跳频电台同步技术研究

1、西安电子科技大学硕士学位论文跳频电台同步技术研究姓名：刘伟申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：陈彦辉20100101摘要跳频技术是扩频技术的一种，因其具有良好的抗干扰性和保密性，跳频技术一经出现，便在军事领域得到了广泛的应用。近些年随着跳频技术的逐渐成熟，跳频技术在民用领域也得到了很大的发展，如移动通信、个人通信、雷达、电力线通信、无线局域网等。跳频通信首先要解决的问题就是跳频同步问题，这也是本文的研究内容。本文在对几种常用的同步方法进行了分析比较后，设计了一种基于时间信息（）的同步字头法作为同步方案，并对该同步方案的同步性能做了简单的数学分析。为了能够实现跳频组网，全网所有的节点

2、必须实现跳频同步，我们采用同步分级扩散的思想来实现全网同步，并给出了一套同步管理方案。最后根据设计的方案，按照功能进行模块划分，编写软件代码，并在仿真平台上验证了方案的可行性。关键字：跳频同步扩散组网（），：（），：西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安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做了

3、明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。本人签名：日期望竺：！：！幺西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。（保密的论文在解密后遵守此规定）本学位论文属于保密，在一年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：、丑江车辑日期少

4、第一章绪论第一章绪论研究背景及意义随着国民经济和科学技术的不断发展，无线通信己被广泛地应用在人们的日常生活中和国民经济的各个领域，特别是公用移动通信的迅速发展，使各种无线通信设备的数量急剧上升。然而随着通信事业的迅速发展，各类通信网的建立，使得有限的频率资源更加拥挤，相互之间的干扰更为严重，在现代军事中的电子战，更存在干扰与抗干扰的问题。现代战争是一场高技术较量的电子战争【，通信己成为现代战争中军队的神经网络。战场态势和情报的获得，指挥控制命令的下达都离不开通信系统。利用具有快速反应、抗干扰的指挥通信对分散部署的部队进行调遣，采取快速机动的作战行动是取得战争胜利的重要保证。在战争中，哪一方掌握

5、了电子战的主动权，就在电子战中取得了优势，加重了在战争中取得胜利的筹码，而失去电子战优势的一方，要想取得战争的胜利是很困难的。目前的电子侦察手段、无线电干扰和反辐射攻击，可以轻易破坏和摧毁传统的通信网。因而研究各种用于军事通信的抗干扰技术，建设行之有效的现代通信系统网络，具有极其重要的意义，对战争的胜负有着重要的影响。由于扩展频谱技术具有信号频谱宽、波形复杂、参数多变、安全隐蔽等显著特点，它已成为当代通信抗干扰技术的重要发展方向和体制。跳频电台就是采用了频率跳变来扩展频谱，提高抗干扰能力，在军事通信中得到了广泛的应用。跳频电台的现状和发展方向跳频电台的发展现状西方国家早在世纪年代就开始进行一系

6、列的抗干扰通信体制和抗干扰技术的理论研究。到世纪年代初，大部分抗干扰技术都己陆续应用于新的通信装备和系统中，而且还在不断地改进和完善。年，英国在马岛战争中使用了跳频电台。年的海湾战争中，多国部队为提高通信的抗截获、抗干扰能力，普遍使用了跳频通信装备，如美国的单信道地空无线电系统（烈）系列超短波跳频电台和联合战术信息分发系统，英国的和法国的等超短波跳频电台【】【】。是战术网无线电台中的一个系列，是美国陆、海、空和海军陆战队在近距离应用的新一代甚高频战术网无线电通信系统，是战术战场跳频电台同步技术研究指挥员在前沿公里地域内指挥部队和空中支援的主要手段。该系统配有电子反对抗（）模块，具有电子反干扰能

7、力，能够提供高度可靠的保密话音通信和数据通信。它可装备美军的师和独立部队，直至坦克、战车、直升机、榴弹炮和执行任务的排、班或组等小部队。电台最新的改进型（改进计划）的数据速率已提高到，反映了超短波电台数字化的发展趋势，预计未来型号的数据传输速率会更高。世纪年代后期，美国公司研制的系统高速短波跳频电台采用了相关跳频技术【】【】【】。系统以先进的数字信号处理技术和高速芯片为基础，跳频带宽为，跳频速率高达跳秒。其中跳用于信道探测，其余的跳用于数据传输。如果采用，其中比特用于纠错编码，就可以产生各种标准波特率（，）。信息速率为时，其误码率可达一量级。同时由于该系统跳频速率高达跳秒，所以具有很强的抗干扰

8、能力和抗多径能力。近年来，跳频通信在民用通信系统中的应用也越来越受到重视，如加拿大大学提出了在光纤网络中应用快跳频技术。该系统利用光栅替代传统跳频系统中的频率合成器，跳速达到数量级。系统在个用户，比特误码率为的条件下，数据速率为。与采用非相干技术的光纤网络相比，同时有相同数量的用户使用时，系统的比特误码率明显优于系统。此外，跳频技术在¨、无线局域网、室内无线通信、卫星通信、水下通信、雷达、微波等多个领域也得到了广泛的应用。跳频电台的发展方向世纪年代以来，跳频技术的应用逐步趋于完善，在有些技术上取得了突破性的进展。外军推出的多种新型跳频电台代表了当今通信抗干扰技术的发展趋势【】（）向多

9、模式、多速率、多波段发展现代军事指挥系统下的各军兵种联合作战、统一指挥需要协同通信。协同通信要求三军电台能互通互连，这需要新型电台能够兼容三军原有体制电台，并在新型系统的层次上实现无阻隔通信。（）向数字化和网络化发展数字化主要表现在两个方面，一方面是电台本身的数字化和信道的数字化；另一方面是通信业务的数字化，包括话音数字化通信和数据通信业务，数据业务逐渐由低速向高速发展，并综合差错控制编码技术，跳、扩码的加密技术，使得电台的抗干扰能力得到进一步增强。当代通信越来越向网络化发展，跳频电台的第一章绪论设计也要更多的考虑组网和网络管理。（）新一代电台频段宽、信道间隔小、跳频速率高、调制方式灵活多样缩

10、小信道间隔也是现代电台的发展方向。目前超短波电台的信道间隔大多数为，为在有限的带宽内获得更多可用信道，信道的间隔进一步缩小，对新型电台的带宽抑制提出了更高的要求。为了躲避转发式干扰，新一代跳频电台的跳频速率越来越高，从以前的几跳、几百跳，发展到几千跳，甚至上万跳。此外，新一代电台的调制方式也灵活多样，既有模拟信号的调幅、单边带和调频，又有数字信息的、和等等。（）向低功耗、小型化、模块化、系列化、标准化、通用化发展新型电台采用模块结构，提高了通用化、系列化、组合化程度。采用积木单元外插组合方式，高度的组件化结构，能快速组装，根据所需的功能要求不同，选择不同单元组合，以适应战术通信的不同要求。由于

11、模块结构中广泛采用了超大规模集成电路，所以新型电台的体积小、重量轻、可靠性高。集成电路的应用，使得电台的可靠性大大提高了。表面组装技术的应用使电台向小型化发展方面又迈出了重要的一步。（）自适应技术的应用功率自适应跳频是通信方对每个有效频率自适应地调整发射功率，使功率输出在满足收端正常接收的情况下达到最低，提高信号的隐蔽性，从而达到抗干扰目的，其关键技术是宽带、大动态范围的可变增益功率放大器。此外，跳频空闲信道搜索跳频（跳频）是一种新的有用的跳频自适应技术。跳频是指在每次通话前对全部信道进行空闲信道检测，即使大部分频率被干扰，仍可保持通信。常规跳频与相结合的混合模式是跳频系统的主要发展方向之一。

12、总之，新一代电台无论在技术上还是系统结构等方面，都远远超过现役的大部分电台。新一代电台的研制与应用，必将对现代战术通信产生重大的变革和改进，使战术通信在未来的战争中发挥更重要的作用，成为战斗力的重要组成部分。跳频电台的关键技术跳频电台的关键技术主要包括：频率合成器的设计、跳频序列的设计、跳频同步的实现。）频率合成器可变频率合成器是跳频电台的核心部分，跳变频率的个数和跳频速率决定了系统的抗干扰能力。从原理上说，跳频电台的可变频率合成器与普通的频率合成器没什么大的差别，但有两个特点。一是受跳频序列控制，跳频数越多则扩展的频率越宽，系统的处理增益就越大：二是能足够快的跳变频率，使系统能够很快跳频电台

13、同步技术研究的从一个频率跳到另一个频率，躲避来自外部的转发性干扰。跳频系统对频率合成器的要求比较苛刻，即要求频率合成器输出频谱纯，可供选用的频率数足够大，频率转换时间短（跳变快），频率锁定时间小，跳频图案转换速度快等。目前频率合成主要有三种方法【】【】：直接模拟合成法（）、锁相环合成法（）和直接数字合成法（）。其中，直接数字合成（）是近年来迅速发展起来的一种新的频率合成方法，与其它频率合成方法相比，它的优点是：简单可靠、控制方便，相位连续，频率分辨率高，频率转换速度快。另外还具有价格低廉和工作方式灵活可变等优点。）跳频序列在跳频通信系统中通过跳频序列来控制频率跳变实现频谱扩展，除此之外，在跳频

14、组网时，采用不同的跳频序列作为地址码，发信端根据接收端的地址码来选择通信对象。当许多用户在同一频段同时跳频工作时，跳频序列是区分每个用户的唯一标志。因此，跳频序列设计的好坏直接关系到跳频系统的整体性能【】。在设计跳频序列时，通常应考虑下述要求：（）每一个跳频序列都可以使用频率集合中的所有频率，以实现最大的处理增益。（）跳频序列集合中的任意两个跳频序列，在所有相对时延下发生频率重合的次数尽可能少，也就是要求两跳频序列的互相关越小越好。（）跳频序列集合中的任意跳频序列，与其平移序列的频率重合次数尽可能少，也就是要求跳频序列自相关越小越好。（）为了有更多的跳频序列以供用户使用，实现多址通信，要求跳频

15、序列集合中的序列数目尽可能多。（）跳频序列族的数量尽可能多，在实际中可以更换使用，这样可以提高跳频系统的保密性能。（）在某些工程应用中。要求跳频序列能控制实现宽间隔跳频，即要求在相邻的时隙里发射的两个载波的频率间隔大于某个规定的值。（）为了使跳频系统具有良好的抗干扰性能，应使各频率在一个序列周期中的出现的次数基本相同，这称为均匀性。（）跳频序列应具有较好的随机性和较大的线性复杂度，以使干扰方不能利用以前传输的频率信息来预测当前和以后的频率。（）跳频序列的产生电路比较简单。以上这些要求只是设计跳频序列时的一般原则，其中有些要求是相互制约的。）跳频同步跳频电台之间要实现正确的信息传递，它们必须互相

16、同步，必须在相同的时第章绪论刻使用相同的频率，要实现这一点必须通过同步系统，这是跳频系统的关键之一。同步性能的好坏对于整个通信系统性能有极大的影响，因此，要求同步系统具有较强的隐蔽性和可靠性，较高的同步概率和较短的同步时间以及不存在明显的射频特征等特点。跳频同步是本文的研究内容，详细的内容见后面的章节。本文内容安排本文的章节内容安排如下：第一章介绍了跳频通信的研究背景和意义，跳频电台的发展现状和未来的发展方向，最后简单的介绍了一下跳频电台中的关键技术。第二章介绍了扩频通信的相关理论基础，对跳频通信系统的组成做了介绍，对本文的研究内容一跳频同步做了详细的介绍。第三章设计了一种基于时间信息的跳频同

17、步方法，具体包括同步信息格式及发送接收过程，并对这种同步方法的性能进行了数学分析。第四章以同步法为基础，采用分级扩散的思想来实现全网电台同步，并给出了一套相应的同步管理方案。最后利用仿真工具模拟验证了整个跳频同步过程及方案的可行性。第五章总结了本文的主要工作，并对其中需要进一步研究的内容进行了介绍。第二章跳频通信系统相关理论第二章跳频通信系统相关理论这一章主要介绍了跳频通信系统的相关理论基础。首先介绍了扩频通信的基本概念和扩频通信抗干扰的理论依据；然后介绍了跳频通信系统的数学模型和跳频通信的优点，最后对本文的研究内容跳频同步做了详细的介绍。扩频通信扩频通信的基本概念频谱是电信号的频域描述。运载

18、各种信息（如语音、图象、压强、温度、数据等）的信号一般都是以时域来表示，即表示为一个时间的函数（）。信号的时域表示式（）可以用付里叶变换得到其频域表示式（）。频域和时域的关系由下式确定】：茜（咖信号频域和时域关系为（）（）删卉式式中。函数厂（）的付氏变换存在的充分条件是广（）必须为有限值。有相当一些（），其付氏变换并不存在，可以把付氏变换推广为拉氏变换。这时南凡咖，（）（）叫式中变量叮，。拟）在频域中观察和分析扩展频谱信号，将带来一定的方便。扩展频谱通信是一种信息传输方式，其信号所占有的带宽远大于被传输信息必需的最小带宽。在发送端将待传输信息的频谱用某个特定的扩频函数扩展成为宽频带信号，送入信

19、道中传输；在接收端再利用相应手段将其压缩，从而获取传输信息的通信系统。也就是说在传输同样信息时所需的射频带宽，远比我们已熟知的各种调制方式要求的带宽要宽得多。扩频带宽至少是信息带宽的几十倍甚至几万倍。信息已不再是决定调制信号带宽的一个重要因素，调制信号的带宽主要由扩频函数决定。跳频电台同步技术研究扩展频谱通信定义包含以下三方面的意思：（）信号的频谱被展宽传输任何信息都需要一定的带宽，称之为信息带宽。例如人类语音的信息带宽为，电视图像信息带宽为数。为了充分利用频率资源，在无线电通信中，系统射频信号的带宽常常被设计成与所传信息的带宽相近。如用调幅信号来传送语音信息，其带宽为语音信息带宽的两倍；电视

20、广播射频信号带宽也只是其视频信号带宽的一倍多。这些都属于窄带通信。普通的调频信号或脉冲编码调制信号，其带宽与信息带宽之比也只有几到十几倍。而扩展频谱通信的信号带宽与信息带宽之比高达，属于宽带通信。（）采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱根据理论推导可知，在时间上有限的信号，其频谱是无限的。例如很窄的脉冲信号，其频谱则很宽。信号的频带宽度与其持续时间近似成反比。周期为微秒的脉冲信号，其带宽约为。因此，如果用窄脉冲序列与所传信息相乘，则可产生很宽频带的信号。后面介绍的直接序列扩频系统就是采用这种方法获得扩频信号。这种很窄的脉冲码序列，其码速率非常高，称为扩频码序列。需要说明的一点是所采用的扩频码

21、序列与所传信息数据是无关的，也就是说它与一般的正弦载波信号一样，丝毫不影响信息传输的透明性，扩频码序列仅仅起扩展信号频谱的作用。（）在接收端用相关解调来解扩正如在一般的窄带通信中，已调信号在接收端都需通过解调来恢复所传的信息。在扩频通信中，接收端采用一组与发送端相同的扩频码序列和收到的扩频信号进行相关处理，实现解调并恢复所传的信息。换句话说，相关解调起到解扩的作用，即把扩展以后的信号又恢复成原来所传的信息。这种在发端把窄带信息扩展成宽带信号，而在接收端又将其解扩成窄带信息的处理过程，会带来一系列优点。弄清楚扩频和解扩处理过程的机制，是理解扩频通信本质的关键所在。扩频通信的理论基础扩频通信的可行

22、性，是从信息论和抗干扰理论的基本公式中引申而来的。香农定理指出【】：在高斯白噪声干扰条件下，通信系统的极限传输速率（或称信道容量）为×）式（）式（）中：为信号带宽（）为信号平均功率（）为噪声功率（）第二章跳频通信系统相关理论若白噪声的功率谱密度为，则信道容量：蒯（）由式（）和式（）以看出：的带宽（）或增加信噪（）来实现。式（）（）要增加系统的信息传输速率，即增加信道容量，可以通过增加传输信号（）对于一个给定的信道容量而言，既可以用增大信道带宽同时相应降低信噪比的办法达到，也可以用减小信道带宽同时相应增大信噪比的方法实现，信道容量可以利用带宽和信噪比的互换而保持不变。这就是说，如果增加

23、频带宽度，就可以在较低信噪比的情况下用相同的信息率以任意小的差错概率来传输信息。甚至在信号被噪声淹没的情况下，只要相应地增加信号带宽，也能保持可靠地通信。这一公式指明了采用扩展频谱信号进行通信的优越性，即用扩展频谱的方法以换取对信噪比要求的降低。（）当带宽（）增加到一定程度后，信道容量不可能无限制地增加。因此，在无差错传输的信息速率不变时，如信噪比很低（很大），则可以用足够宽的带宽来传输信号。又指出在高斯噪声的干扰下，实现有效而且可靠传输的最佳通信信号是具有白噪声统计特性的信号【】，这是因为高斯白噪声信号具有理想的自相关特性，其功率谱为（，叻之它的自相关函数为一式（）（）石其中厂，为时延，（）

24、，（）船）蓑鬻三：云爵）柳）式（。）白噪声的自相关函数具有艿（）函数的特点，说明它具有尖锐的自相关特性。但是对于自噪声信号的产生、加工和复制至今仍存在着许多技术困难。然而人们已经找到了一些易于产生又便于加工和控制的伪噪声序列如序列、序列等，它们的统计特性逼近于高斯白噪声的统计特性。所以用伪随机码扩展待传输的基带信号频谱的扩展频谱通信系统，优于常规通信体制。哈尔凯维奇从理论上又证明】：要克服多径衰落干扰的影响，信道中传输的最佳信号形式也是具有白噪声统计特性的信号形式。我们用扩频函数逼近白噪声跳频电台同步技术研究的统计特性，因而扩频通信具有抗多径干扰的能力。扩展频谱技术正是利用这些原理，通过行之有

25、效的方法实现带宽与信号噪声功率比的互换，当特别大时，特别小，甚至可以小于，即信号淹没在噪声下也可以无差错地恢复出来。扩展频谱可以使信号功率较低，不易被敌人所探测截获，而敌方施放的干扰也被扩频通信接收端的解扩器扩展，落在接收滤波器内的干扰被削弱许多倍，从而起到抗干扰的效果。扩展频谱换取信噪比要求的降低，正是扩频通信的重要特点，并由此为扩频通信的应用奠定了基础。扩展频谱的方式扩频通信的一般框图如图所示【】。图扩频系统物理模型在发送端，信源产生的信号经过第一次调制信息调制，成为数字信号，再进行第二次调制扩频调制，即用一个扩频码将数字信号扩展到很宽的频带上，然后进行第三次调制，把经扩频调制的信号搬移到

26、射频上发送出去。在接收端，收到的宽带射频信号，首先经过一个高频放大器，然后通过混频器下变频至中频，然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去解扩。最后经信息解调，恢复成原始信息输出。由此可见，一般的扩频通信系统都要进行三次调制和相应的解调。一次调制为信息调制，二次调制为扩频调制，三次调制为射频调制，以及相应的信息解调、解扩和射频解调。与一般通信系统比较，扩频通信多了扩频调制和解扩部分。按照扩展频谱的方式不同，现有的扩频通信系统可分为：直接序列（）扩频、跳频（）、跳时（）、线性调频（），以及上述几种方法式的组合【】【。（）（）扩频简称直扩，就是直接用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱。而

27、在收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。常用的扩频调制解调器是平衡调制器，直扩后的信号能量主要集中在二倍于扩频码序列频谱的频带内。（）（）跳频，比较确切的意思是用一定码序列进行选择的多频率频移键控。也就是说，用扩频码序列去进行频移键控调制，使载波频率不断地跳变，所以称为跳频。第二章跳频通信系统相关理论简单的频移键控如，只有两个频率，分别代表传号和空号。而跳频系统则有几个、几十个、甚至上千个频率，由所传信息与扩频码的组合去进行选择控制，不断跳变。在某一小的时间段内，跳频调制的信息频谱中心位于跳频中心频率，而宽度取决于驻留时间的长短，但从宏观上讲，跳频信号也是宽带的

28、。后面将详细介绍跳频通信系统。（）（）是使发射信号在时间轴上跳变，先把时间轴分成许多时间片，在一帧内哪个时间片发射信号由扩频码序列控制，跳时与时分系统不同，它不是在一帧中固定分配一定位置的时片，而是由扩频码序列控制的按一定规律跳变位置的时片。可以把跳时理解为用一定码序列进行选择的多时片的时移键控。（）方式，即宽带线性调频（）如果发射的射频脉冲信号在一个周期内，其载频的频率作线性变化，则称为线性调频。因为其频率在较宽的频带内变化，信号的频带也被展宽了。这种扩频调制方式主要用在雷达中，但在通信中也有应用。（）混合方式单独的、或均有不足的一面，如果在上述几种基本的扩频方式的基础上，将其组合起来，构成

29、各种混合方式，则可以达到取长补短的效果，而且便于工程实施。例如系统，就是一种中心频率在某一频带内跳变的直接序列扩频系统。方式，它相当于在扩频方式中加上时间复用。采用这种方式可以容纳更多的用户。在实现上，本身已有严格的收发两端扩频码的同步，加上跳时，只不过增加了一个通一断开关，并不增加太多技术上的复杂性。对于，它把三种扩频方式组合在一起，在技术实现上肯定是很复杂的，但是对于一个有多种功能要求的系统，、可分别实现各自独特的功能。跳频通信系统跳频通信系统的物理模型如图所示【】【，在发送端，用信源产生的信息流去调制频率合成器产生的载频得到射频信号。频率合成器产生的载频受伪随机码的控制，按一定规律跳变。

30、在接收端，接收到的信号与干扰经高放滤波后送至混频器。接收机的本振信号也是一频率跳变信号，跳变规律是相同的，两个合成器产生的频率相对应。只要收发双方的伪随机码同步，就可使收发双方的跳频源频率合成器产生的跳变频率同步，经混频后，就可得到一个不变的中频信号，然后对此中频信号进行解调，就可恢复出发送信息。跳频电台同步技术研究回一（）发迸郁分（）接收部分图跳频系统物理模型跳频通信的数学模型跳频通信系统可用图所示的跳频系统数学模型来进行分析【】。（）是信息数据信号，载波为（，伤），哆和哆：（）时间段内的频率和相位，随可变频率合成器输出的改变而改变，受跳频序列控制，是时间的函数，（仍）（，）（）接收（）发送

31、图跳频系统数学模型乏为每跳驻留时间（驻留时间是指频率保持不变的时间）。跳频系统的发射信号可写为）（）（竹）那么，跳频系统接收机接收的信号式（）（），（）（）（）（）式（）式中，是在同一宽带信道中，同时发射信号的跳频发射机数，又称同时多用户数。和是第个发射机在，（歹）时间段内发射信号的频率和初相。（）是外部干扰，（）是高斯白噪声。接收机要接收第个发射机发送来的信息信号（），使用本地载波（，就，）去解调，解调输出为式（）第二章跳频通信系统相关理论形（）（）（，仍）（，积）鸭（）（）（）式（）（）（，；）刀（，）“访）如果在歹（，）时间段内，接收机本地载波西，与第发射机发送来的频率正好满足，一式（）

32、式（）那么式（）的第一项变为）（）（妒）式中，一？妒仍一仍，式（）该信号经过混频器后的中频滤波器（中心频率，带宽），可获得第发射机发送来的信息信号（）。解调输出式（）的第二项（）（）（），一“）（一破瑚三，式（）、一一一，（）（）；）式中，哆嘞一？，仍一鸭，式（）只要在，乏征时间段内，有，一面，式（）即除第发射机外，其它（）个发射机在，疋（）乏时间段内使用的载频，都不会与接收机本地载波频率正好相差为中频。这样，暇（）信号在中频滤波器的通带之外，会被滤波器滤掉，对（）的接收不会造成影响。外部干扰信号，（），在，疋（，）瓦时间段内，如果与第发射机发射频率，不同，则接收混频后不会产生的中频信号，对）

33、解调不会干扰。如（）的频率（或频带）与跳频系统的个跳变频率（或频带）中的某一个相同，则在该频率（或频带）上会造成干扰。因此，对有与跳频系统单个跳频带宽相同的外部干扰信号，）来说，能造成干扰的概率为尸÷式（）当非常大时，干扰概率心就非常小。如外部干扰信号频带分布在跳频系统的整个频带上，干扰信号总功率为弓，那跳频系统的每个跳变频带都会受到干扰，但分配到每个跳变频带的干扰功率为总功率的，即下降倍，仅为。因跳频电台同步技术研究此，外部干扰信号，（，）对，（）解调的干扰效率为。跳频系统有极强的抗外部干扰能力，比常规通信系统的抗干扰能力增强了倍。（）是高斯白噪声，对跳频通信系统的干扰和影响，与通

34、常的（窄带）通信系统相同。跳频通信的优点与传统的通信方式相比，跳频通信系统主要具有如下特点】【：（）具有抗干扰能力。在电子战环境中，跳频通信系统是一种抗干扰能力较强的无线电通信系统，能有效地对抗频率瞄准式干扰；只要跳频频率数目足够多，跳频带宽足够宽，就能较好地对抗宽频带阻塞式干扰；只要跳频速率足够高，就能有效地躲避频率跟踪式干扰。（）具有低截获概率。跳频信号是一种低截获概率信号。载波频率的快速跳变，使敌方难以截获信息；既使敌方截获了部分载波频率，由于跳频序列的伪随机性，敌方也无法预测跳频电台将要跳变到哪一频率。因此，敌方很难有效地截获到通信信息。（）具有抗衰落能力。载波频率的快速跳变，具有频率

35、分集的作用。只要跳变的频率间隔大于衰落信道的相关带宽，并且跳频时隙宽度又很短，跳频通信系统就具有抗衰落的能力。（）具有多址组网能力。利用跳频序列的正交性，可构成跳频码分多址系统，共享频谱资源。在通信网中，采用不同的跳频序列作为地址码，发射机可根据接收机的地址码选择通信对象。（）易于与窄带通信系统兼容。从宏观看，跳频通信系统是一种宽带系统；从微观看，它又是一种瞬时窄带系统。跳频通信系统可以使用固定频率工作，因此能与普通电台互通信息。普通电台加装抗干扰的跳频模块，也可以变成跳频电台。跳频系统的关键技术主要包括频率合成器设计、跳频序列设计、跳频同步的实现。跳频同步跳频同步的概念正确接收跳频信号的前提

36、条件是收发双方必须实现跳频同步，即跳频接收机与跳频发射机在相同的时刻使用相同的频率。这样接收信号的频率与本地频率合第二章跳频通信系统相关理论成器产生的频率经过混频以后才能得到正确的中频频率，然后从中解调出信息信号，否则不能正确解调出信息信号。图频率变化图如图所示，如果发射机在一时间段内载波频率使用，在时间段内载波频率使用最，在时间段内载波频率使用那么接收机在一时间段内载波频率也必须使用，在时间段内载波频率使用龟，在时间段内载波频率使用否则接收机不能正确接收发射机发送的信息。跳频同步的内容包括：跳频频率表相同；跳频序列相同；跳变的起止时刻相同。也就是说，为了实现收发双方的跳频同步，接收机必须获得

37、发射机的有关跳频同步的信息，这些信息包括采用哪一张跳频频率表，采用什么样的跳频序列，在什么时刻哪一个频率上开始起跳，并且还需要不断地校正接收机本地时钟，使其与发射机时钟一致。在实际应用中，跳频频率表和跳频序列是由通信双方预先约定好的，但由于收发信机之间的距离不能确定，这就导致了时间上存在差异；又因为振荡器频率漂移、多普勒频移等因素也会引起收发双方在频率上存在差异。同步的过程就是消除以上时间和频率差异的过程，以保证收发双方载波、码元、帧结构的一致性。图未同步的情况分析图（）中发送端与接收端的每跳的起跳时间同步，但是频率变化规律不一样，即频率不同步；图中收发双方虽然频率变化规律一样，但是每跳的起跳

38、时间不一致；这两种情况都不能够正常通信。只有如图所示时，收发双方才能够正常通信。跳频电台同步技术研究频率。历，缄易例丌缎臣；勿发送一接收图收发双方同步跳频同步性能的好坏对于跳频通信系统性能有极大的影响。跳频同步的要求是：自动、迅速、可靠、能抗干扰、失步后能迅速同步。跳频同步技术分类跳频通信同步技术可分为两大类：外同步法和自同步法；外同步法包括精确时钟定时法和同步字头法】【】。、精确时钟定时法这种方法用高精度时钟实时控制收发双方的跳频图案，即实时控制收发双方的频率合成器的频率的跳变，由于产生跳变频率的方法是相同的，唯一不知道的是时间，若收发双方都保持时间一致，且通信距离已知，则可保证跳频图案的同

39、步。跳频图案同步受到时钟稳定性及移动距离变化引起的不确定性的影响假如我们采用的时钟频率稳定度为，每一跳的驻留的时间瓦为，即跳频的速率在跳秒左右。系统同步后保持跳的所用时间为：，）秒、时式（）只要累积不超过一跳的时间，接收方仅需要收到一跳中的少量信息，就可以完成初始同步，作为一般的通信，特别是在跳频速率很低的情况下可以采用，但如果是用在战场通信则不合适。这种方法还可以采用更高的频率稳定度时钟用于减少收发双方的伪随机码相位的不确定性，具有同步快、准确以及保密性好的性能，是跳频通信中常用的一种同步方法。、同步字头法将带有同步信息（如时间信息）的同步字头置于跳频信号的最前面，或在信息的传输过程中，离散

40、地插入这种同步字头，收端根据同步字头的特点，可以从接收到的跳频信号中将它们识别出来，作为调整本地时钟或伪随机码发生器之用，从而使收发双方同步。与这种方法相配合，接收机可处在等待状态，即在某一固定频率上等待同步头的到来，或对同步头频率进行扫描搜索。第二章跳频通信系统相关理论这种同步方法具有同步搜索快、容易实现、同步可靠等特点，是比较常用的同步方法，但是这种同步方法的同步字头的抗干扰性和隐蔽性能比较差。通常的做法是采用自相关特性好的序列作为同步码码字，并对它进行前向纠错编码。同步头信号可用所占用频段的任一频道进行传输，这可由基本密钥控制。同步信号按周期传送，在时间间隔上是不规则的。其缺点是，如果同

41、步字头受到干扰，则整个系统将无法工作。、自同步法自同步法是将同步信息离散地插入跳频信号的一个或多个频率中，接收机从这些频率中将离散的同步信息提取出来，用来调整接收机的有关参数，从而完成同步。发送同步信息的帧格式如图所示。口衰示同步信息图同步信息帧格式、外同步法和自同步法比较外同步法的主要优点是同步快，同步概率高，更适合于特殊通信的要求，为了进一步提高同步系统的性能，通常将精确时钟定时法和同步字头法两种方法结合起来。外同步法总的不足在于发送方发送同步信息时不能发送信号，因而需要占据发射信号的功率和一定的带宽。自同步法可自动、迅速地从接收到的跳频信号中提取同步信息，不需要同步头，可以节省发送功率和

42、带宽，而且具有较强的抗干扰能力和组网灵活的优点，但其同步时间相对于外同步法要长。跳频同步抗干扰性能要求衡量同步系统性能的优劣，主要应考虑两个方面【】：（）跳频同步的可靠性；（）同步过程的抗干扰性能。同步系统的可靠性包括同步的建立时间、同步概率、伪同步概率和系统同步保持时间等指标。一般来说，跳频同步建立时间越短越好，同步保持时间越长越好；正确同步的概率要高，伪同步的概率要小。这样才能使跳频系统成为一个快速、稳定和可靠的同步系统。跳频电台同步技术研究同步系统的抗干扰性包括抗人为干扰和噪声干扰。采用跳频技术就是要提高系统的抗干扰性，特别是在电子战的环境中，主要是抗敌方的人为干扰。因此，要求同步信息的

43、传递要隐蔽、快速【】【】。抗人为干扰需考虑如下几点：（）尽量缩短同步信号在空中的暴露时间，使敌方难以在很短的时间内发现同步信号；（）在多个跳变频道上传送同步信息时，需增大同步频率的随机性，使敌方难以侦察；增大跳频带宽；使敌方难以在带宽内施放干扰：（）频率跳变的速率要快，使跳频信号的驻留时间变短，可防止跟踪式干扰，从而保护同步字头；（）尽量使同步信息的信号特征与通信信息的信号特征一致，以致敌方难以区分同步信息，或人为地发出伪同步信息以迷惑敌人，从而提高对同步信息的保护能力。抗噪声干扰需考虑如下几点：（）同步信息本身的差错控制，如纠错编码、多次重发、相关编码和交织等；（）同步认定的算法控制，即经过

44、多次同步检测后才认定系统同步的策略，并选择最佳的检测次数；（）同步状态下的失步算法控制，即经过多次失步检测后才确定系统已失步并选择最佳的检测次数。本章小结本章主要介绍了跳频通信系统的理论基础。首先介绍了扩频通信的基本概念，分析了扩频通信抗干扰的原理，介绍了目前比较常用的扩频方式并对每种方式做了简单的介绍；利用数学模型重点分析了跳频通信系统的抗干扰性能，最后对跳频通信系统中的关键技术跳频同步做了详细的介绍，包括目前常用同步方法，同步的性能要求。第三章跳频同步方案设计第三章跳频同步方案设计第二章主要介绍了跳频通信系统的理论基础，其中详细的介绍了其关键技术跳频同步，并介绍了几种常用的同步方法。本章中

45、，设计了一种基于时间信息（）的同步字头法作为同步方法，该方法具有同步时间快、同步概率高、随机性好的特点。本章中给出了具体的同步方案，最后对本同步方案的同步性能做了简单的分析。同步法同步法介绍所谓的“”信息（）就是跳频电台的实时时钟信息，实时时钟信息包括年、月、臼、时、分、秒，毫秒、微秒、毫微秒等。以每一跳的时间为单位，其计数的时钟由系统高精度的时钟源提供，这样可以减少收发时钟之间的误差。在跳频通信中，为了进一步提高跳频电台的抗干扰性和通信的保密性能，跳频电台的频率随着时间的变化而变化。如图所示：图跳频系统频率合成框图在图中，时间信息和原始密钥数据作为伪随机码发生器的输入，经过非线性相关运算以后

46、确定一个频率号，频率合成器根据这个频率号合成对应的频率。在收发的双方，因为伪随机码的产生方法、原始密钥数据，通信双方都是预先知道的，只是不知道双方的信息，如果知道了对方的信息，那么根据这种方法产生的频率就一样，同样收发双方的跳频图案也就一致了，由此可见，跳频同步的问题就转化为信息同步的问题。基于的同步字头法就是发送方利用同步头频率把自己的时间信息发送给接收方，接收方通过接收对方的信息来修改本地的使之与发送方相等，从而实现跳频同步。跳频电台同步技术研究格式设计本方案采用一种非线性的时间表示格式，将时间信息分成部分来表示，即高段和低段，分别记为和。以分钟为计时单位，共数据，以跳为基本计时单位。每记

47、满一分钟向进位一次。的最大计时为分钟，计时单位以跳为单位，所以所需要的位长与电台的跳频速率有关。以每秒跳的跳频速率来计算，即每一跳，那么分钟秒，跳。即的设计需要能够表示至之间的数，这个需要来表示。所以所需要的位长为。高段低段图格式的位长为，且计时单位为分钟，故能够表示的最大时间为分钟分钟，一年有分钟（），能表示年之久，可见的位长足以满足我们的系统要求。同步头频率的算法跳频频率按照功能不同可以分为同步头频率和数传频率，传输同步信息时使用的频率称为同步头频率，而传输数据时使用的频率称为数传频率。同步头频率和数传频率的计算方法不一样。同步头频率是由、原始数据密钥经过相关运算得到的；而数传频率则是由、原始数据密钥一起经过相关运算得到的。假设每分钟给进位一次，同步头频率有个，记为、厶、。它们与当前的对应关系为：由计算岛，计算，计算最计算厶如果两个电台的相等，则计算