单频干扰的压制系数大于相关 干扰，为达到有效干扰，它所需的干扰功率要大。 2．2均匀频谱宽带干扰 均匀频谱宽带干扰属全面拦阻式干扰。在频 域上，在干扰频宽内呈均匀的干扰频谱 ，对各信道 的直扩通信(不论其载频是否相同，不论其伪码速 率和伪码序列长度是否相同)实施 同等强度的有效 干扰。是目前对各信道的直扩通信的载频分散、甚 至伪码序列类型不同、伪码速率不同时的唯一有效 的拦阻式干扰。而且．对直扩通信、跳频通信、组合 扩频通信等都能干扰。 2．3波形瞄准式干扰 波形瞄准式干扰是用欲干扰的某特定信道的 维普资讯 http://www.cqvip.com 向春清等：扩频通信的抗干扰能力及其改进 总第 140期 直扩通信伪码序列图案调制的干扰，去干扰该信道 直扩通信信号。在频域上 ，干扰瞄准信号的载频和 频宽重合；在时域上，干扰和信号的伪码速率相同， 伪码序列图案相同，即时域波形相同。在对直扩通 信信号进行波形瞄准式干扰时，除了要确切掌握与 干扰信道的载频、伪码速率、伪码序列图案、同步方 式等技术参数外，还要确切知道敌方开始通信的时 间，这是极难做到的。同时，直扩通信为减少假同 步的概率 ，采用了自相关性能 良好的伪码序列 ，只 有当干扰伪码序列和接收机 的伪码序列相同且同 步，才能具有和信号同样的扩频处理增益，产生明 显的干扰。若干扰和接收的伪码序列不同步，即使 干扰电平等于信号电平，也无法实施有效干扰。 2．4相关干扰 相关干扰采用伪码调制的干扰体制，实施相关 干扰时应使干扰载频接近信号中心频率，干扰的伪 码速率和信号伪码速率接近，干扰的伪码序列和信 号的伪码序列间互相关程度尽量大 ，以此增强干扰 的效果。因为相关干扰的伪码序列和某种序列的 直扩通信电台的各个伪码序列相关，所以它可以对 这种序列的各个直扩通信实施干扰。当这种序列 的多个信道直扩通信在同一地域、同一载频实现码 分多址通信时，单部干扰机采用这种相关干扰，不 仅可有效的干扰某特定信道的直扩通信，还可同时 对所有这些直扩通信实施拦阻式干扰。为实施最 佳相关干扰 ，要求干扰伪码序列与信号伪码序列能 产生最大互相关值。序列的互相关性越大 ，经相关 接收集中于信号中心频率处的干扰能量就越多，通 过窄带滤波器的干扰能量也越多。 2．5中继转发式干扰 中继转发式干扰是将通信信号接收下来，经处 理后再发射出去，从而破坏对方的通信。因为中继 转发式干扰属于与信号具有相同扩频编码的干扰， 最佳的干扰效果是干扰的扩频码序列与通信使用 的扩频码序列在相位上完全一致。 3 直接序列扩频系统的抗干扰能力 通常在衡量扩展频谱系统抗干扰能力优劣时 ， 我们引入“处理增益”Gp的概念来描述⋯，其定义 为接收机解扩器输出信噪功率比与接收机输入信 噪功率比。即： 一 箍出值噬 室 一 量 ] u p一输入信噪功率比一[S ]； 它 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示经扩频接收系统处理后，使信号增强的同时 抑制输入接收机的干扰信号能力的大小，越大，则 抗干扰能力越强。因此，讨 论扩频 系统抗干扰 能 力，就要分析它的处理增益。换句话说 ，处理增益 的物理意义表明采用扩展频谱技术后，该系统接收 信号的信噪比在相关处理后与相关处理前的差异。 3．1扩频码的功率谱密度 扩频系统中使用的是二进制等概率的伪随机 码。当码序列周期 L足够长 ，“1”和“一1”出现的 概率近似相等。设每个码元宽度为 Tc，振幅为 1， 可求得扩频信号 k(t)自相关函数 Rk(r)和功率谱 密度 Sk(∞)为： ， f 0 >To Rk(r) 1卜 ≤ (∞)=Tc[Sa(c皿 ／2)] 扩频信号的带宽为B：Rc(Fh)，(其中R=1亿 为 扩频码的速率)。设经射频调制后的信号为：f(t)=k (t)oos(t~0t+‘I})，它的功率谱密度 Sf(∞)为： Sf(∞)=1／4[SIc(∞+ )+SIc(∞一 )] = 丢Tc{[sa( 专 )] +[sa( )] } 由此可知，f(t)的带宽为 2R~Hz。 3．2扩频接收机模型 扩频接收机模型如图 1所示。 没接收信号为S(t)= 2Sk(t)m(t)COS(Co0t+‘I})，k (t)为直扩调制随机码，m(t)为信息码，S为归一化 信号功率。W。为发端信号的载波角频率。接收 带通滤波器带宽 Bk=21％。h(t)=2Kl(t)coso~lt是 收端产生的本地信号，k(t)、m(t)及kl(t)的幅值均 为 1。当接受机正确接收时 ，Tl=Tc(Tl为本地随 机码码元宽度)，kl(t)=k(t)，即码型相同，且完全 同步。这时，乘法器输出为： 甘 宙 I筮生器I’- L L一-J 相关器 图1 扩频接收机模型图 r(t)=S(t)2kl(t)COSeOlt = v／~m(t)·{[cos(c咖+∞1)t+‘l}] +[O0s((咖一∞i)t+ ]} 维普资讯 http://www.cqvip.com 2004年第 2期 舰 船 电 子 工 程 61 通过中频带通滤 波器后 ，取 出差频 分量 d(t)= m(t)[cos(mo—CO1)t+tfJ]，设 (U2：coo一(Ul为中 频滤波器中心频率，带宽 Bm(Hz)为 d(t)的带宽， 它等于 1TI(t)码元速率 r的二倍 ，信号 d(t)功率仍 为S。设接收机同时还收到其它无用信号，通过接 收滤波器后为 i(t)，经乘法器输出为： g(t)=i(t)2Kl(t)cOS(I，lt 3．3抗单频正弦干扰和多频干扰 设单频正弦干扰为： i(t)= COStJOit (I为 i(t)信号的功率) 乘法器的输出为 ： g(t)= 2IKl(t)[cos(i+山1)t COS(i一山1)t] 令 = 一山l，若 正好落人中频滤波器 的 通带 B 内就会形成干扰 ，g(t)中的差频分量为 ： gl(t)=√2IKl(t)cos(mi一山1)t 其功率谱为： rf．(山+ )Tk] ， 、 1 1 I n—■ — I Sg 。(山) Tc’l l_ i L【 。 J 门≤吉Tc 扩频系统的处理增益为 ： G Ni I = 多频干扰可以看作单频干扰的组合，若多频干扰频 率数为 L，则功率谱密度为 L· (山)，扩频处理增 益为 ： Gp≥ ：宰 处理增益不变，但由于干扰信号总功率增大，接收 机中频滤波器输出的干扰功率也增大。 3．4抗平稳随机过程的干扰 设接收到的均匀频谱宽带干扰为 ： N(t)=n(t)ej( ，其中 n(t)是独立的，均值 为0的带限平稳随机过程，其功率为：P =l (f)df，进入接收机后，从中频滤波器的输出为： VN(t)：l h(t—a)。N(a)2Kl(a—r)cos(oladQ 输出噪声功率为 ：N(】≤Pn‘丧 处理增益为：G= So／No = ≥宰 可见，直接序列扩频通信对各种人为干扰都有较强 的干扰能力，近似为 Rc／r。至于与扩频信号本身 的扩频码序列和相位、载频频率和相位完全相同的 扩频信号干扰，虽然系统无处理增益，但敌方也很 难做到。 3．5抗其它扩频信号干扰 上节中波形扫描式干扰 、中继转发式干扰和相 关干扰都属于扩频信号的干扰，只是在扩频码序列 与接收端解扩的码序列的相同与否、序列同步的精 确与否上存在差别。设干扰扩频信号 i(t)为：i(t) = ~／2IK (t)cosm0t 其中K (t)为其他扩频调制信号，并设 Tf为干 扰扩频信号的码元宽度，并且 Tr=Tc 乘法器输出为： g(t)= 2IKl(t)K (t)[cosGol+cl】0)t +COS(山1一(|】0)t] (1) 当式(1)中Kl(t)=K，(t)，col=mo时，即干扰与扩 频通信信号载波同步、扩频码相同且同步的情况 下 ，g(t)= 2I，处理增益为：Gp=Ni／No=1 这就为波形瞄准式和中继转发式干扰的最佳情况， 此时直扩系统无处理增益。然而 ，要真正做到上述 严格的“瞄准”也非常困难。对一般相关干扰，若式 (1)中的差频分量 ： KI(t)K (t)[o。s(∞I一 )t]落人中频带通滤波 器，设 Kl(t)K (t)的自相关函数为Rl (r)，功率谱 密度为s1 (山)，Kl(t)与 K (t)之间统计独立。自 相关函数为： RIr㈤：E【她{ KI(t)Kr(t)Kl(t+r) +r)dt] I r 觌{ ElKI(t)Kr(t)Kl(t+r)Kr(t+r)]dt 1 r =Jim{l 2T E[Kl(t)Kl(t+r)]E[王(r(t)Kr(t+r)]dt 一 若两扩频码相位相同时 ， 、 f1～ ／]r1 ≤T1 R !r(r) 1 0 >T1 Si r(山)_Tl『SiI1 辟 1 因而若两扩频码的相位不 同，设相位差为 v0，为不 失一般性 ，设 I v0I≤TI／2， f 1—2 厂r】 ≤J r0 J R1 (r)：_{1一{rI+i Vo{厂r I VoIT1一I Vo I 因而 S，(山)为： 2 S 一 f ．． ．． ．．．．．．．，．．．．． ．．．．．．，．．．．．． ● 【 维普资讯 http://www.cqvip.com 向春清等：扩频通信的抗干扰能力及其改进 总第 140期 ㈤ r-z[ ] 。 [ 『} 其峰值为{{I vo l +(Tl—I vo I) } 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 滤波器的滤波特性 ，此方法在很大程 度上改善 了不加窗 FFT处理带来 的频 谱泄漏 问 题。 基于变换域的另一种 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 是采用小波变换以 及相应的滤波器组来实现变换域滤波 ，一种抑制噪 声的方法是利用正交镜像滤波器(quandrature lnir— ror filter，QMF)组所构成的二进子带分解树型结 构来实现离散小波变换或离散小波包变换。TaZe— bay等介绍了一种新的变换域抗干扰算法——自 适应时频去噪声器(ATF)，该算法可以针对不同的 输入信号产生不同层次结构的子带分解树，每一次 分解采用两个子带或三个子带的原形 FIR滤波器 组。在子带分解树的形成过程中，只有当一个节点 上的变换域能量 的紧密度超过时域 的紧密度以及 一 个预先给定的阈值时，该节点才会被继续分解 ， 因此该算法避免了不必要的分解，大大减少了加法 和乘法的计算量。同具有固定结构的滤波器相 比， ATF的一个最具有发展前景的突破在于它可以 自 适应地改变子带滤波器组的层次结构，减少了变换 域的分割并能更准确地定位干扰信号的频域分布， 因而减少了对干扰的敏感程度 ，是一种稳健的抑制 干扰的技术。 变换域抗干扰方法由于具有许多优点，被认为 是一种极具潜力的抗干扰策略，在时域很复杂的滤 波过程可以在频域通过简单的相乘来完成 ，而且时 域无法实现的理想的滤波器传递函数 ，如矩形滤波 器等，也可以很方便地在频域实现。在扩频通信领 域 ．变换域处理技术可以有效的抑制干扰。 4．3．3码辅 助技 术 多用户检测技 术可抑制数字窄带干扰 ，Vin— cent Poor H等提出了一种称为码辅助技术(code— aided teconiques)的数字窄带干扰抑制方法。并提 出固定的和自适应的 MMSE检测器 ，其性能优于 预测技术。这是因为预测技术仅利用了窄带干扰 的可预测性 ，而码辅助技术不仅利用了窄带干扰的 可预测性 ，还利用了扩频信号的可预测性(通过抑 制的扩展码)。 4．3．4自适应模糊窄带干扰抑制技术 一 个 Sugeno模糊推理系统可以从任意精度上 一 致逼近任意定义在致密集上的非线性函数，因此 具有反向传播学习算法的模糊推理系统可以作为 任意非线性动态系统的辨识器 ，进而组成非线性 自 适应滤波器。自适应模糊窄带干扰抑制器或 自适 应线性增强器(AI )可以解决非线性技术所面临 的问题，尤其是对非常窄的干扰。无论信噪比是多 大，这种方法对窄带干扰的抑制能力都优于所有其 它的非线性方法。模糊 自适应线性增强器还可 以 加快捕获时间，更适合于非固定信道。自适应模糊 窄带干扰抑制技术是一个研究方向。 5 结束语 直接序列扩展频谱通信系统 (下转第 68页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 68 王改娣：鱼雷跟踪目标深度起伏机理分析及全弹道数学仿真研究 总第 140期 还完成了两个数学仿真试验，其结果体现在每组数 学仿真曲线 中即：虚线表示鱼雷跟踪声学 目标角 ， 实线表示鱼雷跟踪几何目标角。 (1)仿真条件 1 设定搜索深度 ：一38m；目标深度：一35m； 下限深度：一50m；上限深度 ：一15m； 浅水域。 仿真结果曲线见图 1： O ‘‘。 舶 ＼ 呈铷 i -Target 瑚 鼬 一 图 1 浅水域数学仿真深度跟踪弹道曲线 (2)仿真条件 2 搜索深度 ：一84m； 目标深度 ：一70m 上限深度 ：一15m； 下限深度 ：一105m； 初始上限深度 ：一30m；深水域。 仿真结果曲线见图 2： 0 ． ＼ 书 至 柚 一 一 一 "arget 柚 图2 深水域数学仿真深度跟踪弹道曲线 从图 1和图 2中实线表示的鱼雷跟踪几何目 (上接第63页) 具有较强的抗干扰能力，是军 事通信使用中可采用的一种优良的抗干扰通信体 制。但当敌方干扰使得超出扩频接收机的干扰容 限时，必须采用干扰抑制技术。近年来，民用扩频 技术的应用和扩频抗干扰技术的研究和发展给军 事通信提供了宝贵的经验，根据实际通信信道的特 点和敌方干扰 的水平，合理选用扩频抗干扰方案， 必将大大提高我军抗干扰通信的水平。 参 考 文 献 [1]查光明，熊贤祚．扩频通信[M]．西安电子科技大学 标角曲线可以看出，鱼雷直线跟踪命中目标，这与 实际情况不符。而从虚线可以看出，不管是浅水域 还是深水域 ，鱼雷跟踪声学 目标角时均产生了深度 起伏现象 ，而且浅海域 比深海域深度起伏尤为明 显。其中，图 1中深度起伏使鱼雷在命中目标前， 两次到达上限深度、两次到达下限深；图 2中深度 起伏使鱼雷在命中目标前，一次上爬接近上限深 度。虚线表示的仿真结果与相同条件下的实航结 果十分接近，由此证明，鱼雷在水中是沿着等效声 线跟踪目标的。 5 结论 本文通过对鱼雷跟踪 目标过程中的深度起伏 现象进行理论分析，给出了等效声线的建模方法， 并进行了鱼雷全弹道数学仿真 ，得到了与实 情况 基本相符的深度跟踪弹道仿真结果，验证了理论分 析的正确性 ，并得出以下几点 ： (1)鱼雷在跟踪目标过程中，由于声线弯曲，可 能向上跟踪，也可能向下跟踪 ，所以，出现深度起伏 跟踪属于正常现象； (2)正常情况下 ，鱼雷到达上限或下限(对于操 雷)只可能发生在深度平面的跟踪弹道段 ； (3)鱼雷跟踪 目标时，到达上限或下限的控制 不影响鱼雷再次发现目标和跟踪。 参 考 文 献 [1][美]R．J．尤立克著．水声原理[M]．哈尔滨船舶工 程学院出版社，1990 [2]第七 0五所编译．水声建模[C]．1995 出版社 ，1990．12 [2]朱近康．CDMA通信技术[M]．北京人民邮电出版 社 。2001．9 [3]孙鹏勇，直接序列扩频通信系统处理增益的分析 [J]．辽宁工程技术大学学报(自然科学版)．2000，19(2)： 159—161 [4]葛利嘉，甘仲民．自适应天线的新技术及其在军事 通信中的应用 [5]陈岩，安建平，罗伟雄．扩频通信抗窄带干扰技术 [J]．系统工程与电子技术．2003，25(2)：147—153 维普资讯 http://www.cqvip.com