（通信与信息系统专业论文）直扩通信系统的干扰效能评估与仿真.pdf

摘要 摘要 扩频通信作为新型的通信方式，以其优良的多址接入、低截获概率特性、抗 干扰特性和强保密性被广泛应用于军事通信、测距与精确定位。为取得现代电子 战的胜利，对扩频通信的有效干扰成为关键。因此，研究直接序列扩频通信干扰 效能具有重要的现实意义。 本论文以直接序列扩频技术为基础，深入研究了几种不同的干扰形式，并对 其进行干扰效能评估和仿真。本论文包括三部分主要内容：1 直扩通信系统的建 模与仿真。2 大功率单干扰源干扰效能评估与仿真。3 分布式干扰效能评估与仿真。 第一部分详细研究了直扩通信系统的工作原理和性能，对影响直扩系统性能 最重要的扩频码进行介绍与性能分析。为结合直扩通信系统的有效干扰研究工作， 建立了直扩系统从信号的调制产生，信道传输、信号同步解扩解调和误码率统计 的全过程仿真系统。在高斯白噪声干扰下，我们进行误码率仿真实验，将仿真结 果与理论结果相比较，证明了仿真模型的正确性。 第二部分重点研究了常规大功率单干扰源的干扰效能。在对常用干扰方式进 行分类、概括性总结及特点分析的基础上，深入研究了直扩通信系统压制式干扰 效能，并通过理论分析和详细推证，得到了宽带噪声信号最佳干扰带宽和单频信 号最佳干扰频率。与此同时，本文对随机二元码调制信号、线性调频信号、噪声 调幅信号、噪声调频信号和噪声调相信号五种主要干扰信号进行建模，通过仿真 实验比较了它们在不同干扰带宽或不同干扰频率下的干扰效能。结合理论推导和 仿真实验结果，分析了不同情况下的干扰策略及其所需条件。 第三部分重点研究了直扩通信系统分布式干扰效能。从干扰方程出发，分析 了分布式干扰由于干扰距离小而带来的低功率要求，并且详细推导了分布式干扰 合成功率的大小。通过比较随机二元码调制信号、线性调频信号和噪声调频信号 三种信号形式在四种情况下的仿真实验结果，得到分布式干扰效能及不同情况下 相应的干扰策略。最后，本文分析了分布式干扰应用设备的关键技术、实旌和作 战使用方法。 关键字：直接序列扩频通信系统，晟佳干扰，分布式干扰，系统仿真 a b s t r a c t a b s t r a c t a san e wc o m m u n i c a t i o nm o d e ，t h es p r e a ds p e c t r u mc o m m u n i c a t i o n sa r ew i d e l y u s e di nm i l i t a r yc o m m u n i c a t i o n ，d i s t a n c ef i n d i n ga n dp r e c i s ep o s i t i o n ，b e c a u s eo fi t s w e l lm u l t i a d d r e s sa c c e s s ，l o w l y c a p t u r ep r o b a b i l i t y , t h ee x c e l l e n tp e r f o r m a n c eo f a n t i - i n t e r f e r e n c ea n d s e c r e c y t h es p r e a ds p e c t r u mc o m m u n i c a t i o n sa v a i l a b l y j a m m i n gb e c o m e st h ek e yt og e tt h ee l e c t r o n i cw a r sv i c t o r y , s oi t i sv e r yi m p o r t a n tt o r e s e a r c ht h ee f f e c t i v e n e s so f j a m m i n ga n di n t e r f e r e n c er e f e r r e dt ot h ed i r e c ts e q u e n c e s p r e a ds p e c t r u m ( d s s s ) c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ， b a s e do nd s - s st e c h n o l o g y , t h i sm a s t e rd i s s e r t a t i o np r o f o u n d l ys t u d i e sm a n y k i n d so fd i f f e r e n tj a n u n i n gs i g n a l s ，e v a l u a t e st h ee f f e c t i v e n e s so ft h e ma n dm a k e s s i m u l a t i o n t h em a i nw o r ki n c l u d e st h r e ep a r t s ：1 t h em o d e l i n ga n ds i n m l a t i o no ft h e d s s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，2 t h ee v a l u a t i o na n ds i m u l a t i o no fh i g hp o w e rs i n g l e j a m m i n g se f f e c t i v e n e s s 3 t h ee v a l u a t i o na n ds i m u l a t i o no fl o wp o w e rd i s t r i b u t e d j a m m i n g se f f e c t i v e n e s s i nt h ef i r s tp a r t ，t h ed s - s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m so p e r a t i n gp r i n c i p l ea n di t s p e r f 0 1 t n a n c ea r es t u d i e d ，p ns e q u e n c ew h i c hi st h em o s tf a c t o rt ot h ed s s s c o m m u n i c a t i o ns y s t e m sp e r f o r m a n c ei si n t r o d u c e da n da n a l y z e d i no r d e rt oc o m b i n e t h es t u d yo ft h ed s s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m sa v a i l a b l yj a m m i n g ，t h ew h o l ed s - s s c o m m u n i c a t i o ns y s t e mi sm o d e l e da n ds i m u l a t e d ，i n c l u d i n gt h em o d u l a t i o no ft h e d s - s ss i g n a l ，c h a n n e lt r a n s m i s s i o n ，s y n c h r o n a ld e m o d u l a t i o no fs i g n a la n ds t a t i s t i co f t h eb i te r r o rr a t e ( b e r ) t h e nt h i sd i s s e r t a t i o nc o m p a r e st h et h e o r e t i c a la n a l y s i so f t h eb e ro nw h i t en o i s ea n di t sc o m p u t e rs i m u l a t i o nr e s u l t s ，t e s t i f i e sv a l i d i t yo ft h e s i m u l a t i v em o d e l i nt h es e c o n dp a r t ，t h i sd i s s e r t a t i o nm a i n l yr e s e a r c h e st h ee f f e c t i v e n e s so f g e n e r a lh i g hp o w e rs i n g l ej a m m i n ga n di n t e r f e r e n c e b a s e do nc l a s s i f i c a t i o no fg e n e r a l j a m m i n gs i g n a l ，g e n e r a l i z i n gt h e ma n da n a l y z i n gt h e i rp e r f o r m a n c e ，t h ee f f e c t i v e n e s s o ft h ep r e s s i n gj a m m i n ga n di n t e r f e r e n c ei s d e e p l ys t u d i e d t h eo p t i m a lj a m m i n g b a n d w i d t ho ft h ew i d e b a n dw h i t en o i s ea n dt h eo p t i m a lj a m m i n gf r e q u e n c yo ft h e s i n g l es i n u s o i d a ls i g n a la r ed e d u c e db yt h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dd e t a i l e dd e r i v a t i o n a b s t r a c t t h i sd i s s e r t a t i o nm o d e l sa n ds i m u l a t e sf i v ek i n d ss i g n a l s ，c o m p a r e st h e i rj a m m i n g e f f e c t i v e n e s su s i n gd i f f e r e n tj a m m i n gb a n d w i d t ha n dj a m m i n gf r e q u e n c y ，i n c l u d i n gt h e r a n d o mb i n a r yc o d em o d u l a t es i g n a l ，t h ec h i r ps i g n a l ，t h en o i s ea mj a m m i n g ，t h e n o i s ef mj a m m i n ga n dt h en o i s ep mj a m m i n g c o m b i n e dt h e o r e t i c a ld e d u c t i o na n d t h ec o m p u t e rs i m u l a t i o nr e s u l t s ，j a m m i n gs t r a t e g yi nd i f f e r e n ts i t u a t i o n sa n dg e t r e l e v a n tj a m m i n gc o n d i t i o ni sa n a l y z e d i nt h et h i r dp a r t ，t h i sd i s s e r t a t i o nm a i n l yr e s e a r c h e st h ee f f e c t i v e n e s so fl o w p o w e rd i s t r i b u t e dj a m m i n ga n di n t e r f e r e n c e b a s e do nt h ef u n c t i o no fj a m m i n g ，t h i s d i s s e r t a t i o na n a l y z e st h el o wp o w e rr e q u e s to ft h ed i s t r i b u t e dj a m m e rb e c a u s eo fi t s c l o s ej a m m i n gd i s t a n c ea n dd e t a i l e d l yd e d u c e dt h ep o w e ro ft h ed i s t r i b u t e dj a m m i n g s c o m p o s i t es i g n a l t h ee f f e c t i v e n e s so fl o wp o w e r d i s t r i b u t e dj a m m i n ga n di t sj a m m i n g s t r a t e g yi nd i f f e r e n ts i t u a t i o n sa r eg a i n e d ，t h r o u g hc o m p a r i n gt h ec o m p u t e rs i m u l a t i o n r e s u l t so ft h r e ek i n d sj a m m i n gs i g n a lu n d e rf o u rk i n d ss i t u a t i o n s ，i n c l u d i n gt h er a n d o m b i n a r yc o d em o d u l a t es i g n a l ，t h ec h i r ps i g n a l ，a n dt h en o i s ef mj a m m i n g a tl a s t ，t h e k e yt e c h n o l o g ya n de x e c u t i o nm e t h o d s o ft h el o wp o w e rd i s t r i b u t e dj a m m i n g e q u i p m e n ti nt h ew a r a r er e s e a r c h e d k e y w o r d s ：d i r e c ts e q u e n c es p r e a ds p e c t r u m ( d s s s ) c o m m u n i c a t i o n ，o p t i m a l j a m m i n g ，d i s t r i b u t e dj a m m i n g ，s y s t e ms i m u l a t i o n 1 i l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：直量址 日期：年月 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：堑复趟导师签名：杰i 翌 f t 期：年月日 第一章引言 1 1 研究背景 第一章引言 随着高技术的飞速发展，电子技术在军事武器装备中的核心支撑作用越来越 明显，特别是现代战争更加剧了电磁领域的对抗。电子战越来越受到各国政府和 军方的重视，不惜投入大量的人力物力，对电子对抗技术进行研究，以便在电子 战中取得优势，进而取得战争胜利。扩展频谱通信是现代通信系统中的一种新兴 的通信方式，其较强的抗干扰、抗衰落和抗多径性能及频谱利用率高，多址通信 等诸多优点越来越为人们所认识，并被广泛地应用于军事通信和民用通信的各个 领域，从而推动了通信事业的迅速发展。但是扩频通信的使用给电子干扰带来了 巨大的困难，如何有效的干扰扩频通信成为取得现代电子战胜利的关键。在这样 的背景下，本课题主要对扩频通信中最常用的直扩通信系统进行干扰效能评估和 仿真，包括常规大功率单干扰和新型低功率分布式干扰。 1 2 通信对抗技术 在通信对抗中，一方要破坏对方的有效通信，而另一方则要尽力摆脱对方的 干扰，保障自己的通信畅通无阻，因而干扰与抗干扰技术在这种对抗中得到发展， 图1 1 为战场通信对抗的发展过程。最早采用单频干扰，当通信一方受到此干扰 时，只要通过改变通信频率来躲避这种干扰；当干扰方发现干扰无效后，也随之 改变干扰频率，使干扰频率再次对准通信频率，实施干扰。最初的通信对抗就是 采用这种捉迷藏的方式进行。后来，通信频率数的增加，可以不断地改变频率， 干扰一方就采用跟踪干扰方式。随着科学技术的进步和扩频技术的问世，通信对 抗发展到了一个新水平。通信采用跳频方式，其频率不断地、随机地跳变，加大 了干扰的难度。干扰一方采用转发式干扰，将跳频信号接收下来，经加噪声放大 后转发出去，对跳频信号实施干扰。对付这种转发式干扰，一是提高跳频速率， 使之达到转发式干扰无法干扰的程度；再者采用多网、引诱和其它的电子反对抗 措施( e c c m ，e l e c t r o n i cc o u n t e r c o u n t e r - m e a s u r e s ) ，对抗转发式干扰。对付上 述的反对抗措施之一。是采用宽带阻塞式干扰，但这种干扰由于频带很宽，所需 一一 里! 堂! 苎查兰堡主堡苎 干扰功率相当大，使用比较困难，而且极易受到对方导弹的攻击【1 1 。 干扰方 抗干扰 改变频率 再次改变频率 跟踪干扰上= 一 跳频 转发式干扰兰二快跳频、多网、引诱、e c c m 宽带干扰 图1 - 1 战场通信对抗发展图 完整的通信对抗系统应由以下三部分组成： 1 ) 通信侦察系统：对感兴趣的通信信号进行搜索、截获与初步分析，并引 导通信测向或干扰。 2 ) 通信测向系统：在通信侦察的基础上对感兴趣的通信辐射源进行测向与 定位。 3 ) 通信干扰系统：在侦察和测向定位的基础上，按作战意图对重点通信目 标进行干扰，破坏其有效通信。 当前采用的主要抗干扰技术有以下几种： 1 ) 扩展频率技术 扩展频谱技术具有很强的抗干扰能力，可以抗击多种人为干扰，是发展非 常迅速的一种抗干扰技术。下节将具体介绍扩频通信的主要抗干扰方式。 2 ) 开发强方向性的毫米波频段 在短波波段，电波的传播方式主要是靠天波传播，超短波也主要靠天波和 视线传播。由于这些波段拥挤，因而相互之间的干扰比较严重。在毫米波段， 频段很宽，采用视线传播，方向性很强，有利于增加强抗干扰性能。 3 ) 加密技术 加密技术用于防止传送的信息被敌方截获、窃听，它在保密通信中是一个 重要的技术手段。 4 ) 猝发通信技术 这种通信方式在通信的时间上有很大的随机性，在非常短的时间内，将要 发送的信号发送出去，其他时闻处于静止状态，使干扰机很难捕捉到这种猝发 信号，因此具有很强的抗干扰能力。 第一章引言 5 ) 天线零相技术 这种技术是将天线方向图的零点对准干扰机，而将主瓣对准发信机，这样， 对接收机而言，既能接收到有用信号，又可将干扰信号大大地衰减，从而达到 抗干扰的目的。 6 ) 分集技术 分集技术包括空间分集、频率分集、角度分集、极化分集等。采用分集技 术，可改善系统性能，提高系统抗干扰的能力。 “通信对抗技术”与“通信技术”是一对矛和盾，通信对抗随着通信技术的 发展而发展，当前通信技术向低截获概率技术和抗干扰技术发展，如直接序列扩 频技术，跳频扩频技术以及自适应方向图技术等，与通信系统的发展相适应，通 信对抗设备也朝着频带更宽，搜索速度更快以及超大功率，多平台，一体化的方 向发展。 1 3 扩频系统抗干扰技术 在军事通信系统中，一般直扩通信系统带宽都比较宽，在宽带接收的情况下 容易受到环境中的强功率信号的干扰，这些干扰与敌方干扰一起，若干扰总功率 超过了直扩通信系统的干扰容限，则对系统形成了有效的干扰。为了进一步提高 系统的抗干扰能力，可以采用干扰抑制技术。目前常采用的抗干扰技术有以下几 种【2 】： 1 ) 混合式扩展频谱技术 扩展频谱通信有直接序列扩频( d s ) 、跳频扩频( f h ) 和跳时扩频( t h ) 三 种主要方式，各自的抗干扰性能各有优缺点，将其组合使用，可以提高抗干扰能 力。如d s f h 系统，一方面，由于d s 方式有很高的处理增益，对干扰信号( 如 宽带干扰、单频干扰) 进行频谱扩展使其大部分的功率被接收机的中频带通滤波 器所滤除；另一方面，由于f h 的载波频率是跳变的，当跳变的频率数足够多、 跳频带宽足够宽时，可以躲开干扰信号( 如部分频带干扰、单频干扰) ，这样d s f h 系统具有更高的处理增益。 2 ) 自适应天线抑制干扰技术 自适应天线系统由多元天线阵和信息处理器组成，当天线工作时，信息处理 器的输入和输出特性按一定的算法来调整其内部序数、从而自动地修正和优化天 线的方向图、频率响应和极化特性，并搜索和跟踪有用信号、抑制和消去干扰信 电子科技大学硕士论文 号。它能在空问、频率和极化方向方面自动对干扰信号调零；对有用信号提供最 大增益。目前用在扩频通信中的主要自适应天线有：波束形成自适应天线阵、抑 制干扰的自适应调零天线和抑制极化干扰的极化调零自适应天线。 3 ) 自适应滤波器抑制窄带干扰 扩频信号具有很宽的带宽，强的窄带信号干扰就容易识别和估计，这样可以 在扩频通信接收机的射频部分或者接收机的中频部分或基带部分加入自适应滤波 器抑制干扰。自适应滤波是一种时域陷波技术、也可以采用频率陷波方法，基本 思想是窄带干扰的时间相关性很强，而宽带扩频信号的时间相关性很弱，难以预 测。故采用按c h i p 码元宽度t c 抽头的单边预测滤波器或双边中心抽头横向滤波 器来实现窄带干扰和宽带信号的分离与抑制。以此为基本思想发展而来的主要主 要方法有：基于预测的窄带干扰抑制技术。基于变换域的窄带干扰抑制技术。 码辅助技术。自适应模糊窄带干扰抑制技术。 1 4 软件仿真的理论和方法 仿真是指通过建立系统的模型来部分或全部地仿真实际的系统，并且对系统 模型进行实验研究以代替实际系统的研究。而计算机软件仿真则是在研究系统过 程中根据相似原理，利用一类面向仿真用途的专用软件来逼真模拟研究对象。 在通信系统的研究中，采用软件仿真技术已成为通信系统研究过程中所采用 的最主要的技术手段，例如美国就为其用于n a s a 的空间计划的通信系统研究开 发了专门的仿真工具s c s s ( t h es p a c ec o m m u n i c a t i o n ss y s t e ms i m u l a t o r ) p j 。计算 机软件技术的发展主要是依赖于当代计算机技术的飞速进步，特别是计算机处理 速度的大幅度提高，促使数字信号处理技术在通信领域取得了突飞猛进的发展。 通信系统的软件仿真可分为两个层次： 1 ) 通信系统链路层仿真。链路层仿真描述的是系统的信道、调制、解调、编 译码器和放大器等具体设备。 2 ) 通信系统网络层仿真。网络层仿真处理的是信息格式、复用、集中、协议、 交换、路由、流量控制和网络控制等问题。 图1 2 为通信系统软件仿真流程图，可以看出通信系统的计算机仿真主要包 括两个部分： 1 ) 建模过程。建模过程指的是对通信系统的各种要素( 如信号产生、信道分 析、接收处理等) 建立与之相应的，适合计算机处理的仿真模型。这些模型要尽 电子书 技夫学硕士论文 号。它能在空间、频率和极化方向方面自动对干扰信号凋零；对有用信号提供最 大增益。目前用在扩频通信中的主要自适应天线有：波束形成自适应天线阵、抑 制干扰的自适应调零天线和抑肯4 极化干扰的极化调零自适应天线。 3 ) 自适应滤波器抑制窄带干扰 扩频信号具有很宽的带宽强的窄带信号干扰就容易识别和估计，这样可以 庄扩频通信接收机的射频部分或者接收机的中频部分或基带部分加入自适应滤波 器抑制干扰。自适应滤波是一种时域陷波技术、也可以采用频率陷波方法，基本 思想是窄带干扰的时间相关性很强，而宽带扩频信号的时间相关性根弱，难毗预 测。故采用按c h i p 码元宽度t c 抽头的单边预测滤波器或双边中心抽头横向滤波 器来实现窄带下扰和宽带信号的分离与抑制。以此为基本思想发展而来的主要主 要方法有：基于预测的窄带干扰抑制技术。基于变换域的窄带干扰抑制技术。 码辅助技术。自适应模糊窄带干扰抑制技术。 1 4 软件仿真的理论和方法 仿真是指通过建立系统的模型来部分或全部地仿真实际的系统，并且对系统 模型进行实验研究毗代替实际系统的研究。而计算机软件仿真则是在研究系统过 程中根据相似原理，利用一类面向仿真用途的专用软件来逼真模拟研究对象。 在通信系统的研究中，采用软件仿真技术已成为通信系统研究过程中所采用 的最主要的技术手段，例如美国就为其用于n a s a 的空间计划的通信系统研究丌 发了专门的仿真工具s c s s ( t h cs p a c ec o m m u n i c a ：【i o n ss y s t e ms i m u l a t o r ) ”j 。计算 机软件技术的发展丰要是依赖于当代计算机技术的飞速进步，特别是计算机处理 速度的大幅度提高，促使数字信号处理技术在通信领域取得了突e 猛进的发展。 通信系统的软件仿真可分为两个层次： 1 ) 通信系统链路层仿真。链路层仿真描述的是系统的信道、调制、解调、编 译码器和放犬器等具体设各。 2 ) 通信系统网络层仿真。网络层仿真处理的是信息格式、复用、集中、西议、 交换、路由、流量控制和网络控制等问题。 图1 2 为通信系统软件仿真流程图，可咀看出通信系统的计算机仿真主要包 括两个部分； 1 ) 建模过程。建模过程指的是对通信系统的各种要素( 如信号产生、信道分 析、接收处理等) 建立与之相应的，适合计算机处理的仿真模型。这些模型要尽 析、接收处理等) 建立与之相应的，适合计算机处理的仿真模型。这些模型要尽 第一章引言 可能的逼近通信要素的实际情况，各种模型集合在一起就形成了进行仿真所必须 的通信模块库。 2 ) 仿真过程。在建立了通信模块库的基础上，就可以使计算机成为进行通信 系统研究工作的实验平台，即仿真平台。这种平台是由功能很好的计算机、通信 模块和先进的仿真软件组成。 厂磊 初始化 信号产生 信道分析 信号接收及处理 经过解扩 解调，解码等 结束 数据输入 经过编码， 调制，扩频等 噪声 干扰 性能分析 图1 2 通信系统的软件仿真流程图 在对直扩通信系统进行干扰研究中，由于干扰技术研究的特殊性，需要对大 量不同信号形式的干扰进行干扰性能比较，出于经济性、时间性等因素的考虑， 采用计算机软件仿真是较为可行的办法。 1 4 1 通信系统仿真软件 一个完整的通信系统仿真软件是非常复杂的，为了更好更快的完成仿真，国 电子科技大学硕士论文 外不少公司都推出了许多优秀的仿真软件，其中比较著名的有：h u g e sa i r c r a f t c o m p a n y 开发的s s t d 软件( s y s t e ms i m u l a t i o nt i m ed o m a i n ) ，c a d e n c e 公司的 s p w 仿真软件包( s i g n a lp r o c e s sw o r k s y s t e m ) 和s y n o p s y s 公司的c o s s a p 仿真 软件包【4 】。这些软件的共同特点是功能强大、界面友好，并且有大量的模块库， 但同时也表现出针对性较差及效率不是很高等缺点，例如对采用抗干扰技术的扩 频通信系统而言，使用上述的软件，不能达到预期的效果，特别考虑到本课题的 目的在于研究针对直扩通信系统的干扰样式，我们考虑可在具体分析直扩系统的 工作过程并给出直扩通信系统模型后，同时建立不同的干扰模型，通过编程设计 构造软件模块，用软件仿真的方法来仿真、验证和分析。这时m a t h w o r k s 公司推 出的基于m a t l a b 的动态仿真工作平台s i m u l i n k 成为我们的首选的仿真应用软件。 m a u a b 是集数学计算、结果可视化和编程于一身，能够方便地进行科学计算 和大量工程运算的数学软件。m a t l a b 主要由m a t l a b 主程序、s i m u l i n k 动态系统仿 真和m a t l a b 工具箱三大部分组成。m a t l a b 主程序主要是以矩阵为基本单元，采用 语言解释方式工作，并把数据结果以多种形式加以表现，十分简单方便。s i m u l i n k 是一个动态系统建模、仿真和分析的软件包，它支持线性系统和非线性系统，可 以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模。同时s i m u l i n k 包括许多实现不同功能的模块库，利用这些模块，用户可以创建层次化的系统模 型，并在创建了系统模型后，用户可以利用各种命令来仿真系统模型口】【。 正如上述诸多优点，在本文的仿真实验中，均采用m a t l a b 主程序和s i m u l i n k 动态仿真相结合的交互式仿真过程，并行之有效地执行蒙特卡罗仿真。 1 4 2 通信系统性能仿真估计方法 衡量通信系统的性能指标是误比特率( b e r ) ，软件仿真主要采用的b e r 估 计方法有【7 j ：m o n t ec a r l o ( 蒙特卡罗) 方法，i m p o r t m a e 把s a m p l i n g ( 重点抽样) 方 法，e x t r e m ev a l u et h e o r y 方法，t a i le x t r a p o l a t i o n 方法和q u a s i a n a l y t i c a lt e e h n i q u e 方法。常用的也是我们采用的方法m o n t ec a r l o 方法是对差错计数并求平均的直 接方法，为了保证满足9 0 以上的置信度，并使b e r 估计的置信区间足够小 ( 0 1 d b ) ，要求仿真中的差错个数至少为l o ，因此当b e r 5 蜕，f o 【乃一钙2 ，+ 蜕2 】 ( 2 _ 2 ) 由于阻塞式干扰甄相对较宽，对频率引导要求低，频率引导设备简单。这种干 扰信号的优点在于可以同时干扰多个信道内的信号，也可有效干扰跳频信号。只 需要知道信道频率的范围，在干扰的过程中，无需重调干扰频率。但是由于干扰 带宽相对较宽，其缺点是在干扰功率一定的前提下，干扰功率谱较低，有效干扰 功率就较低。 3 扫频干扰 扫频一般满足： 蟛= ( 2 5 ) 蜕，f = ( f ) ，t 【0 , t 】 ( 2 3 ) 即干扰的中心频率为连续，以r 为周期的函数。扫频干扰可以对通信系统造成周 期性间断的强干扰，扫频的范围比较宽，也能够干扰多路通信信道以及跳频通信 系统。 应当指出的是，实际干扰机可以根据具体的通信系统的情况，对上述基本形 式进行组合，如多频率点的瞄准式干扰、分段阻塞式干扰、扫频锁定式干扰等。 电子科技大学硕士论文 2 2 2 压制式干扰的效果度量及最佳干扰波形 通信系统的主要功能就是传递信息，有效性和可靠性是通信系统的主要指标。 目前通信系统都是通过门限判决来判断收到的信号包含的是信息码元“1 ”还是 0 ，这就是一个二元检测问题。压制式干扰效果就表现为：通信系统由于受到 干扰使信号淹没在干扰信号中，增加信号的不确定性，降低正确的检测概率尸，。 根据纽曼一皮尔逊准则【9 l i 可得 只= e 妒去唧( 一罢卜 沼4 ， 其中j 和c r 表示通信接收机末端有用信号功率和干扰信号功率。可见，尸，将随信 干比4 0 - 2 的增大而增大即随着干扰信号功率的增大，检测概率将减小。因此我 们可以用功率准则，即用干扰信号的功率来衡量干扰效果具有良好的合理性、可 测性和可控性。根据检测原理，4 0 - 2 降低，只，减小，但是即使盯2 很大，只要s 0 ， 在理论上，只总是存在的。根据国际通用准则将只o 1 作为压制式干扰有效的 标准。 压制式干扰使信号检测后验不确定性增大。因此，有效压制式干扰必然是随 机性很强的信号。换言之，最佳干扰波形就是随机性最强( 或不确定性最大) 的 波形。衡量随机变量不确定性的量是熵，对于离散型随机变量来说，其平均信息 量定义为： - ( x ) = - x p , l o g 。p ( 2 5 ) 其中，随机变量可取值为x i , x ：，x 其对应的概率为冀，b ，p o ，# = l 。对于连 续性随机变量来说， 6 日( x ) = 一e p ( x ) l o g 。p ( x ) d x ( 2 - 6 ) 其中，p ( x 1 为连续型随机变量的概率分布密度函数。确定最佳干扰波形就是求最 大熵的条件极值。根据限制条件 e p ( z ) d x = l ( 2 - 7 ) e x 2 p ( x ) d x = 矿 ( 2 _ 8 ) 利用拉格朗日常数法可以得到 第二章干扰概述 f = 一e p ( x ) 1 0 9 口p ( x 十 ( e p ( x ) 出一) + 五( e x 2 p ( x 皿一盯2 ) 上式对p ( x ) 求导得 一i n p ( x ) 一1 + + 如x 2 = 0 利用式( 2 - 7 ) 、( 2 - 8 ) 得 ( 2 9 ) ( 2 1 0 ) ( 2 1 1 ) 如一寺( 2 - 1 2 ) 将式( 2 - 1 1 ) 、( 2 1 2 ) 代入式( 2 1 0 ) 、( 2 6 ) 得 t j 2 p ( x ) 2 志p 1 ( 2 - 1 3 ) h 。( x ) = i n 2 n - e o - 2 ( 2 - 1 4 ) 这样我们就得到了在平均功率一定的条件下，噪声为正态分布时，其熵最大，为 最佳压制式干扰波形。 - 研究最佳干扰波形的目的是建立比较各种干扰信号优劣的标准。实际干扰信 号可能有偏于最佳干扰信号，如果可以计算或测量出它们相对于最佳干扰信号在 压制性能上的损失，就可以判断各种实际的干扰信号在压制式干扰性能上的优劣。 2 3 欺骗式干扰 欺骗式干扰的作用原理是：采用与通信系统相类似的信号形式发送假的信息 码，使通信系统难以识别干扰信号，放弃对真实信号的解调，跟踪并解调假信息 码，提供给接收方错误的信息。由于通信系统的抗干扰技术的不断发展，尤其是 扩频技术的产生，使得进入扩频接收机的干扰信号的频谱被大大展宽，干扰信号 的能量被分布到很宽的范围内使得大部分能量不能进入到接收机末端的通带内， 使得干扰效果变差。为了达到预期的干扰效果，我们就必需进一步增大压制式干 扰的干扰功率，但是由于可获得的功率受到功率器件等多方面因素，不能任意的 增大，所以人们寻找更为有效的干扰方式。由于信号检测技术的提高，对敌方先 验知识的了解，现代电子站中，也越来越多地使用欺骗式干扰。 欺骗式干扰的主要缺点有两点：一是对于主动发射干扰信号的干扰机，需要 电子科技大学硕士论文 知道更多先验知识，我们只有知道被干扰对象的系统结构和信号处理的方法和能 力，才能有针对性的设计并产生与之相适应的假信号。二是对于转发式的干扰机， 对接收信号设备和放大发射信号的设备之间的隔离要求较高，以防止自激而损坏 干扰设备。 根据干扰信号源的差别，欺骗式干扰资源主要分为转发式干扰和应答式干扰 两种。 转发式干扰机的基本组成由图2 2 所示。它包括接收到通信系统的射频信号 六( r ) 、干扰决策控制命令和干扰信号合成。接收到工( r ) 后经定放大后给存储器 和干扰控制电路，射频信号存储器将短暂的4 f ( f ) 信号保存足够的时间。若 以f ( f 1 的前沿时间为起始，在延迟了f 时刻需要进行干扰发射的时候，再将 4 f ( 卜f 1 信号从射频信号存储器中取出，送给干扰调制器。根据干扰控制电路命 令将爿f ( f f ) 进行调制，最后放大输出。 图2 2 转发式干扰机基本组成 应答式干扰机的基本组成由图2 3 所示。它采用v c o 代替转发式干扰中的射 频信号存储器，也不需要接收通信系统的射频信号( r ) ，但需要知道一定的先验 知识如：通信系统的辐射频率，信号调制方式等。根据先验知识对v c o 进行频 率设置，对干扰控制电路进行相应的设置，最后通过功率合成与辐射单元把干扰 信号发射。 第二章干扰概述 圈2 - 3 应答式干扰机基本组成 2 4 新型干扰方式分布式干扰 2 4 1 分布式干扰基本概念 知识 分布式干扰是在无人机机载和气球载干扰机上发展起来的新型电子对抗设 备，通常是为了掩护特定区域的目标或在某一地区内制造假的进攻态势，将众多 体积小、质量轻、价格便宜的小型干扰源散布在接近被干扰对象的空域、地域上， 自动地或者受控地对选定的军事电子设备进行干扰。分布式干扰主要是针对单一 大功率远程干扰机提出的一种新型干扰方式，其采用的干扰信号形式从理论上讲， 可以是任何一种单干扰机所使用的干扰方式。分布式干扰机一般所采用的是有源 干扰，其重量一般为千克量级，体积为拳头大小，使用灵活，成本低且技术难度 适中，典型的组成框图如图2 - 4 所示1 1 2 l 。 图2 4 分布式干扰机的典型框图 电子科技大学硕士论文 2 4 2 可行性分析 1 技术条件已经成熟。 微波集成电路、高速数字电路及专用集成电路的迅速发展和自动控制系统、 计算机辅助设计( c a d ) 的广泛应用，使得微波、毫米波段固态器件的功率、带 宽能力大大改善，而且g a a s 单片集成、制造技术的发展也使得目前能以较好的 效费比生产这些器件。因此，我们可以利用这些技术来研制分布式干扰机。 2 抗干扰技术的发展对分布式干扰的需求。 1 ) 预警机以其超低旁瓣、旁瓣对消、旁瓣隐匿技术大大抑制了主要靠旁瓣起 作用的远距离支援干扰。空间选择性抗干扰措施的实施，使大功率集中式干扰机 的效能大大降低，空间选择性抗干扰所采取的超低副瓣天线、副瓣对消、波瓣自 适应零点控制等干扰措施使副瓣干扰异常困难，应用少量干扰机已难以掩护大区 域内的作战目标，只有使用众多的主瓣干扰机，才易掩护大区域的作战目标。 2 1 新型雷达和扩频通信台的组网使用，加强了信息的互连互通性和抗摧毁性， 使用传统的“一对一”点源干扰失效，常规的集中式干扰面临巨大的挑战，必须 发展“面对面”的干扰。分布式干扰是实现“面对面”干扰计较经济、现实的途 径。 3 分布式干扰的优势。 1 ) 造价低、效费比高。造价是分布式干扰机的基本指标，研制大型的电子干 扰系统虽然很必要，但是其造价昂贵、生产周期长、技术难度大。相比之下，分 布式干扰机则小巧灵活、成本低，比较经济现实，现代微波集成电路和高能电池 的发展为研制一次性使用干扰机提供了技术基础，亦可进行批量生产，有利于进 步降低成本。 2 ) n 重复性利用。分布式干扰在平时训练时，可回收、多次重复使用，其平 台可根据使用要求选择，如降落伞、气球、遥控飞机器或其他合适的载体。 3 1 解决传统干扰效果不佳的问题。分布式通信干扰机由于具有“数量多”的 特点，自适应天线调零抗干扰系统难以把来自各个方向的众多干扰全部抑制掉， 所以分布式干扰很自然就成为了自适应调零抗干扰技术的有力克星。同时分布式 通信干扰还可以利用其广空域、多样式、近距离、多频段、大数量的干扰辐射压 制敌战区的通信网的有效运行。 第二章干扰概述 2 5 本章小结 本章主要是对电子信息战中的各种干扰方式进行概括与总结。针对雷达系统， 压制式干扰主要利用大功率的电磁干扰，不需太多先验知识，将有用信号淹没于 噪声之中，大大降低雷达的检测概率，使我方目标避开雷达的检测。这种干扰机 结构简单，易于实现，关键因素在于干扰功率的提高。欺骗式干扰主要是形成多 个假目标，拖引雷达跟踪假目标，造成敌方资源的浪费，使我方目标顺利通过雷 达警戒区域。这种干扰的实现依赖于先验知识的获取和探测，对功率要求不高。 对通信系统来说，主要是释放大量压制式干扰，信号解调电路错误判断信息 的极性，造成误码率的增大。无法正常通信。误码率是判断压制式干扰效能的重 要标准。欺骗式干扰的作用在于使跟踪环路错锁在错误频率上，无法进行信号的 解调，其主要衡量标准通常是失锁概率。 同时，本章介绍了一种新型的电子干扰技术，即分布式干扰。目前分布式干 扰技术除硬件易实现，价格低廉，可控性好等显而易见的特点外，在不同信号组 合对目标是否能产生更好的干扰效能方面还需要进一步探讨和研究。分布式干扰 技术越来越受到人们的关注和利用，本论文将在第五章针对直扩通信系统分布式 干扰效能做深入研究。 电子科技大学硕士论文 第三章直接扩频通信系统 扩展频谱通信( s p r e a ds p e c t r u mc o m m u n i c a t i o n ) 具有多址接入、低截获概 率特性、抗干扰特性和强保密性等特点，在军事通信、移动通信和情报系统中得 到广泛的应用。本章主要是介绍扩频通信尤其是直扩通信系统的基本原理和抗干 扰能力，并构建扩频通信系统仿真平台。 3 1 扩展频谱技术 扩展频谱系统是指发送的信号被展宽到一个很宽的频带上，这一频带比要发 送的信息带宽宽得多，在接收端通过相关接收，将信号恢复到信息带宽的一种系 统。简称为扩频系统或s s ( s p r e a ds p e c t r u m ) 系统。由扩展频谱系统的定义，我 们发现要实现扩