超短波跳频通信抗跟踪式干扰性能分析

杨 明，陈 静

(中国人民解放军91404部队，河北秦皇岛066001)

0 引言

抗干扰是军事通信的根本要求。超短波跳频通信具有良好的抗干扰性、组网能力和低截获概率，是目前通信抗干扰领域应用范围最广的一种通信方式。超短波跳频通信抗干扰性能的分析研究，对指导超短波跳频通信装备建设、提高部队的战斗力具有十分重要的意义。

国际上用于干扰跳频通信的干扰方式主要有:跟踪式干扰、宽带阻塞式干扰和梳状干扰等，其中对付跳频通信最有效的干扰是跟踪式干扰［1，2］。跟踪干扰方式的各种参数中，涉及干扰驻留时间(占空比)和跟踪概率对超短波跳频通信的影响分析的相关资料很少。本文重点研究跟踪干扰方式中干扰驻留时间(占空比)和跟踪概率等参数对超短波跳频通信性能的影响，通过理论分析与建立仿真模型，得到了干信比、干扰驻留时间(占空比)、跟踪概率与误码率的关系曲线，为超短波跳频通信抗跟踪式干扰测试与应用提供了理论参考。

1 跳频系统原理

跳频通信是扩展频谱通信的一个分支，其基本原理是:发送端信息码序列与伪随机序列调制后，按照不同的跳频图案或者指令去控制频率合成器，使其输出的频率在信道里随机跳跃变化。在接收端首先需要对输入信号进行解调，必须有与发送端相同的本地伪码序列发生器构成的跳频指令去控制频率合成器，使其输出的跳频信号能在混频器中与接收到的跳频信号差出一个中频信号来，经过中频放大以及中频带通滤波后，送到数字信息解调器恢复出原信息［3，4］。跳频通信系统的原理框图如图1所示。

图1 跳频通信系统原理

2 跳频通信抗跟踪式干扰性能分析

跳频通信发送端使用伪随机码控制载频随机变化，在接收端用与发端相同的伪随机码控制本地频率合成器产生的频率，使之与发端的载频同步跳变，混频后使之进入中频频带内。对于干扰信号，由于不知道通信方的频率变换规律，就不可能准确地实施干扰。由此可见，跳频系统通过主动、随机变换频率的方式实现规避干扰。

对跳频通信的跟踪式干扰是指干扰信号能跟踪跳频通信信号的跳变，干扰信号的瞬时频谱较窄，只要能覆盖跳频通信的瞬时频谱即可，是最节省功率的一种干扰方式。跟踪式干扰的特点是干扰机具有极强的实时处理能力，能够在很短的时间里完成对敌方电台信号频率的侦察捕获、分析，确定干扰对象，引导干扰机瞄准通信信号频率发射干扰。下面主要从跟踪干扰来分析跳频通信系统的抗干扰能力。

2.1 干扰椭圆分析

由于对跳频信号的截获、分选、分析和发射干扰信号需要一定的时间，所以跟踪式干扰只能对每跳信号的部分时间实施干扰。跟踪式干扰在干扰跳频目标时，必须使干扰信号在跳频信号驻留期间到达敌方接收机并且干扰信号应具有最佳干扰形式。因此，有效的干扰区域与发射机、接收机、干扰机之间的距离相关。在通信过程中，干扰机能起到有效干扰，除满足一定的功率要求外，干扰机的位置应满足的条件［5，6］示意如图 2 所示。

图2 干扰椭圆示意

要实现跟踪干扰，必须满足:

式中，Tj为干扰机的反应时间(含侦察引导和转发);d1为发射机与干扰机距离;d2为干扰机与接收机距离;L为接收机与发射机距离;Th为跳频周期;V为电磁波传播速度。整理后为:

式(2)取等号时，图1变成一个以发射机、接收机为焦点的椭圆，称为干扰椭圆。只有干扰机在干扰椭圆内，跟踪干扰才可能有效。发射机、接收机之间距离越短，干扰椭圆越小，则干扰机可选择的工作区域越小，抗跟踪干扰的能力就越强。所以要尽可能地减小跳频网中两两电台之间的距离以及增大跳频电台与干扰阵地之间的距离，并且以干扰椭圆短半轴方向指向干扰方位置［5］。

2.2 干扰驻留时间(占空比)、跟踪概率与误码率的关系

除了地理位置以外，跳频通信抗跟踪式干扰能力主要与跳频速率、频率数量、组网能力、跳频图案和跳频密钥等因素有关，较大的跳频处理增益有利于提高抗跟踪干扰能力。对跟踪式干扰的跳频处理增益为［7，8］:

式中，TH为跳频驻留时间;Tt为频率跟踪时间。此时跳频通信的干扰容限为:

干扰驻留时间(占空比)为每一跳里干扰时间与跳频驻留时间的比值。在跟踪式干扰中，跳频速率越高，则跳频驻留时间越短，频率跟踪占用时间的比例越大，有效干扰时间就越短，即干扰驻留时间越小，抗跟踪式干扰的能力越强。

跳频干扰跟踪概率为被干扰的跳频频率数与总跳数的比值。在干扰过程中，跟踪概率越大，说明干扰机跟踪干扰上的跳频频点越多，在其他条件满足的情况下，误码率会越大。跳频频率数越多，则干扰方对跳频信号的侦察越难，干扰跟踪概率就越小，并且干扰机需要更大的干扰带宽。如果跳频带宽超过了干扰机的干扰带宽，即使跟踪速度足够快，也实现不了有效的跟踪干扰［3］。因此通过增加跳频频率数，能够增加跟踪式干扰分选信号的难度，这样即使跳频速率低于干扰机的跟踪速率，也能有效地对抗跟踪式干扰［9］。

3 仿真设计与结果分析

在跟踪干扰方式下，利用Matlab对超短波跳频通信进行了仿真。根据超短波跳频通信抗跟踪式干扰的机理，对影响通信效果的主要干扰参数变化与误码率间的关系进行了仿真分析，包括干信比、干扰驻留时间和干扰跟踪概率等参数，得到相应的仿真曲线图。仿真中假设已经同步［10］。

仿真参数如下:取典型跳速500 Hop/s，每一跳信号的调制方式为2FSK，带宽为30 kHz，跳频频率集为256个频率点，跳频信号覆盖的总带宽为8 MHz。跳频序列由m序列加按位变换算法产生，信道特性采用加性高斯白噪声信道模型［11］。

跟踪式干扰情况下跳频信号的时频分布如图3所示［12］。

图3 跟踪式干扰情况下跳频信号的时频分布

3.1 不同干信比条件下的误码率分析

当每一跳干扰带宽为40 kHz、干扰驻留时间为0．5、干扰样式为GMSK、干扰跟踪概率为100%时，干信比由－10～15 dB变化，超短波跳频通信的误码率分布情况如图4所示。

图4 不同干信比下的误码率分布

由于干扰条件下关注的误码率的值较大，在此用误码数与全部码数的比值表示误码率。从图中可以看出，干信比与误码率之间总体上为正比关系，即干信比越大，则超短波跳频通信的误码率越大。

从上述分析可得，在跟踪式干扰中，干信比对超短波跳频通信的影响大，而且干信比不需要很大就能使通信无法进行。在实际的数字通信中，对误码率的要求随通信内容不同而不一致，一般在误码率值为0．1时可认为通信内容已不可信，即通信失败，对应的干信比在－3 dB左右。

3.2 不同干扰跟踪概率条件下的误码率分析

当干信比为0 dB、每一跳干扰带宽为40 kHz、干扰驻留时间为0．5、干扰样式为GMSK、干扰跟踪频率偏差为0 kHz时，干扰跟踪概率在5% ～100%变化，其误码率分布如图5所示。

图5 不同干扰跟踪概率条件下的误码率分布

从图5中可以看出，干扰跟踪概率与误码率之间总体上为正反比关系，即干扰跟踪概率越大，则超短波跳频通信的误码率也越大。图中误码率值为0.1时对应的干扰跟踪概率为25%左右。

3.3 不同干扰驻留时间条件下的误码率分析

当干信比为0 dB、每一跳干扰带宽为40 kHz、干扰跟踪频率偏差为 0 kHz、干扰跟踪概率为100%、干扰样式为GMSK时，干扰驻留时间在0．1～0．9变化，其误码率分布如图6所示。

图6 不同干扰驻留时间条件下的误码率分布

从图6中可以看出，干扰驻留时间与误码率之间总体上为正比关系，即干扰驻留时间越大，则超短波跳频通信的误码率也越大。图中误码率值为0．1时对应的干扰驻留时间为0．25左右。

4 结束语

从仿真结果可以看出，干信比、干扰驻留时间、干扰概率对跟踪式干扰的影响程度各不相同，仿真结果为实际的抗跟踪干扰测试提供了理论参考。另外，仿真结果与理论分析结果在总体趋势上是一致的，跳频通信要抵御跟踪式干扰要从跳速、频率数量和功率等方面进行综合考虑，同时根据干扰椭圆的设置，采取一定的技战术措施来抗跟踪式干扰。仿真得到的干扰驻留时间(占空比)、跟踪概率与误码率关系曲线，深化了不同跟踪式干扰参数对跳频通信的影响研究，为测试、评估超短波跳频通信系统的抗干扰能力提供技术支撑，为今后跳频通信装备的抗干扰试验提供评估指导。

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