基于TDC的无人机数据链抗干扰技术研究

摘要： 由于扩频等传统方法抗干扰性能的局限性，目前对无人机数据网络中使用的无人机数据网络抗干扰方法进行了研究，在研究通信基本原理的基础上，提出了基于场切换（TDC）的方法，结合无人机数据链的特点，建立了基于TDC的无人机数据系统发射机和接收机模型，仿真结果与传统直接扩频系统在窄带干扰下的误码特性进行了比较，认为基于TDC的数据系统比传统直接扩频系统具有更高的性能。研究表明，基于TDC的数据系统可以改造无人机数据链抗干扰技术可以有效提高数据链路的抗干扰能力。

关键词：无人机;数据链;变换域通信;抗干扰;

1变换域通信基本原理

TDC的主要思想是在收发器两端联合设计波形，发射机只将信号能量分配到未受干扰的频段，接收机只接收带有信号能量的频谱，以有效避免干扰。TDC的主要功能模块包括电磁环境采样、环境频谱估计、基函数幅度谱整形、随机相位产生、时域基函数逆变器的产生和存储。对于其它变换技术，TDC的原理框架基本不变，只有变换模块所采用的变换技术才需要被相应的变换技术所取代。

首先，发射机在给定的频带内对电磁环境进行动态采样，并在变换域内估计采样信号的频谱以定位干扰频谱。通过阈值处理去除干扰谱，得到纯幅谱矢量a'（w）。如果频点振幅值超过设定的阈值，则将频点振幅值设置为0，反之亦然，设置为1，以获得由0或1组成的光谱振幅矢量A‘（w），如方程式（1）所示。

其中，A属于（0，1），表示系统带宽中的第i频率点的振幅值。通过定量地将相位映射器产生的相同长度（w）与复随机相位矢量Eq（W）相乘，获得B（W），并且具有噪声等特性。接着，调整振幅以确保发射功率，如式（2）所示获得基函数的频域形式B（W），C是幅度调整系数。

然后进行ifft运算，得到基函数的时域波形序列b（n）并存储，基函数可以看作是多个子载波的叠加，其初始相位在相位空间中随机分布。采用基本功能对数据进行调制，并将数据传输到射频终端进行传输，TDC的调制方法包括二进制调制（bcsk）、循环移位键控（csk）等。

在解调之前必须进行采集、检测和同步。同步捕获可以使用与时间直接相关的技术。

2基于TDC的无人机数据链

TDC中基本函数的发生器部分的功能与传统通信系统中载波发生器部分的功能相似，在TDC系統中，m序列主要不是用于扩频，而是用于产生随机相位。将TDC应用于无人机数据链路时，需要用TDC的基本功能生成模块代替传统数据链路通信系统中的载波生成模块，去除扩频和扩频部分。

在干扰环境的频谱估计部分，宽带射频前端接收来自宽带天线的信号并进行预滤波以选择所需的带宽，使用低噪声放大器放大有用信号并执行频谱估计（psd）。高速adc采样后，通过幅度谱整形获得未扰动的谱矢量，相位映射后，将生成的m序列（或其它伪随机序列）定量乘以幅度谱矢量。然后通过调整ifft和幅度缓冲器，对要传输的数据进行二进制循环移位键控（bcsk）调制。它通过数字上变频和DAC传输到射频终端和天线，局部干扰频谱的估计与发射机的部分相同，在随机相位映射时，正确解调需要一个同步信号，在射频前端接收到的信号通过adc和ddc与共轭局部基函数相连，然后通过积分和判决获得接收数据。

3系统抗干扰性能仿真

系统仿真条件及相关参数：信道条件为加性高斯白噪声信道。通过与传统的直接序列扩频系统在相同条件下的抗干扰性能比较，验证了基于TDC的数据链路通信系统的抗干扰性能。扩频系统仿真采用常用的直接序列扩频系统，调制方式为BPSK。在变换域通信中，干扰功率谱估计方法。IFFT长度n为512，在基函数幅度成形中，干扰阈值设置为最大谱估计值的40%，调制方式为BCSK，窄带干扰频率占信号频率的10%，幅值为1，干扰信号比（j/s）从0到16 dB不等。根据参考文献[8]，当使用BCSK调制时，理论误码率为：

式中，Eb/N0为接收机输人端信噪比。

显示了基于TDC的数据链路通信系统与传统DS-SS系统在窄带干扰误码率方面的仿真结果和性能比较。仿真结果表明，基于TDC的数据链路通信系统的窄带抗干扰性能优于传统的扩频系统。

4、无人机数据链系统信号特点及抗干扰技术分析

4.1 实时选择技术

在实时频率选择系统中，干扰级别的大小通常用作选择速率的一个重要因素。因此，实时频率选择系统提供的高质量频率实际上可以避免干扰，并在良好的传输条件下在通道上操作系统，而不受干扰或干扰。近年来兴起的自适应通信系统还具有"自动通道切换"功能。换句话说，通信系统在发生严重干扰时通过切换通道来响应。

4.2 自适应抗干扰技术网络

高适应性意味着高频通信系统能够适应通信条件的变化。高频通信系统有多种自适应类型。例如，自适应功率适应、速率适应、分流适应、自适应均衡、自适应天线等。然而，提高无线电通信质量和改善接入的最有效方法是选择频率并实时更改频率。确保通信线路始终在传播条件较弱的噪声通道上运行。

4.3 高速跳频技术

跳频通信解决了传统无线通信的不足，以恒定的规律性和速度在恒定的无线电传输频率上来回跳跃。从抗干扰通信的角度来看，跳频通信是一种相当随机的跳跃，可以避免干扰、抵抗干扰、消除接收通道外的干扰、避免敌方电台的干扰。

5、结束语

本文在研究变换域通信技术基本原理的基础上，结合无人机数据链的特点，给出了基于TDC的无人机数据链系统发射机模型和接收机模型，并通过仿真与常规直接序列扩频系统在窄带干扰中的误码率性能比较，结果表明基于TDC的数据链通信系统可有效对抗窄带干扰。在此仿真验证的基础上，下一步研究工作将是基于软件无线电平台研究基于TDC的数据链通信系统的实现方法及其实验验证。变换域通信技术作为一种很有潜力的认知无线电候选技术，为提高无人机数据链抗干扰能力提供了新的思路。

参考文献：

[1] 魏瑞轩，李学仁.无人机系统及作战使用[ M].北京：国防工业出版社，2009.

[2]何智青 ，任辉.变换域通信系统动态仿真平台设计与系统研究[J].系统仿真学报，2004，16（4） ：692 -695.口

作者简介：

石润（1989.12-）男，汉族，籍贯-湖北当阳，大学本科学历，工程师，研究方向—电子对抗