超短波自适应跳频系统的设计与实现

目前，军事通信传递的信息，已从发送简单的指挥命令发展到诸如雷达探测的数据、计 算机计算结果、高速图像传真信息和数字话音加密信息等一些要求较高的数字数据信息。因 此，对调制解凋终端设备和通信系统提出了越来越高的要求。为了提高发信设备传输话音信 号时的发射效率，在调制体制、信号检测、传输速率三个主要方面发展了许多新的技术。如 传输速率的自适应技术、信号检测的各种软判决技术、自适应均衡、最大似然序列检测、准 最人似然序列估值等。此外，跳频技术、扩频通信系统以及天线自适应调零等多种新技术， 也陆续在军事短波、超短波通信领域发挥作用。
浙江走学硕士学住论吏 的战争，于是人们开始寻找新的无线电通信实现片法。
ｒ面给出了无线通信网络组织与相应软什复杂度之间的关系图。其中软件复杂度采刖十 万行代码（ＬＯＣ）作为评估单位。
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图１ 网络组织、信道数据速率与程序复杂度的关系 由幽可以清楚的了解，随着通信网络从点对点通信，到对等网络传输，再到现代多波段、 多模式通信，需要越来越复杂的软件去满足系统的各种控制及空中接［Ｚｌ的复杂性要求。这也 意味着通信系统将从单一的硬件实现向通用平台加可重配置的软件实现方向发展。
第三章针对普通跳频电台在新环境下的不足，提出了自适应跳频的思路，综合应用频点 替换，ＦＣＳ单频通信等自适应措施躲避下扰。在无法避免干扰的情况下，采用差错控制技术 提高通信的可靠性。
第四章叙述了自适应跳频的具体实现结构和流程。本章内详细叙述了跳频数据的帧结构 和同步方法，以及各种模式下的自适应处理流程。接着介绍了系统实现的硬件平台，及初步 测试结果。最后指出系统需要进一‘步完善的地方。
ａｖｏｉｄｌｅｓｓ ｊａｍｍｉｎｇ，ｆｏｒｗａｒｄ ｅｒｒｏｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｒａｉｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｐｅｎｄａｂｉｌｉｔｙ，
Ｃｈａｐｔｅｒ ４ ｄｅｐｉｃｔｉｏｎｓ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｔａｔｅ ｆｌｏｗｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｃｈａｐｔｅｒ，ｔｈｅ ＦＨ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｌｏｗｓ ｏｆ ＳＦＨ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｒｅ ｅｘｐａｎｄｅｄ ｏｎ．Ｔｈｅｎ，ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｓ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｒｄ ｐｌａｔｆｏｒｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｔｅｓｔ．Ｔｈｅ ｌａｓｔ ｐｏｉｎｔｓ ｏｕｔ ｔｈｅ ｔａｃｈｅ ｔｈａｔ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ．
【关键词】 抗干扰技术，自适应跳频，ＦＣＳ（空闲信道搜索），软件无线电
浙江赶学硕士擘住爸之
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－Ｈｏｐｐｉｎｇ（ＦＩ｛）ｉｓ ａ ｎｏｖｅｌ ｓｐｒｅａｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．ｗｈｉｃｈ ｄｅｖｅｌｏｐｓ ｖｅｒｙｆａｓｔｉｎｍｉｌｉｔａｒｙｆｉｅｌｄｄｕｅｔｏ ｉｔｓＬＰＦＬＰＤ（ＬｏｗＰｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｏｆＩｎｔｅｒｃｅｐｔ／Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ） ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｉｍｍｕｎｉｔｙ ａｇａｉｎｓｔ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｓ．Ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＨＦ，ＶＨＦ（ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ／ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ—ｈｏｐｐｉｎｇ ｒａｄｉｏｓ ｉｎ ｍｉｌｉｔａｒｙ ｈａｓ ｇｒｅａｔｌｙ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｔｈｅ
Ｃｈａｐｔｅｒ １ ｉｎｔｒｏｄｕｅｅｓ ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｇｅｎｅｒａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ＨＦ／ＶＨＦ ｃｏｎｍｍｎｉｅａｔｉｏｎ ａｎｄ ＨＦ／ＶＨＦ Ｐａｄｉｏｓ ｉｎ ｍｉｌｉｔａｒｙ ｆｉｅｌｄ．Ｔｈｅｎ，ｗｅ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｗａｙｏｆｎｅｗｍｉｌｉｔａｒｙ ｓｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｌａｓｔｇｉｖｅｓｔｈｅｔａｒｇｅｔ ｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒ．
Ｃｈａｐｔｅｒ ２ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ｈｏｐｐｉｎｇ ａｎｄ ＧＭＳＫ，ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ ｇｉｖｅｓ ｏｕｔ ａ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆＦＨ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．
Ｐｏｉｎｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔａｇｅ ｏｆ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ＦＨ ｓｔａｔｉｏｎ ｉｎ ｎｅｗ ｗａｒ ｆｉｅｌｄ ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅ，ｃｈａｐｔｅｒ ３
浙江大学 硕士学位论文 超短波自适应跳频系统的设计与实现 姓名：马小骏 申请学位级别：硕士 专业：信号与信息处理 指导教师：陈文正
20040208
浙江走学礓士学位论史
摘要
跳频技术是扩频技术的一种，是８０年代以来出现的一种新的通信方＿式。跳频通信具有 良好的抗干扰性，低截获概率及组网能力，因此跳频技术的‘出现，艇在军事领域得剑了极 人的发展。采用跳频技术的短波超短波电台在军事通信中得到了广泛应用，极大地提高了军 事装器的抗截获和抗干扰能力，保证了军事指挥系统的安全和有效性。
ａｂｉｌ时ｏｆｍｉｌｉｔａｒｙ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ａｇａｉｎｓｔｊａｍｍｉｎｇ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｖａｌｉｄｉｔｙ
ｏｆｃｈａｉｎ ｏｆｍｉｌｉｔａｒｙ ｃｏｍｍａｎｄ．
Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｗｉｔｈ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｄｅｍ ｓｉｎｇｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ＦＨ ｓｔａｔｉｏｎ ｈａｓ ｃｏｕｌｄ ｎｏｔ矗Ｕ ｔｈｅ ｗａｎｔｓ ｏｆ ａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ｎｅｗ ｗａｒ ｆｉｅｌｄ ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅ． Ｍｏｄｅｍ ｍｉｌｉｔａｒｙ ｔａｃｔｉｃｓ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｉｔｙ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｒａｉｓｅｓ ｍａｎｙ ｎｅｗ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｍｕｌｔｉ－ｍｏｄｅ，ｍｕｌｔｉ—ｂａｎｄ，ａｎｄ ｅｘｐａｎｄａｂｌｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｅｔｃ．Ｓｏ，ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｎｅｗ ＦＨ ｓｔａｔｉｏｎ ｈａｓ
近年来在军用通信领域中，无线通信技术获得了巨大发展。随着技术的发展，军用电台 经历了从模拟到数字化，从点对点的通信到网络化的发展。在上世纪末，ＨＦ－ＡＬＥ、 ＡＴＣ—ＶＨＦ／ＨＦ、ＤＬｉｎｋｌｌｌｌ２／１４／１６等各种数据链相继出现并在陆海空各军种中广泛廊用，用 于信号监听和分析的宽带数字化接收机也相继出现。但是问题也日益出现，由于各个电台的 波段、传输速率、调制方式等各不相同，其相互问通信十分不便，这给各军种联台协同作战 带来困难。单一模式的电台和数据链平台显然已经不能满足未来建立在高度信息共享基础Ｅ
在众多的业务类别中，军事领域一直是短波、超短波通信最重要的应州范围。在这一通 信领域的儿次重大的技术突破，其原动力都来自军事市场。由于军事卫星通信手段在未来战 争中易被摧毁且难以紧急修复等弱点，人们对无线短波、超短波通信的军事价值有了新的认 识，所以，目前乃至今后军事领域的通信仍将短波和超短波通信最重要的市场。
ｇｉｖｅｓ ｎｅｗ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｄｅａｓ ｏｆ ｓｅｌｆ－ａｄａｐｔａｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈｏｐｐｉｎｇ（ＳＦＨ）．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅｓｅ ｉｄｅａｓ，
ｄａｔａ ａｒｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ ｗｉｔｈ ＳＦＨ ｍｏｄｅ ｏｒ ＦＣＳ ｍｏｄｅ ｏｒ ＭＩＸ ｏｆ ｐｒｅｃｅｄｉｎｇ ｍｏｄｅ．Ａｇａｉｎｓｔｒａｔｅｇｙ．
Ｓｏｆｔｗａｒｅ ｒａｄｉｏ ｔｈａｔ ｃａｒｒｉｅｓ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ，ａｎｄ
ｓｙｓｔｅｍ ｏｐｅｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａ ｈｏｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｗｏｒｋ ｏｆ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ａ ｓｅｌｆ－ａｄａｐｔａｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈｏｐｐｉｎｇ ｓｔａｔｉｏｎ ａｄａｐｔｉｎｇ ｔｏ ｎｅｗ ｍｉｌｉｔａｒｙ ｒｅｑｕｉｓｉｔｉｏｎ．
术（ＦＨ．ＳＳ）其关键参量是作为时间函数的载频；等等。 ≯ 空间处理。如采用自适应天线调零技术，当接收端受到干扰时，使其天线方向图零点自
动指向干扰方向，以提高通信接收机的信干比。 ≯ 时间处理。如猝发传输技术，由于通信信号在传输过程中暴露的时问很短暂，从而大火
［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇ，ｓｅｌｆ－ａｄａｐｔａｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈｏｐｐｉｎｇ（ＳＦＨ），Ｆｒｅｅ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｅａｒｃｈ（ＦＣＳ）
Ｓｏｆｔｗａｒｅ ｒａｄｉｏ
２
浙江走学硕士擘住论走
第一章绪论
本章汁先介纠了无线通信技术在军事领域的应刚。其次分析了通信抗干扰的重要形式 跳频通信技术以及自适应技术的基本原理。接着介绍了新型电台的特点及现代全数字器件实 现的软什无线电方式。最后介纠了系统设计目标和本文的主要丁作。
现代战争是饧高技术较嚣的电子战争，通信已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。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。 冈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。这就大大推动了军事通信系统和装备的技术进步。
近几年来，由于现代信号处理的发展，通信对抗的激烈程度进一步加强，普通跳频电台 已经不能满足新环境下的抗干扰，高可靠性的要求。现代战术协同通信也对军用电台提出多 模式、多速率、可扩展等许多新的要求。因此，研制新型跳频电台具有十分重要的战略意义。
具有良好通用性和可扩展性的软件无线电技术目前已成为研究热点，其特点非常符合现 代军事通信所关注的设备协同性，软件可编程性及系统开放性等多项要求。本文的工作就是 在软什无线电的架构下实现一种适应现代军事新要求的自适应跳频电台。
第一章介绍了超短波通信和超短波跳频电台在军事领域中的广泛应用及其发展概况。接 着分析了新型军Ｊ｝｝ｊ电台的技术要求及发展方向。最后根据这些要求提出了本文工作的目标和 基本要求。
第二章研究了跳频系统的基本原理和参数特征。并根据对实际战场中的干扰分析和数信 同步ｎｑ特点给出了一种跳频同步方法和数据传输机制。
§１．２通信抗干扰技术一跳频通信
在电子对抗中，谁赢得了通信的主动权，谁就可以取得战争的胜利。抗干扰通信是电子 战的一部分，国外许多国家都非常重视通信抗干扰技术的发展，都投入大量人力、物力，财 力进行通信抗干扰技术的研究。
‘般说，通信抗干扰的基本体系、方法、措施可分为三类： ＞ 信号处理。如直接序列扩频技术（ＤＳ－ＳＳ），其关键参量是作为时间函数ｆ冉相位：跳频技
§１．１军用无线通信技术的发展
超短波通信是指利用３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ超短波频段电磁波进行的无线电通信，也叫甚 高频通信。超短波通信的主要特点是，由于地面吸收较大和电离层不能反射，只能靠直线方 式传输，称为视距通信，传输距离约５０ｋｍ，远距离传输时需经中继站分段传输、称为接力 通信，超短波通信的工作频带较宽，可以传送３０路以下的话路或数据信号。实践中发现， 超短波仍具有相当强的绕射能力，从而也可进行“超视距”通信。同时也适于利用对流层中大 气湍流气团的散射作用进行长距离（数百公里）的“超视距”通信。