通用超短波跳频电台的研究与实现

Ｋ ｙＷ ｏｄ ａ ｔｊｍｍｉｇ ｆｅｕ ｎ ｙｈ ｐ ｉｇ ｙ ｃ ｒｎ ｕ ，ｆｅｕ ｎｙｈ ｐ ｉｇｐｔｅｎ ｅ ｒｓ ｎｉａ － ｎ ， ｒｑｅ ｃ ｏ ｐｎ ，ｓｎ ｈｏ ｏ ｓ ｒｑ ｅ ｃ ｏ ｐｎ ａｔｒ，ＴＯ Ｄ
Ｃｌｓ ｍｂｅ ＴＮ ９ ４ ４】 ａ ｓＮｕ ｒ 】．
对 跳 速 较 高 的 跳 频 通 信 ， 踪 式 干 扰 效 果 不 佳 。当 多 个 跳 跟
跳频 技术是用特定 的跳 频码序 列去进 行控 制频率 合成器 ， 使载 波频 率不断跳变而扩展频谱的一种方法 。经跳 频方式
扩频后 的信息信号在较 宽的频率 范 围内跳变 ， “ 避” 以 躲 的 方 式 对抗 通 信 中的 干 扰 ｌ 。跳 频 系 统 的优 点 如 下 ［ ＿ ２ ］ ：
图 ２ 跳 频 接 收 通 路 框 图 。从 图 中可 以看 出 基 本 上 是 为
发通路 的逆过程 ， 唯一不 同的是增加 了相关 同步的判决 。
图 ４ 伪 码 发 生 器 设 计 框 图
４ ３ 同步 性 能 分 析 ．
４ 跳 频 通 信 关 键 技 术
４ １ 相 关 器 设计 ．
跳 频 同步 的好 坏 对 整ห้องสมุดไป่ตู้个 系 统 性 能 有 极 大 的 影 响［ 。 归 ４ ］
・
收 稿 日期 ：０ ２年 ２月 ８日， 回 日期 ：０ ２年 ３月 １ 日 ２１ 修 ２１ ６
作者简介 ： 李胜峰 ， ， 男 硕士研究生 ， 工程师 ， 研究方向 ： 数字通信 与信号处理 ， 跳频通信。
摘
要
在国际上超短波跳频通信最先进的技术当属美 国国防军事通信技术 ， 超短波跳频 电台在各 国军用领域使用广 泛， 该类 电台 目
前也 开始广泛用于商业 、 特别是在用 于各财 团或跨 国公司 ， 以保证信 息的安全 。该文 阐述了跳频通信基本原理 ， 围绕超短波跳频电台系统的
需 求 、 案设 计 等 问题 做 了 相 应 的 分 析 ， 给 出 电 台 的工 程 实 现 方 案 。 方 并 关键 词 抗 干 扰 ；跳 频 ；同步 ；跳 频 图案 ；ＴＯ Ｄ
・
同步系统在恶劣 的环境下保持高 的同步 概率 ； 具有较 多的跳频 资源 ； 同步 时间短 ， 可能短 的信 息 尽
数据 流 控 制
・
传输延迟 。 ３ ２ 方 案设 计 ． 本 文 所 讨 论 的 超 短 波 跳 频 电 台 由如 下 几 部 分 组 成 ｌ ： ５ ］
总线
ｌ 相关结 身 ｌ 存器 锁
・
频网密集 同时工作 时 ， 跟踪式干扰机容易 失去特定 目标 ， 这
些 网 络 起 了相 互 保 护 作 用 ， 时 即使 跳 频 速 率 稍 低 也 不 易 这 被跟踪干扰 。
抗 干扰性强 ；
・
频谱利用率高 ： 易 于实 现 码 分 多 址 ； 兼 容性 。
・
３ ）跳频 同步系统 的性能要求
时 ， 门输 出为 １ 当 输 入 的 全 部 信 号 和 比较 器 中 的 基 准 字 与 ；
首先分 析 一跳 的 同步 概率 ， 设信 道误 比特率 为 Ｐ 假 （ｅ Ｐ 与信道质量 、 传输 模式 等有关 ） 扩频 方式 为每 比特 扩 ， 展 为 ｋ个符号 ， 解扩门限值 （ 其值为 ｑ ， 表示 每 ｋ个 设 一３ 则
符 号 中最 多有 ３ 符 号 错 误 ） 每 跳 传 输 比 特 数 据 ， 么 个 ， 那 某 跳 解 扩 的正 确率 为
ｌ 步 ｌ ｌＰ Ｆ ＧＡ招
２ ）图 案 的 周 期 足 够 长 ， 且 具 备 相 当 的 线 性 复 杂 并 度㈣ ； ３ 伪 随 机序 列应 具有 较 强 的 自相关 性 。 ）
根据 上述要求 ， 设计 图 ４所示伪码发生器 。
驰信 时 钟 号 ｆ ｌ
荔
图 ２ 跳 频 接 收 通 路
Ｐ。一 （
ｒ＝ ０
跳 频 系 统 一 般 利 用 相 关 器 进 行 同 步 检 测 ， 是 同 步 系 它 统的关键设计之一［ 。 ６ ］
相关 器要 保证 同步 系统在 噪声 环境 中有极 低 的虚警
率， 同时保证 在信 道误 码率 为 １ 时 ， ｏ 有很 高 的正确 接 收
概 率 。 相关 器 通 过 大 规 模 集 成 电 路 Ｆ Ｇ 设 计 来 实 现 。 ＰＡ ］ 跳 频 同 步 码 发 送 采 用 扩 频 技 术 ， 收 采 用 了 多 路 相 关 的 方 接 案 ， 图 ３ 示。 如 所 Ｃ Ｕ 可 对 比较 器 写 入 基 准 相 关 码 、 关 门 限 等 参 数 。 Ｐ 相
２ １ 年第 ８ ０２ 期
纳 起 来 主要 有 如 下 特 点 ：
・
舰 船 电 子 工 程
时钟
５ ９
移位 ｌ 移位 Ｉ 移位 ｌ 移位 ｌ 移位 寄存 器 Ｉ寄存器 ｌ寄存 器 ｌ寄 存器 ｌ寄存 器
比较器 ｌ比较 器 ｌ比较 器 ｌ比较器 ｌ比较 器
不 存 在 明显 的射 频 特 性 ；
讨 ， 提 出实 现 方 案 。 并
前电子战的特点 ， 要求 电台能对抗 测 向、 跟踪 干扰 、 阻塞干 扰等 。
２ ）跳 频 抗 干 扰 能 力 分 析 从 广 义 讲 ， 信 抗 干 扰 的 方 法 涉 及 到 多 维 空 间 的 信 号 通 处理 ， 频域 、 如 时域 、 域 、 度 域 及 其 有 机 的组 合 。 空 速 对 跳 频 电 台进 行 干 扰 ， 先 要 从 对 手 发 射 信 号 中判 断 首
总第 ２８期 １
舰 船 电 子 工 程
Ｓ ｉ ｅ ｔ ｏ ｉ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｈ ｐ Ｅｌ ｃ ｒ ｎ ｃ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｎ
Ｖｏ ＿ ２ Ｎｏ ８ ｌ３ ．
５ ８
２１ 年第 ８ ０２ 期
通 用 超 短 波 跳 频 电 台 的研 究 与 实 现
李胜峰
（ 州海 格 通 信 集 团股 份 有 限 公 司 广 州 ５０ ６ ） 广 １６ ３
针对系统对跳频 图案 的性 能要 求 ， 伪 随机序应 该具 该
有如下特性 ： １ ）序 列 的 产 生 是 可 控 的 ， 以 由 密 钥 等 参 数 推 算 出 序 可
图 １ 跳 频 发 射 通 路
列的当前位置 ；
图 １ 跳 频 发 射 通 路框 图 。来 自信 道 机 音 频 单 元 的 模 为
拟信息 ， 经过 Ａ／ Ｄ转换 ， 进行声码话 编码 ， 通过写指针把话 音数据写入 Ｆ Ｆ ＩＯ缓 冲区。由 ＦＦ Ｉ Ｏ进行 速率匹配控 制 ， 按 每跳的方式把信息 送给 伪码 发生器 产生 的数 据流 Ｌ Ｒ进 Ｃ 行 运算 ， 生产基带信 号 。
２ ）跳 频 收 通 路 设 计
１ 引 言
通信 已成为现代通信 中各 国重要 行业 的神经 网络 ， 如 何在复杂的通信环境 、 对手 干扰情况下保持 通信畅通 ， 一直
都 是 业 内所 关 注 的 重 点 。这 就 意 味 着 在 电 子 对 抗 环 境 下 通
３ 方 案研 究 与 设计
３ １ 需 求 分 析 ．
ＴＮ９ ４ ４ １．１ 中图分类号
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｍ ｐｌｍ ｅ ａ ｉｎ ｆＧｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｎｄ Ｉ ｅ ｎｔ ｔｏ ｏ ｎｅ ａｌＶＨＦ ＦＨ Ｒａｄ ｏ ｉ
ＬＩＳ ｅ ｇ ｅ ｇ ｈ ｎ ｆｎ
（ ａ ｇ ｈ ｕ ＨａｇｅＣｏ ｍｕ ｉａｉｎ ｏ ｐＣｏ Ｇｕ ｎ ｚ ｏ ｉ ｍ ｎｃ ｔｏ ｓＧｒ ｕ ．，Ｌｔ．，Ｇｕ ｎ ｚ ｏ ５ ０ ６ ） ｄ ａ ｇｈ ｕ １ ６ ３
收发 信机单元 、 跳频单元 、 率放 大器单元等 。从 信号 的通 功
路 上 描 述 分 为 ： 频 发 通 路 、 频 收通 路 等 。 跳 跳
１ ）跳 频 发 通 路 设 计
指信 集荇 籀 禧 善 霉 示门 示号Ｉ与
图 ３ 相 关 器 示 意 图
及 汉 明 自相 关 的极 限 。其 结 果 已成 为 评 价 跳 频 序 列 族 的重 要判据之一［ 。
：（ １一 户 ） ） 卜ｒ ”
（） １
根 据 排 队论 ， 果 某 个 Ｔ 如 ＯＤ最 多 具 有 ｍ 次 机 会 进 行
同步 ， 则接收方接收此 Ｔ ＯＤ的平均正确率为
Ｐ 一 １ （ － Ｐ ） 一 １ ｏ （） ２
当同步 信息来到时 ， 时钟 的驱 动下将 信息 输入 到移位 寄 在 存器 。当输 入 的全部 信 号和 比较 器 中的基 准相 关码 一 致
Ａｂ ｔａ ｔ Ｖ ＨＦ ｒ ｑ ｅ ｙ ｈ ｐ ｉｇ ｃ ｍｍ ｕ ｃ ｔ ｎｓｉ ｈ ｎ ｅ ｎ ｔｏ ａ ｓ ｄ ａ ｃ ｄ ｔｃ ｏｏ ｙｗａ ｎ ｕｂ ｅ ｌ ｈ Ｓ ｄ ｆｎ ｅ ｓｒｃ ｆｅ ｕ ｎｃ － ｏ ｐｎ ｏ ｎｉａｉ ｎ ｔ ｅｉｔ ｒ ａｉｎ ｌｍｏ ｔａ ｖ ｎ ｅ ｅｈｎ ｌｇ ｓｕ ｄｏ ｔｄｙ ｔ ｅ Ｕ． ． ｅ ｅ ｓ ｏ ａ ｄ ｍｉｉ ｒ ｏ ｎ ｌｔ ｙ ｃ ｍｍｕ ｃ ｔ ｎｓｔ ｃ ｎ ｌｇ ａ ｎｉａｉ ｅ ｈ ｏｏ ｙ．Ｖ ＨＦ ｒｑ ｅ ｃ ｏ ｐｎ ａ ｉ ｓｗｉｅｙｕ ｅ ｎｃ ｕ ｔｉｓｉ ｉｔｒ ｉｌｓ Ｃｌｓ ａ ｉ ｓａｓ ｄ ｌ ｏ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｈ ｐ ｉｇｒ ｄｏｉ ｄ ｌ ｓ ｄｉ ｏ ｎ ｒｅ ｎｍ ｌ ａｙ ｆ ｄ ． ａ ｓｒｄｏ ｉ ｌｏｗｉｅｙ ｉ ｅ ｕ ｅ ｏ ｏ ｓ ｄｆ ｒｃ ｍｍｅ ｃａ ，ｅｐ ｃａｌ ｎ ｔ ｏ ｓ ｒｉｍ ｒｍ ｕｔｎ ｔ ａ ｏ ｐ ｒ ｔｏ ，ｉ ｄ ｒｔ ｕａａ ｔｅ ｔ ｅ ｕ ｉｙ ｏ ｈ ｎｆｒ ａｉｎ Ｔｈｓ ｒｉｌ ｓ ｅ ｉｌ ｉ ｈｅｃ ｎ ｏ ｔｕ ｏ ｌｉａ ｉ ｌｃ ｒ ｏ ａ ｉｎｓ ｎｏｒｅ ｏｇ ｒ ｎ ｅ ｈｅｓ ｃ ｒｔ ｆｔ ｅ ｉ ｏ ｍ ｔｏ ． ｙ ｏｎ ｉ
１ ）电 台 面 临 干 扰 环 境
目前战术通信的干扰方式主要有 ： 空干扰 、 掷式干 升 投
扰 、 载式地对地干扰 ， 中升空干扰的威胁最 大。针对 目 车 其
信系统必须具备对抗 电子干扰和窃听能力 ｌ 。 目前 世界各 １ ］ 国在超短波频段所采取 的抗干扰通信方式是扩展频 谱通信 技术 ， 扩频通信可分为直 接序列 扩频 、 跳频 、 时等 基本方 跳 式 。本文就超短波跳频 电台的相关技术作 出初 步分析和探
ｐ ｐ ｒ ｄ ｓ ｒｂ ｓ ｔ ｅ ｂ ｓ ｃｐ ｉ ｉ ｌ ｓｏ ｒ ｑ ｅ ｃ ｏ ｐ ｎ ｏ ａ ｅ ｅ ｃ ｉ ｅ ｈ ａ ｉ ｒｎｃｐ ｅ ｆｆ ｅ ｕ ｎ ｙ ｈ ｐ ｉ ｇ ｃ ｍｍ ｕ ｉａ ｉ ｎ ａ ｏ ｎ ｈ ｎ ｃ ｔｏ ｒ ｕ ｄ ｔ ｅ ＶＨ Ｆ ｆ ｅ ｕ ｎ ｙ ｈｏ ｐ ｎ ａ ｉ ｙ ｔ ｍ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｓ・ｐ ｏ ｒ ｑ ｅ ｃ ｐ ｉ ｇ ｒ ｄ ｏ ｓ ｓ ｅ ｒ ｑ ｉｅ ｎｔ ｒ— ｇ ａ ｄ ｓｇ ｎｄ ｔ ｅ ａ ａ ｙ ｉ ｎ ｖ ｓ ｒ ｄ ｏ ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｐ ｏ ａ ｒ ｍ ｅ ｉ ｎ ａ ｈ ｎ ｌ ｓｓ ａ ｄ ｇｉｅ ａ ｉ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ｒ ｇｒ ｍ．
２ 跳 频 通 信 简 介
跳 频 通 信 是 扩 频 系 统 的 一 种 重 要 形 式 ， 于 其 独 特 的 由 优 点 ， 各 国 国 民经 济 重 要 部 门 中获 得 越 来 越 广 泛 的应 用 。 在
它所使用 的频率 ， 然后将干扰机的频率设置成 该频率 ， 向对 方的接收机施 放干扰 ， 旦跟踪 成功 则任凭 在多 少个频 点 一 上跳 变都 是徒 劳的 ， 只有 提高跳 频速 率才 能提高抗 跟踪 干 扰能力。跟踪式干扰 对跳 速较低 的跳频 通信 危害 较大 ， 而