自适应跳频中的关键技术研究
自适应跳频在卫星通信抗干扰中的应用分析
自适应跳频在卫星通信抗干扰中的应用分析自适应跳频(Adaptive Frequency Hopping)是一种在无线通信中广泛应用的抗干扰技术,可有效应对频谱干扰,特别是在卫星通信中起到关键作用。
本文将分析自适应跳频在卫星通信抗干扰中的应用。
卫星通信具有复杂的通信环境,往往受到多路径衰落、天气影响等因素的干扰。
自适应跳频技术通过频率的快速变化,可以在时间和频率上避开干扰,并且通过实时检测和评估通信链路的质量,调整跳频参数,以适应不同的通信环境。
这种动态调整的能力使得自适应跳频能够应对复杂的干扰环境,大幅提高卫星通信系统的抗干扰能力。
自适应跳频技术能够提供更好的频谱利用效率。
卫星通信频谱资源有限,需要合理分配和利用,而频率干扰会导致频率资源的浪费和冲突。
自适应跳频技术通过频率的动态切换,可以避开被干扰的频率,充分利用可用频谱资源,提高频谱利用率。
自适应跳频还可以将带宽分散到不同的频率中,减小了干扰对单个频率的影响,提高了通信质量。
自适应跳频技术可以提高通信系统的安全性。
卫星通信涉及到敏感信息的传输,需要确保通信的保密性和不可伪造性。
自适应跳频通过在跳频序列中引入伪随机数,在时间和频率上的变化增加了敌方获取跳频序列的难度,提高了通信的安全性。
自适应跳频可以通过频率的变化和调整,减少被敌方干扰的概率,增强通信系统的抗干扰能力,保障通信的可靠性。
自适应跳频技术在卫星通信中的应用已经得到广泛验证。
该技术已经被应用于卫星通信系统中,如低轨卫星通信系统、卫星广播系统等。
通过自适应跳频技术,这些系统可以有效地克服干扰,提高通信质量和可靠性。
与传统的固定频率通信系统相比,自适应跳频技术在卫星通信中具有明显的优势。
自适应跳频技术在卫星通信抗干扰中具有重要的应用价值。
它能够应对复杂的干扰环境,提高频谱利用率,增强通信系统的安全性,已经在卫星通信中得到广泛应用。
随着卫星通信技术的不断发展,相信自适应跳频技术将继续发挥重要作用,为卫星通信提供更好的抗干扰能力。
跳频组网及自适应跳频
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同步正交组网
同步正交组网的特点:
组网数量:通常小于跳频频率数,但仍远大于异步组网的数量。
建网速度:建网速度较慢,建立过程时间长。
同步保持:必须依靠跳频网络间时钟信息的频繁交换来实现,难 度较大。 网间干扰:不存在跳频网络之间的相互干扰(不存在时延时)。
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同步正交组网
抗侦察性:在任一时刻,各个网络在所有频率中选择 发射互不相同频率,使得敌方侦察接收机难以确定跟 踪干扰对象。 抗干扰性:只要阻塞跳频频率表中约1/3的频率,就可 以有效干扰所有跳频网。抗阻塞干扰能力较差。 安全性能:对于使用表1-2中的正交跳频序列族的跳频 网(使用同一个跳频序列,但在时间上频率错开), 如果有一部参数未清除的电台落入敌方手中,则敌方 可监听我方所有的跳频网,非常危险,安全性不好。 因此,应当使用表1-1那样的正交序列族(使用不同的 跳频序列)。 实现难度:需要高精度的时间基准,实现难度很大。
(1-4)
假设频率数目q非常大,则有
1 U 1 U 1 ph 1 (1 ) q q
(1-5)
28
异步非正交组网
因此,比特差错率约为
Eb 1 U 1 1 U 1 Pe exp( )(1 ) ( ) 2 2 N0 q 2 q
(1-6)
当只有一个网络用户在工作时,U=1,比特差 错率简化为式(1-2),这是BFSK调制方式的比 特差错率。
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异步非正交组网
4.异步非正交组网
异步组网时,系统中没有统一的时间基 准。由于各网互不同步,因而会产生网 间频率碰撞。不过,只要跳频序列设计 得好,可使频率碰撞的次数控制在允许 的限度内,各网仍可正常工作。
基于GRU 神经网络的自适应跳频技术研
doi:10.3969/j.issn.1003-3114.2022.06.015引用格式:何雨桐ꎬ朱立东ꎬ施文军.基于GRU神经网络的自适应跳频技术研究[J].无线电通信技术ꎬ2022ꎬ48(6):1074-1079.[HEYutongꎬZHULidongꎬSHIWenjun.ResearchonAdaptiveFrequencyHoppingTechnologyBasedonGRUNeuralNetwork[J].RadioCommunicationsTechnologyꎬ2022ꎬ48(6):1074-1079.]基于GRU神经网络的自适应跳频技术研究何雨桐ꎬ朱立东ꎬ施文军(电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室ꎬ四川成都611731)摘㊀要:近年来ꎬ许多自适应干扰技术将重点转移到了跳频系统的同步频率集上ꎮ发射机时钟信息高位部分跳频作为控制信息确定的相关码在组帧模式下做跳频同步时ꎬ同步频率集的切换是以s为单位的ꎬ这就导致其易于捕获和遭受干扰ꎮ一旦同步频率集被捕获和干扰ꎬ通信系统就会面临崩溃ꎮ针对新型干扰对抗技术ꎬ首先利用神经网络对系统跳频图案进行训练ꎬ并模拟干扰方使用神经网络预测我方跳频图案的过程ꎻ然后对比LSTM网络和GRU网络应用于跳频图案预测的性能差异ꎬ针对神经网络的预测结果改进跳频图案设计ꎬ加入自适应同步频率集切换ꎬ观测改进后的跳频图案抗截获能力ꎬ并采用GRU神经网络对自适应跳频图案做预测ꎮ仿真结果表明ꎬ通过预测干扰方的行为来规避同步频率集被捕获的方案可以取得良好的抗干扰性能ꎮ关键词:跳频通信ꎻ自适应跳频ꎻ抗干扰ꎻ神经网络ꎻ机器学习中图分类号:TN914.41㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀开放科学(资源服务)标识码(OSID):文章编号:1003-3114(2022)06-1074-06ResearchonAdaptiveFrequencyHoppingTechnologyBasedonGRUNeuralNetworkHEYutongꎬZHULidongꎬSHIWenjun(NationalKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonCommunicationsꎬUESTCꎬChengdu611731ꎬChina)Abstract:Inrecentyearsꎬmanyadaptivejammingtechniqueshaveshiftedtheirfocustosynchronizingfrequencysetsforfrequencyhoppingsystems.Whentherelatedcodedeterminedbythetransmitterclockinformationhigh ̄orderpartasthecontrolinformationper ̄formsfrequencyhoppingsynchronizationintheframingmodeꎬtheswitchingofthesynchronizationfrequencysetisinsecondsꎬwhichmakesiteasytoacquireandsufferfrominterference.Onceasynchronizedsetoffrequenciesiscapturedandjammedꎬthecommunicationsystemfacescollapse.Aimingatthenewinterferencecountermeasuretechnologyꎬtheneuralnetworkisusedtotrainthefrequencyhoppingpatternofthesystem.Andtheprocessofusingtheneuralnetworktopredictthefrequencyhoppingpatternofthejammerissim ̄ulated.ThentheperformancedifferencebetweentheLSTMnetworkandtheGRUnetworkappliedtothefrequencyhoppingpatternpre ̄dictioniscompared.Andthedesignofthefrequencyhoppingpatternisimprovedaccordingtothepredictionresultoftheneuralnet ̄workꎬadaptivesynchronizationfrequencysetswitchingisaddedꎬtheanti ̄interceptionabilityoftheimprovedfrequencyhoppingpatternisobservedꎬandtheGRUneuralnetworkisusedtopredicttheadaptivefrequencyhoppingpattern.Simulationresultsshowthattheschemeofavoidingthecaptureofthesynchronousfrequencysetbypredictingthebehavioroftheinterferencecanachievegoodanti ̄jammingperformance.Keywords:FHcommunicationꎻadaptivefrequencyhoppingꎻanti ̄interferenceꎻneuralnetworkꎻmachinelearning收稿日期:2022-07-15基金项目:国家自然科学基金(61871422)FoundationItem:NationalNaturalScienceFoundationofChina(61871422)0 引言跳频技术可以在干扰方采用一些单音干扰㊁多音干扰等情况下ꎬ通过变换工作频率ꎬ使信息传输避开干扰ꎬ保证通信的效率和质量ꎮ近年来ꎬ跳频通信技术已得到广泛应用ꎬ为了有效对抗跳频技术ꎬ自适应干扰技术得以发展ꎬ文献[1]采用了卷积神经网络(CNN)时频特性对调制方式进行研究ꎬ其核心在于研究收发双方的跳频图案后通过数据采集和数据处理技术对跳频图案进行预测ꎮ然而ꎬ现在的跳频系统对于跳频图案也进行了诸多优化和升级ꎬ例如采用伪随机序列设计的跳频图案具有随机性强㊁分布广泛且均匀等特点ꎬ极具迷惑性ꎬ让干扰方难以预测ꎮ近年来ꎬ诸多自适应干扰为了高效破坏跳频过程ꎬ开始利用神经网络来捕获跳频系统中的同步频率集ꎮ同步频率集是跳频系统中专门用于同步信息传递的频点集合ꎮ在一个跳频系统中ꎬ频点被分为数据跳和同步跳ꎬ数据跳主要用于传递数据信息ꎬ而同步跳主要用于传递同步信息(例如:时间信息㊁密钥㊁用于接收机捕获和进行抗频偏处理的一些同步头等)ꎮ通常情况下ꎬ出于跳频同步的功能需要ꎬ每个同步跳中的跳频码序列都必须具有周期性ꎮ在通信过程中ꎬ为了时间捕获㊁抗频偏处理和同步保持ꎬ需要定期加入同步跳ꎮ对于干扰方而言ꎬ只要能够干扰同步跳ꎬ就可以阻断收发双方的同步过程ꎬ让接收机无法正确接收信息ꎬ一种新的自适应干扰方式由此产生ꎮ文献[2]采用了RBF网络对跳频图案进行分析ꎬ在极短的时间内分析出跳频系统的同步过程ꎬ找出同步频率集ꎮ由于同步频率集具有固定周期ꎬ其特征非常易于识别ꎬ干扰方只需要分析出用于同步的几个固定频点ꎬ即可对同步跳施加干扰ꎬ精准且快速地破坏通信系统[3]ꎮ基于此背景进行研究ꎬ提出一种自适应切换同步频率集方法可以在有效迷惑非合作方的前提下尽可能降低切换速率ꎬ有效保障系统性能ꎮ1㊀跳频系统帧结构设计为了应对高动态大频偏等复杂的环境ꎬ采用了如下的帧结构设计:假设本系统的工作频率可能是500MHz带宽内的任何位置ꎬ将500MHz带宽均分为50个频段ꎬ每个频段带宽为10MHzꎮ跳速为20000hop/sꎮ当系统工作于Ka频ꎬ且多普勒频移达到600kHz时ꎬ为了捕获信号设计出如下帧结构:每一同步帧中ꎬ有8跳作为数据跳ꎬ2跳作为同步跳ꎬ由此产生跳频图案ꎮ通信系统是码分多址(CDMA)系统ꎬ系统中的物理信道配置由复帧㊁帧和时隙组成:时隙(slot):持续时间为0.6msꎬ一个时隙内包含10跳ꎻ帧:持续时间为30msꎬ一个帧内包含50个时隙ꎻ复帧:持续时间为600msꎬ一个帧内包含20个帧ꎮ图1为跳频系统的帧结构设计ꎬ可以看出ꎬ整个跳频图案由复杂度低㊁周期短的同步跳序列与混沌序列组成的数据跳序列拼接而成ꎮ为了对抗文献[4]中提出的干扰类型ꎬ保护同步跳的安全ꎬ设计出如图2所示的跳频同步更新模式ꎬ以实现抗干扰㊁抗截获的目的ꎮ图1㊀跳频系统同步帧结构设计Fig.1㊀Designofsynchronousframestructureforfrequencyhoppingsystem图2㊀自适应跳频系统更新方式Fig.2㊀Adaptivefrequencyhoppingsystemupdatemethod2㊀神经网络模型跳频图案实际上是一种复杂的时间序列ꎬ而循环神经网络(RecurrentNeuralNetworkꎬRNN)是一种能够处理序列数据的神经网络模型ꎬ其最重要的特点是神经元某一时刻的输出可以作为输入再次输入给神经元ꎬ保留了数据之间的依赖关系ꎮ因此RNN的串联式结构解决了早期神经网络的时序推理问题ꎬ可以用于处理跳频图案数据[5-6]ꎮ但是对于跳频图案这种较长的时间序列数据ꎬRNN在序列交替的反向传播过程中容易出现梯度消失或者梯度爆炸的问题ꎬ这导致在训练过程中ꎬ梯度不能在较长序列中一直传递下去ꎬ从而使RNN无法捕捉到长距离的影响ꎮ而长短时记忆网络(LongShort ̄termMemoryꎬLSTM)是一种特殊的RNNꎬ其具有记忆状态单元和 门 结构ꎮ这种特殊的结构能够使LSTM网络在训练过程中的误差在反向传播过程中不再依次传递ꎬ从而克服误差反向传播时的梯度爆炸问题ꎮ同时LSTM网络通过在RNN隐藏层中加入的3个 门 结构ꎬ选择性地将之前时刻有用的循环信息长时间记忆㊁传递至以后的训练模型中ꎬ避免因循环结构产生重复计算ꎬ以此解决了传统RNN在训练长跳频序列中存在的梯度消失问题ꎮLSTM的核心思想是使用遗忘门ft㊁输入门it和输出门ot作为控制开关来实现对跳频序列信息的提取和处理ꎮLSTM神经网络单元结构如图3所示ꎮ图3㊀LSTM神经网络单元结构图Fig.3㊀LSTMneuralnetworkunitstructurediagram门控循环单元(GateRecurrentUnitꎬGRU)是LSTM的一种变体ꎬ其对LSTM模型进行了改进ꎬ和LSTM相比GRU保留了其克服长期依赖问题的能力ꎬ同时又减少了 门 的数量ꎬ可以节省更多训练时间[7]ꎮGRU实际上是将LSTM中的遗忘门和输入门合成一个新的更新门ztꎬ用重置门rt替换LSTM中的输出门ꎬGRU神经网络单元结构如图4所示ꎮ图4㊀GRU神经网络单元结构图Fig.4㊀GRUneuralnetworkunitstructurediagram与LSTM网络相比ꎬGRU同样能克服传统RNN的长期依赖问题ꎬ保证了预测准确性的同时ꎬ门结构数量的减少ꎬ加快了网络训练时间ꎮ因此ꎬGRU相比于传统RNN和LSTMꎬ更适合用来处理较长的跳频图案序列[8-9]ꎮ表1为LSTM网络和GRU网络处理同一组数据所耗时间统计ꎮ不难看出ꎬ使用GRU网络可以在一定程度上节约训练时间ꎬ对跳频系统来说ꎬ每秒钟都会生成数以万计的样本数据ꎬ所以采用GRU网络的实时预测能力会明显优于LSTM网络ꎮ表1㊀训练时间与训练次数的关系Tab.1㊀Relationshipbetweentrainingtimeandtrainingtimes训练次数GRU训练时间/sLSTM训练时间/s30.280.3950.460.78100.971.361009.5812.6550048.9655.15100094.18106.043 仿真及结果分析在跳频系统中ꎬ采用混沌序列的数据生成跳频图案的流程如图5所示ꎮ图5㊀混沌序列跳频图案生成过程Fig.5㊀Generationprocessofchaoticsequencefrequencyhoppingpattern混沌序列是一种复杂的伪随机序列ꎬ从理论上讲ꎬ它是无理数ꎬ没有周期ꎮ所以ꎬ用混沌序列作为跳频图案能够很好地避免非合作方实施的跟踪干扰[10]ꎮ同时ꎬ混沌跳频系统具有系统具备初值敏感性和拓扑传递性等优势ꎬ混沌序列生成器中的初值㊁映射方式或者扰动系数只要有细微的变化ꎬ就会使得生成结果相差甚远ꎬ在极大程度上具有优良的保密性能ꎮ在预设的跳频图案中ꎬ数据跳采用了Cat序列ꎮCat序列是一种二维离散混沌系统ꎬ其映射定义式为:xn+1yn+1éëêêùûúú=1abab+1éëêùûúxnynéëêêùûúúmod1ꎬ式中ꎬmod1表示取小数点后的部分ꎬ不难发现xn和yn的范围都在0~1之间[11]ꎮ对Cat映射作为X和Y的生成映射ꎬ即X和Y为两个混沌序列ꎬ按照上述步骤进行仿真ꎮ图6为Cat序列自相关函数曲线ꎬ可见Cat序列不仅随机性强ꎬ遍历性好ꎬ其相关性能也非常良好ꎬ十分适合作为跳频序列使用ꎮ图6㊀Cat序列自相关函数曲线Fig.6㊀Autocorrelationfunctioncurveofcatseries采用GRU网络对跳频图案进行学习并预测本文的跳频图案ꎬ分析在GRU网络下传统跳频系统的同步频率集被捕获的时间ꎬ对同步频率集变换周期进行调整ꎬ从而达到对抗自适应干扰的目的[12]ꎮ图7为GRU预测混沌序列下的完整跳频图案ꎮ不难看出ꎬ神经网络对于混沌序列的调频图案预测性能非常差ꎬ数据跳部分的预测结果与实际的跳频图案几乎完全不同ꎮ可见ꎬCat序列的随机性非常好ꎬ对于网络而言ꎬ难以预测[13-14]ꎮ图7㊀GRU预测混沌序列下的完整跳频图案Fig.7㊀GRUneuralnetworkpredictsfrequencyhoppingpatternofchaoticsequence图8为同步频率集变换周期为500跳变换一次时ꎬ导入跳频图案的前2000跳作为样本进行训练后GRU网络预测出的跳频图案ꎮ在GRU网络下ꎬ虽然由混沌序列生成的数据跳跳频图案难以预测ꎬ复杂度低的同步跳还是易于预测ꎬ且对同步跳的图案预测准确率高达95%以上[15]ꎮ图中方框处重合部分正是表示同步跳频图案已经被GRU网络预测到ꎮ在通信系统中ꎬ此时如果不对同步跳进行自适应变换ꎬ非合作方只需要定时针对同步频率集进行干扰ꎬ就足以破坏整个通信过程[16]ꎮ图8㊀GRU网络预测跳频图案Fig.8㊀GRUneuralnetworkpredictscompletefrequencyhoppingpatterns图9为同步频率集每500跳切换一次时LSTM网络输入2000跳数据作为学习样本预测传统跳频图案的结果ꎮ不难看出ꎬ传统LSTM网络通过学习依然可以轻松预测出同步跳的跳频图案ꎮ图9㊀LSTM网络预测跳频图案Fig.9㊀LSTMnetworkpredictsfrequencyhoppingpatterns为应对这种自适应干扰ꎬ自适应跳频系统可以将GRU网络准确预测同步跳频图案的频率作为训练样本ꎬ自适应更改切换一次同步频率集的时间间隔ꎬ这更有利于安全稳定的传输信号[17]ꎮ降低神经网络可训练的样本数量后ꎬ其预测的效率会大大降低ꎮ图10为LSTM网络预测自适应的跳频图案ꎬ此时ꎬ同步频率集切换间隔变为200跳ꎮ不难发现当更新映射方式ꎬ自适应地使用200跳切换同步频率集后ꎬLSTM网络在学习2000跳后依然无法准确预测跳频图案ꎮ图11为GRU网络预测自适应跳频图案ꎬ在导入2000跳作为学习样本后ꎬGRU网络预测频点序号的绝对误差小于LSTM网络ꎬ但在100跳的图案中ꎬGRU网络依然没有成功预测到同步跳频图案ꎮ图12为LSTM网络和GRU网络对预测同步频率集不同切换周期时的精度ꎮ图10㊀LSTM网络预测自适应的跳频图案Fig.10㊀LSTMnetworkpredictsfrequencyhoppingpatterns图11㊀GRU网络预测自适应跳频图案Fig.11㊀GRUnetworkpredictsadaptivefrequencyhoppingpattern图12㊀LSTM网络和GRU网络对预测同步频率集不同切换周期时的精度Fig.12㊀AccuracycomparisonbetweenLSTMnetworkandGRUnetworkforpredictingsynchronizationfrequencysetswithdifferentswitchingperiods经过仿真验证ꎬ在本系统条件下低于每200跳更换一次同步频率集ꎬGRU预测的准确率几乎为零ꎮ在时钟信息高位部分跳频同步模式下ꎬ通常在几秒钟内都不会更新同步频率集ꎬGRU网络可以轻易地预测出同步跳频图案ꎮ通过基于GRU网络的抗截获技术研究ꎬ在干扰方使用GRU网络对系统施加跟踪干扰时ꎬ自适应地根据信道环境ꎬ结合模拟非合作方捕获系统的跳频图案ꎬ找出适宜的同步频率集切换速度ꎬ既不会很大程度上提高系统复杂度ꎬ还可以达到抗截获和自适应跟踪干扰的目的[18]ꎮ4 结论本文针对基于神经网络的跟踪干扰问题ꎬ对其原理进行了简要介绍ꎬ并提出了两种先进的网络进行测试ꎮ与传统RNN网络相比ꎬLSTM网络和GRU网络的训练成本低ꎬ用于预测同步跳频图案的效果显著ꎮLSTM的检测效果与GRU网络差距较小ꎬ但是其复杂度更高ꎬ用GRU网络预测同步跳频图案成为了一个很好的参考方式ꎮ在此基础上进行一系列自适应同步跳频图案切换方案研究可以有效避免基于神经网络的跟踪干扰ꎬ提高通信系统的抗干扰和抗截获能力ꎮ同时ꎬ也在安全基础上最大程度降低了同步频率集切换速度ꎬ得到一个对抗GRU网络预测的最优切换速率ꎬ使得系统性能在最大程度上得到保障ꎮ参考文献[1]㊀张静ꎬ于蕾ꎬ侯长波ꎬ等.基于时频特征的跳频信号调制识别[J].太赫兹科学与电子信息学报ꎬ2022ꎬ20(1):40-46.[2]㊀范越非ꎬ卢宏涛.跳频预测干扰之跟踪模型的改进[J].计算机仿真ꎬ2011ꎬ28(8):11-14.[3]㊀XUYJꎬYUXLꎬPENGYꎬetal.RobustEnergy ̄efficientPowerAllocationStrategyforEnergyHarvesting ̄aidedHeterogeneousCellularNetworks[C]ʊ2018IEEEGlobalConferenceonSignalandInformationProcessing(Global ̄SIP).Piscataway:IEEEꎬ2018:803-807.[4]㊀庞华吉.跳频码序列预测算法研究[D].成都:电子科技大学ꎬ2021.[5]㊀GREFFKꎬSRIVASTAVARKꎬKOUTNÍKJꎬetal.LSTM:ASearchSpaceOdyssey[J].IEEETransactionsonNeuralNetworks&LearningSystemsꎬ2016ꎬ28(10):2222-2232.[6]㊀罗威.长时记忆循环神经网络算法研究[D].杭州:浙江大学ꎬ2020.[7]㊀CHUNGJꎬGULCEHRECꎬCHOKHꎬetal.EmpiricalEvaluationofGatedRecurrentNeuralNetworksonSequenceModeling[J/OL].ComputerScienceꎬarXiv:1412.3555[2014-12-11].https:ʊarxiv.org/abs/1412.3555.[8]㊀CHOKꎬMERRIENBOERBVꎬGULCEHRECꎬetal.LearningPhraseRepresentationsUsingRNNEncoder ̄decoderforStatisticalMachineTranslation[J/OL].ComputerScienceꎬarXiv:1406.1078[2014-06-03].https:ʊarxiv.org/abs/1406.1078.[9]㊀郑翡.基于改进长短期记忆网络的视频行为识别研究[D].南京:南京信息工程大学ꎬ2021.[10]何其恢.卫星安全通信波形设计及性能优化研究[D].成都:电子科技大学ꎬ2021.[11]袁帅ꎬ朱立东.跳码/跳频混合扩频系统设计及性能分析[C]ʊ第十五届卫星通信学术年会论文集.北京:中国通信学会卫星通信委员会和中国宇航学会卫星应用专业委员会ꎬ2019:185-191.[12]彭鹏菲ꎬ周琳茹.加入奖励的GRU对抗网络文本生成模型[J].计算机与现代化ꎬ2022(7):121-126. [13]王悦如ꎬ王盛宇.基于GRU神经网络的电力负荷预测[J].电工技术ꎬ2022(10):123-125.[14]刘玉欣ꎬ田润澜ꎬ任琳ꎬ等.基于BSRes_SK_GRU的雷达信号调制样式识别[J/OL].电讯技术ꎬ2022:1-8[2022-07-28].http:ʊkns.cnki.net/kcms/detail/51.1267.TN.20220517.1254.002.html.[15]邓鑫瑞.基于循环神经网络的民航陆空通话语音识别研究[D].北京:中国民用航空飞行学院ꎬ2022. [16]董家仁.一种基于循环神经网络的语音识别算法研究与实现[D].广州:广东工业大学ꎬ2020.[17]党方ꎬ牛晓雷ꎬ刘江庭.基于自适应跳频的无人机抗干扰技术研究[J].舰船电子对抗ꎬ2021ꎬ44(4):25-27. [18]王安强.跳频通信智能抗干扰技术研究[D].杭州:杭州电子科技大学ꎬ2022.作者简介:㊀㊀何雨桐㊀硕士研究生ꎮ主要研究方向:卫星通信㊁通信抗干扰技术等ꎮ㊀㊀朱立东㊀博士ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎮ主要研究方向:卫星通信技术㊁无线与移动通信㊁通信抗干扰技术㊁现代通信中的信号处理等ꎮ㊀㊀施文军㊀硕士研究生ꎮ主要研究方向:卫星通信㊁通信抗干扰技术等ꎮ。
45短波自适应跳频控制器的研究与设计
这 里 的 自适 应 控 制 器 除 了要 具 备 定频 通 信 系统 中 链 路 质 量 分 析 等 功 能 外 , 还 要 能够 根 据 分析 的信
道 质 量 结 果 剔 除 坏 频 点 和 调 整 发 射 机 的 功 率 大
船 电技 术 I 应用研究
4 5 短波 自适应跳频控制器 的研 究与设计
李丽华
( 海军 工程 大学 ,武汉 4 3 0 0 3 3 )
摘 要 : 自适应 控制 器 是 自适 应跳 频通 信 系统 中 的核心 部分 ,本 文首 先分 析 了短波 自适 应跳 频通 信 系统 ,
然 后研 究 了频 率 自适应 跳频 控制 技术 ,最 后从 硬件 和 软件 两方 面设 计 了一种 适合 短波 低速 跳频 的 自适应 控
小 ,实 现 频 率 和 功 率 自适 应 控 制 。本 文对 频 率 自 适 应 跳 频 控 制 技 术 进 行 了研 究 ,从 硬 件 和软 件 两 个 方 面 设 计 了一 种 适 合 短 波 低速 跳 频 的 自适 应控
制器 。
到 的信 号 , 采取 实 时信 道 质 量 判 决 准 则 ,分 析 当
制器 。
关键 词 : 自适应控 制 器 自适应 跳频
中图 分类 号:T N9 1 1
短 波
文章 编号 :1 0 0 3 — 4 8 6 2( 2 0 1 4 )0 1 - 0 0 4 6 — 0 4
文献标 识码 :A
Re s e a r c h a n d De s i g n o f Ad a p t i v e Co n t r o l l e r f o r Da p t i v e
浅谈跳频通信技术
浅谈跳频通信技术摘要:自适应跳频技术对提高通信系统抗干扰能力、抗截获能力、抗衰落能力具有至关重要的作用。
文章介绍了跳频通信的军事应用与局限,引出了自适应跳频通信,总结了自适应跳频通信特点,分析了两种最常见的自适应跳频技术,包括频率自适应跳频和功率自适应跳频的工作机制,展望了自适应跳频技术在军事领域的发展趋势。
关键词:跳频;通讯;技术引言超短波跳频通信具有容易成网、保密性强、频谱使用效率高等特点,因此在很多的领域中得到了广泛的应用。
但是在超短波跳频通信具体应用过程中,抗干扰技术是比较关键的一项技术,因为各种高速信号处理芯片、新型无线通信设备的出现都会对超短波跳频通信产生比较大的干扰,此时为了更好的提高超短波跳频通信的运行效率,就需要做好抗干扰技术的研究。
一、超短波跳频通信基本原理超短波跳频通信属于目前应用范围比较广的一项扩展频谱通信方式,其一般是指通信收发双方同步变换载波频率来完成信息传递的一种通信方式。
实际上,“跳频”是借助码序列来实现多频频移键控的通信方式。
从时域上来讲,超短波跳频通信中所采用的跳频信号属于多频率的频移键控信号。
二、超短波跳频通信的特点(1)具有抗干扰能力。
由于超短波跳频通信过程中,频率不断发生跳变,而且跳频通信具有比较强的抗干扰能力,其可以有效应对来自于敌方的瞄准式干扰,同时跳频带宽比较宽时,也能够有效对抗窄带干扰;(2)具有多址组网能力。
正是因为跳频序列的存在,才可以使多个跳频通信设备选择不同的跳频序列,在此基础上组成正交化网络,然后按照不同的跳频序列生成与之相匹配的通信地址,进而完成多址组网;(3)具有抗截获能力。
通常情况下,在一个频点上超短波跳频通信驻留时间相对比较短,导致地方无法准确获取传输信息,同时跳频图案具备一定的优异性能,其可以保证跳频通信频率变化无规律可遵循,致使敌方无法截获信息或实现跟踪式干扰;(4)具有抗衰落能力。
超短波跳频通信过程中,载波处于不断的快速跳变过程,可以发挥频率分集的效果。
自适应跳频原理及其关键技术
第31卷 第2期2010年6月制 导 与 引 信GUIDANC E&FU ZE Vol.31No.2J un.2010文章编号:167120576(2010)022*******自适应跳频原理及其关键技术刘轶萍, 林加涛, 魏 武(上海无线电设备研究所,上海200090) 摘 要:自适应跳频技术是建立在自动信道质量分析基础上的自适应技术与跳频技术相结合的通信技术。
采用该技术的通信双方在通信中自动适应信道变化,实时避开频率集中被干扰的频点,可提高通信的可靠性和抗干扰能力。
文章在简述跳频通信基本原理的基础上,分析了自适应跳频通信的基本原理、抗干扰性能和通信过程,探讨了自适应跳频的实时信道质量分析、自适应跳频频率选择等关键技术,有助于对自适应跳频通信系统进行深入研究、分析和设计。
关键词:跳频;自适应跳频;频率选择;质量分析中图分类号:TN914.41 文献标识码:AThe Pr inciples and K ey Technologies of Ada ptive Frequency H oppingL I U Yi2pi n g, L I N J i a2t ao, W EI Wu(Shanghai Radio Equipment Research Instit ute,Sha nghai200090,Chi na) A bst ra ct:Technology of adapti ve freque ncy hoppi ng(A F H),based on automatic c han2nel qualit y analysi s,i s a kind of co mmunicat ion t echnology combi ning adapti ve technology wit h frequency hoppi ng(F H)technology.Bot h si des who adopt t his t ec hnology aut omat ical2 ly adapt to cha nges of channel’s stat e duri ng comm unicat ion,and at a ny ti me,avoid usi ng t hose frequency poi nt s interfered to improve t he reliabili ty and ant ijamming capabilit y of com munication.Ba sed on a brief i nt roduction to t he funda me nt al principle of F H comm uni2 cation,t hi s t hesi s a nalyses t he funda ment al pri nciple,antija mming perfor mance and com mu2 nication process of AF H com munication,and al so di scusses so me key technologies of AF H, such as real t ime cha nnel qualit y analysi s and a dapti ve f re quency selection,and t herefore, t hi s t he si s i s helpf ul t o deepl y research,analysis and de si gn of A F H communicat ion syst ems.K ey w or ds:f requency hopping;adaptive f reque ncy hoppi ng;frequency selection;qualit y anal ysi s收稿日期:2010-04-12作者简介:刘轶萍(1978-),女,硕士,工程师;林加涛(1978-),男,硕士,工程师;魏 武(1973-),男,硕士,高级工程师,均从事数据传输通信技术的研究。
通用超短波跳频电台的研究与实现
通用超短波跳频电台的研究与实现1. 引言- 超短波跳频电台的概述- 研究背景和意义- 论文的研究内容和目的2. 超短波跳频系统的原理- 超短波通信系统的基本原理- 跳频通信系统的基本原理- 超短波跳频系统的原理及其优势3. 超短波跳频电台的设计与实现- 超短波跳频电台的需求与设计思路- 电路设计与电路元件选型- 实现过程及其性能测试4. 超短波跳频电台系统性能测试- 实验平台和测试方法- 测试指标和结果分析- 性能评价和改进措施5. 结论与展望- 研究成果和创新点总结- 未来研究方向和应用前景展望- 总结和建议超短波跳频电台是一种新型通信设备,具有广泛的应用前景。
本文旨在探讨超短波跳频电台的研究与实现,在实现中结合电路设计和系统性能测试,分析其优势和不足,并提出改进措施,为超短波跳频电台未来的研究和应用提供借鉴。
1.1 超短波跳频电台的概述超短波跳频电台是一种基于跳频通信技术的无线通信设备,跳频通信技术是一种在不同的频率上进行通信的技术。
在通信过程中,发送端和接收端跳转频率,在各个频率上通信,以避免信号受到干扰。
超短波跳频电台可用于军事、公共安全、民用等多个领域,可以保证数据的安全性和保密性,确保通信的高效性和可靠性。
1.2 研究背景和意义随着信息技术的不断发展和应用的广泛,通信技术一直以来是非常重要的研究领域。
而超短波跳频电台是一种新兴的通信设备,具有多种优势,如抗干扰性能、保密性强等。
然而,其研究还比较薄弱,需要进一步深入探讨其原理和性能,在实现中寻找适合的电路设计方案,提高其通信质量和数据传输速率。
1.3 论文的研究内容和目的本文将围绕超短波跳频电台的研究和实现展开,内容包括:超短波跳频系统的原理、超短波跳频电台的设计与实现、超短波跳频电台系统性能测试以及结论与展望共四个方面。
旨在分析其通信原理、研究其设计思路和实现过程,评价其性能表现和不足之处,并提出改进方案和未来研究方向。
为超短波跳频电台的研究和应用提供有益的参考和借鉴。
跳频及其自适应技术
多 径 分 离 与
RAKE
19
接 收
主要特点
4、具有多址(SSMA)能力,易于实现码分多址(CDMA) 技术
5、可抗频率选择性衰落。 6、频谱利用率高,容量大(可有效利用纠错技术、正交波形编码 技术、话音激活技术等)。 7、能精确地定时、测距与定位。 8、数模兼容,可开展多种通信业务 。
a
20
主要应用
a
16
基本过程
a
17
主要特点
1、抗干扰能力强,特别是抗窄带干扰能力强。宽带干扰可为阻塞干扰。
干 扰 由 于 不 知 道 扩 频 伪 随 机 码
a
18
主要特点
2、可检性低(LPI---Low Probability of Intercept),不容易被侦破,对 各种窄带通信系统的干扰很小 。
3、抗多径衰落
历史
1、开始于19世纪20年代雷达的发明,为了提高分辨率, 注重扩频思想。二次世界大战(WWII)中,军队对抗干 扰也有此思想。但真正有关扩频通信技术的观点是在 1941年由好莱坞女演员Hedy Lamarr 和钢琴家George Antheil提出的。基于对鱼雷控制的安全无线通信的思路, 他们申请了美国专利#2.292.387。不幸的是,当时该技 术并没有引起美国军方的重视。
5、很快,美国海军和空军也开始研究他们自己的扩频系 统,空军使用名称为“Phatom”(鬼怪,幻影)和 “Hush-Up”(遮掩),海军使用名称为“Blades”(浆 叶)。那时设备庞大,是用电子管装的,设备要装几间屋 子,使应用受到限制。在晶体a管出现后,特别是集成电路4 出现后,才使扩频系统得到广泛使用。
的商业化研究。20世纪90年代,美国国家航空和航天管理局提出
自适应跳频(AFH)技术在无线电抗干扰中的应用研究
自适应跳频(AFH)技术在无线电抗干扰中的应用研究研究方案:一、研究背景与目的:无线电通信系统中,干扰一直是一个令人头疼的问题。
干扰来源于多方面的因素,而解决方案的设计应该以有效减少干扰对通信系统的影响并提高通信质量为目的。
自适应跳频技术(AFH)是一种可以应对干扰的关键技术。
本研究旨在研究AFH技术在无线电抗干扰中的应用,探索其对干扰抑制与通信质量的影响,并通过数据采集和分析,提出新的观点和方法为解决实际问题提供有价值的参考。
二、研究内容:1. 分析和调研:对AFH技术的原理、特点和应用现状进行详细的分析和调研,探索其在抗干扰中的潜力以及存在的问题。
2. 实验设计:基于已有研究成果,设计一系列的实验来验证AFH技术在不同干扰场景下的效果。
实验重点包括:不同干扰类型下AFH技术的干扰抑制能力、AFH技术在不同信道条件下的性能等。
3. 数据采集:搭建相应的实验系统,使用专业测试设备收集与AFH技术相关的关键参数,如干扰功率、信号质量、通信成功率等。
4. 数据分析:对采集到的数据进行有效整理与分析,评估AFH技术在不同干扰场景下的有效性,并探索其影响因素。
结合实验结果和已有研究成果,提出新的观点和方法来改进AFH技术应用。
三、方案实施:1. 实验平台搭建:- 在实验室内搭建具有一定规模和场景可控性的无线通信系统,包括干扰源、干扰受干扰无线设备和AFH设备。
- 配置专业的通信设备和测试设备,用于数据采集和干扰场景模拟。
2. 实验参数设定:- 设定实验中要研究的干扰类型,如窄带干扰、宽带干扰等。
- 设定不同通信频率的无线设备,以模拟实际应用中的多频段干扰。
- 设定不同信道条件,包括室内、室外、多径衰落等。
3. 实验过程:- 通过控制干扰源产生不同的干扰信号,模拟不同的干扰场景。
- 分别记录在开启和关闭AFH技术的情况下,目标通信设备的信号质量、通信成功率等关键参数。
- 采集数据并存档备份,确保数据的真实性和完整性。
无线通信抗干扰新法——实时跳速自适应跳频技术
l 引 言
1 l 常规跳 频 通信 技术 的基本 原 理及 其发 展 现状 。
限。当跳频的频率数 目中有一半 的频率被干扰时, 对通信会产生严重影响 , 甚至中断通信 ; ③快速跳频器的限制 。产生宽 的跳频带宽、 快
伪随机 性好 的跳频 图案 的跳频器在制 常规跳频通信主要指通信双方或多方在相 同同 的跳频速率、 且 步算 法 和伪 随机 跳 频 图案 算 法 的控 制 下 , 频 在 约 作 上遇 到很 多 困难 , 有些 指标 是相 互制 约 的 ; 射 定 的频率 表 内以离散 频率增量 为随机且 同步地跳 变, 射频在跳变过程 中所能覆盖 的射频带宽远 远大
术 体 制为 特征 。
1 2 常规跳 频 通信 的优 缺点 .
频率合成器的切换时间和功放的上升时间及下降时
间等因素弓起 。为了保 证有效 的跳频通信 , l 一般要 利用 伪 随机 序列 指令 码对 系 统 的 载波 频 率进 行 求换频时间小于跳周期 的 1% ~ 0 , 0 2 % 在换频时间 内频率合成器输 出频率处 于不 可控状态 , 不能传递
维普资讯
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第 2 卷 4
用频率数 。然而 , 由于跳频通信抗干扰 的门限效应 , 难性也就越大。但是 , 跳频速率过高存在许多技术
使得仅靠提高跳频处理增益不能从根本上解决抗干 问题 : 扰 问题 。需要采取更 为有效的措施 , 以追求跳频通 ①接收频率改变 时, 接收机 中频滤波器会产生
② 由于载波频率是跳 变的 , 具有抗单频及 部分 秒 。 ③ 当跳变 的频率间 隔大于相关带 宽时 , 系统具 高抗干扰性能越好 , 军用 的跳频系统可 以达到每秒 有抗多径衰落的能力 ;
通用超短波跳频电台的研究与实现
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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
一种自适应短波通信网模型
一种自适应短波通信网模型作者:李天雪黄兆阳方祺李文斌来源:《中国新通信》2022年第14期摘要:针对国内短波通信组网研究较少的问题,提出一种基于短波频率自适应信道下的“树-网-星”通信网模型。
该模型通过引入传统网络中树状、网状和星状网的优点,结合短波自适应选频技术,选择优质短波频率,理论上可实现稳定的短波自动组网功能。
关键词:短波通信、自适应、拓扑、短波组网一、引言短波通信(Short-wave Communication, SWC)是波长为100m-10m,通信频率范围为3-30MHz的一种无线电通信技术。
该技术利用地面发射的无线电磁波在电离层之间或电离层与地面之间一次或多次的反射,从而实现远距离无线通信,已经被越来越广泛地应用于军事、海洋、航空通信等领域。
短波通信作为无线电通信组织中的重要手段,具有通信环境不容易被摧毁、建设周期短、传输距离较远、不受中继制约、通信组网容易、抗毁性能强等优点,因此开展短波通信组网研究尤为必要[1]。
二、国内外发展现状近二十年来,美国一直致力于短波数字化、综合化、标准化和网络化的研究,先后制定發布了MIL-STD-188-141A、MIL-STD-188-141B、MIL-STD-188-141C系列标准[2],短波传输技术从传统的窄带扩展到了准宽带体制,提升了短波高速可靠的传输能力。
在组网方面,美国分别研制出了全球短波通信网(HFGCS)和海警短波通信网(COTHEN),澳大利亚也研制出了现代短波通信系统(MHFCS)[3]。
为了与美澳短波通信技术发展保持同步,北约国家也在大力进行短波网络化的研究,以HF Messenger网络为例,定义了短波子网的构造、文件传输与电子邮件的接口等,保证了与标准互联网应用的相衔接[4-5]。
而我国在短波通信组网技术领域的研究起步相对交晚,经过近十年来的发展,通过技术引进加创新研发,第三代短波通信技术已成功应用于新一代的短波通信设备并陆续使用,通信信道质量得到了显著的提高。
跳频通信系统抗干扰性能探讨
跳频通信系统抗干扰性能探讨【摘要】在现代科技技术日益发展的情况下,已经越来越重视战争中对于高科技技术的应用,但是军事环境的恶劣和情势险峻,使得军事通信系统必须保证安全可靠,也就是说通信系统必须具有极强的抗干扰能力,最常用的就是跳频通信系统抗干扰技术。
为了提高军事通信的有效性、保密性和可靠性,世界各国的军事通信技术都加强了研究和应用。
跳频通信系统技术替代了原有的常规电台,成为军事通信技术的重点。
【关键词】抗干扰;通信保密;跳频通信系统跳频通信系统具有其他常规电台所不具有的特点,如抗干扰性强、抗截获能力强、抗衰落能力强、可以进行多网址组网。
因此,在各国的战争之中,为了保证在恶劣的战争环境中,进行可靠安全的通信活动,跳频通信系统技术被广泛应用,并借助计算机仿真技术进行程序仿真,获得了准确性高、灵活性强、抗干扰能力强等诸多优点。
本文将从以下几个方面对跳频通信系统的抗干扰性能进行分析。
1跳频通信系统的优势1、1抗干扰能力强跳频通信系统实行抗干扰效果的原理是“打一枪,换一个地方”,也就是采取游击转移的策略,混淆敌方的视听,使敌方搞不清楚我方的载频规律,从而实现极强的抗干扰能力。
这个工作的原理就是,载频采用伪随机码生成,运行的周期就可以长达几年或者更长的时间,而另一方面,发生变动的频率数量可以达到成千上万个,也就是说,即使敌方在其中一频率上实施干扰或者在多个频率上实施长时间的干扰,也不影响我方信息的传输。
受伪随机码控制的载频频率随跳频速度的增加而降低,进一步降低了通信对抗设备对我新号的截获概率。
1、2频谱的利用率高跳频通信系统可以利用不同地图案或者时钟,在一定的信道宽带内可以容纳多个跳频通信系统同时进行工作,以实现资源共享,提高频谱资源的利用率。
2跳频通信系统抗干扰性能的分析2、1跳频通信抗瞄准式干扰性能分析在对跳频通信系统进行波形瞄准式干扰时,通信对抗设备针对所掌握的跳频通信系统的跳频的特定图案,在进行干扰的过程中,主动调整干扰跳频频率和信号频率的同步变化,以完成干扰。
跳频技术在无线电台通信领域中的应用
跳频技术在无线电台通信领域中的应用摘要:跳频通信的发展历程可概括为:二十世纪四十年代末理论先导,六十年代研制攻关,七十年代末产品问世,八十年代逐步推广,九十年代广泛应用,二十一世纪飞速发展。
跳频通信是扩频通信的一个分支,它的突出优点是抗干扰性强,因而很适用于电台通信领域。
跳频技术在雷达、微波、无线局域网、室内无线通信、卫星通信、水下通信等多个领域得到了广泛的应用。
跳频通信是对抗无线电干扰的有效手段,是无线电通信的杀手锏。
跳频通信问世后倍受世界各国,特别是几大强国的青睐。
无线电台中的跳频通信则以其优越的通信抗干扰性能,成为了目前最主要的通信抗干扰手段之一,其装备也成为电子对抗的主要作战目标之一。
关键词:跳频通信无线通信应用1、引言人们在使用短波通信时,常常会遇到电子对抗、无线电侦察、信道阻塞等问题,常规短波电台用固定频率发射和接收,因而无法避开窃听、人为干扰、信道阻塞,影响通信话路畅通,无法确保通信的保密性。
跳频技术问世后,这些问题迎刃而解,得到了彻底解决。
2、跳频通信的定义及特点2.1定义跳频通信属于扩频通信的一种,是频率跳变的扩展频谱通信,它使用用伪随机码序列来离散地控制输出频率,使发射信号的频率随伪随机码的变化而跳变。
作为扩频通信的一种方式,跳频通信技术最突出的优点是抗干扰性强,因此将其应用于超短波无线通信中,非常适合用于军事领域。
战术电台在与敌人距离较近时,很容易遭到侦察、窃听和干扰。
电台中的跳频通信则以其优越的通信抗干扰性能,成为目前最主要的通信抗干扰手段之一,其装备也成为电子对抗的主要作战目标之一。
如果跳频速率达到每秒五千跳,则目前的跟踪式干扰机便无法发挥作用,抗干扰性能非常卓越。
2.2特点(1) 抗干扰能力强针对电台的干扰主要有两种方式,分别是宽带阻塞式干扰和跟踪式干扰。
采用跳频通信技术的电台频率是跳变的,频点数目非常多,跳变的速率极其快,我们从宏观上来观察,就相当于扩展了频谱,也就是说跳频系统成了宽带系统,这一特点是宽带阻塞式干扰克星。
工业无线网络WIA标准体系与关键技术
智能家居等不同应用领域,其实现技术完全不同。
工业无线技术是满足工业应用高可靠、低能耗、硬实时等特殊需求的一类无线传感器网络技术[1]。
基于工业无线技术的测控系统,与传统的有线测控系统相比,具有以下一些优势:(1)低成本。
在传统的有线系统中,布线的成本是每米$30~$100,在一些恶劣环境下,可达到每米$2000。
测控系统运行期间需要不断检测系统状态,发现错误,更换电缆。
使用工业无线技术将使测控系统的安装与维护成本降低90%,是实现低成本测控系统的关键。
(2)高可靠、易维护。
在有线系统中,绝大部分系统故摘要:工业无线技术是一种本世纪初新兴的、面向设备间信息交互的无线technology rising since the beginning of this century. It was designed for short-distance and low-rate information exchange among devices. Industrial wireless technology has some characters suited for being used in the industrial field environment, such as: strong anti-interference capacity, ultra-low power consumption and real-time communication, etc. Industrial wireless technology is the function extension and the technology innovation of the existing wireless technology and will finally be converted to some new wireless technical standards. In this paper, the development of industrial wireless technologies and the corresponding state standards in China is introduced.Key words: Industrial Wireless Technology; WIA Standard; Industrial Measurement and Control System; Wireless Network Technology障是由电缆的连接器件损坏而引发的,其维护复杂度强,维护费用高。
跳频详述
一、跳频概述1.1 跳频序列设计FH sequences design ;1. 作用:(1)控制频率跳变以实现频谱扩展;(2) 跳频组网时作为地址码主要设计2. 总体限制:汉明相关特性(1) 汉明自相关最大旁瓣,影响性能:系统抗多径能力和同步性能(同步引导序列)(2) 汉明互相关性能峰值,影响性能:多址组网能力和抗干扰能力。
3. 序列分为:素数序列,m/M 跳频序列,RS 码跳频序列,bent 序列,混沌映射序列构造序列族。
宽间隔跳频的意义:(游程)(a)对抗单频窄带干扰和部分频带干扰;(b)对抗跟踪式干扰,跳频跨度大,敌方干扰机的搜索时间长,调谐时间也长; (c)抗多径衰落:当直射波和折射波通过不同的路径到达接收机,只要跳频时隙小于其的时延差,。
当折射波到达接收机时,工作频率已经跳到另一个频率上,多径可以排除;条件:相邻时隙的载波频率之差大于信道的相关带宽。
跳频频段的的间隔特性有利于宽间隔调频序列的设计,目前有(连续性)中间频带法[1983],对偶频带法[1985], 梅文华有较多探索[1994][1997][2001],国外的基本没见到。
1.2 跳频频率合成器frequency hopping synthesizer ;跳频系统对频率合成器的要求:频率转换速度快,频率稳定度高及纯度高,频率数目多,能在编码控制下跳变。
工作频段:覆盖系数max min /f f 大于2到3时,可以划为几个分频段。
频率合成器;直接频率合成法(倍分频法,快,复杂)、间接频率合成法(锁相,慢),直接数字合成法DDS(简单快速,切换ns 级,杂散抑制差)DDS 工作原理:一般信号形式 00()cos(2)S t U f t πθ=+ 通过变换 *00()22()s t f t f nT n n θππθθ====∆•其中,0022/s s f T f f θππ∆== (0f 对应输出,s f 对应参考频率) 表示连续两次采样之间的相位增量,控制θ∆可以控制合成信号频率 把2π分成q 等分,最小相位增量为2/q δπ= 若每次的相位增量是δ的R 倍,则有:02s s R Rf f T qδπ== (R 对应频率控制字K ) DDS 采用全数字技术,具有频率分辨高;工作频段较宽;频率转换速度快;转换频率时相位连续;可产生宽带正交信号;具有任意波形输出能力;集成度高,体积小,易于微机控制等优点。
跳频通信技术的研究及分析
跳频通信技术的研究及分析摘要:跳变频率扩频通信,简称跳频通信,它作为扩频通信的一个子分支,继承了扩频通信的所有优点,而且其抗干扰的能力更要优于其他几种扩频方式,尤其是能有效的躲避跟踪式干扰和瞄准式干扰。
更重要的是,跳频通信还具有以下几个方面的优点:优良的多址组网能力使得频谱资源的利用率增加,有效地节省了频谱资源;频率快速跳变使得频率分集能够对抗信号的衰落以及避免信号延迟引起的多径干扰。
关键词:跳频通信;扩频;抗干扰;频谱;前言:在现代生活中,无线通信显得越来越重要,在某些特殊的环境中,有线通信难以得到实施,而无线通信由于建立连接迅速、自由灵活、能够跨越自然或人为障碍等优点,被广泛应用于海、陆、空通信中,特别是对移动中的目标进行指挥控制时,无线通信甚至成为唯一的通信方式。
但是由于无线通信电波传输信道的空间开放性,发射和接收信号都是在复杂且暴露的的电磁环境中进行,将会导致信号的传输会受到自然环境或者是人为的干扰,使得无线通信质量下降甚至中断。
因此为保护己方无线通信正常且高质量而进行的通信对抗必不可少了。
1.跳频通信的特点跳频系统由于不同时刻本地载波处于不同的频率上,所以每一时刻跳频信号都处于不同的跳频信道,这样能有效地摆脱干扰,实现抗干扰的目的。
跳频接收机通常采用非相干包络检波方式进行数据的解调。
其主要特点如下:1.1由于跳频序列的随机变化,导致跳频频率的变化也是随机的,所以只要敌方无法获得我方所使用跳频序列,就无法跟踪到我方的跳频频率,因此跳频通信就具有一定的保密能力。
1.2跳频载波频率的快速跳变,能够有效的对抗选择性衰落及多径衰落。
1.3跳频系统从总体上来看是在整个频带内进行跳变,属于宽带系统;但在每个跳频时刻又可以看做是瞬时窄带系统,所以它不仅可以与宽带系统进行通信,当其跳频频率处于某一固定的值时,也可以与窄带系统建立通信,所以跳频通信具有很好的通信兼容性。
而且,模拟数据信息和数字数据信息都可以运用跳频通信技术对其进行跳频调制实现达到抗干扰的目的。
跳频通信技术的研究
跳频通信技术的研究当今信息时代,如何有效的利用宝贵的频带资源,如何进行准确可靠的信息通信是通信领域中至关重要的问题。
扩频通正是在这种背景下迅速发展起来的。
从20世纪40年代起,人们就开始了对扩频技术的研究,其抗干扰、抗窃听、抗测向等方面的能力早已为人们所熟知。
但由于扩频系统的设备复杂,对各方面的要求都很高,在当时的技术条件下,要制成适应军事和民用需要的扩频系统是不可能的,因而扩频技术发展缓慢。
进入20世纪60年代后,随着科学技术的迅速发展,许多新型器件的出现,特别是大规模、超大规模集成电路、微处理器、数字信号处理(DSP)器件、扩频专用集成电路(ASIC)以及像声表面波(SAW)器件、电荷耦合器件(CCD)这样的新型器件的问世,使扩频技有了重大的突破和发展,许多新型系统相继问世,兵在实际的使用和实验中显示出了它们的优越性,使扩频通信成为未来通信的一种重要方式。
并因此受到了人们极大的重视。
扩展频谱系统主要包括以下几种扩频方式:(1)直接序列扩频(DS)(2)跳频(FH)(3)跳时(TH)(4)线性调频(Chirp)本文中主要讲述对跳频通信的研究。
本论文共分X章,第一章扩频技术及其理论基础1.1概论扩展频谱系统具有很强的干扰性,其多址能力、保密、抗多径等功能也倍受人们的关注,被广泛地应用于军事通信和民用通信中。
扩展频谱系统是指发送的信息被展宽到一个很宽的频带上,这一频带比要发送的信息的带宽宽得多,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SS(Spread Spectrum)系统。
1.2 扩频通信的理论基础扩频通信技术是把要发送的信号扩展到一个很宽的频带上,然后再发送出去,系统的射频带宽比原始信号的带宽宽得多。
这样做,系统的复杂度比常规系统的复杂度要高得多,付出的代价是昂贵的,能得到什么好处呢?可以从著名的香农定理来看。
香农定理指出:在高斯白噪声干扰条件下,通信系统的极限传播速率(或称信道容量)为C=B lb(1+S/N)b/s (1-1)式中:B为信号带宽,S为信号平均功率,N为噪声功率。
基于自适应形态学的跳频信号参数联合盲估计
跳频通信具有抗多径+抗衰落+抗干扰+低截获率+易组 的要求$开展跳频对抗技术的研究'成为了当前通信对抗
网等优点'在军事和民用通信中得到了广泛的应用和蓬勃 领域紧迫而困难的任务$跳频对抗技术中重要的一环便是
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基于自适应形态学的跳频信号参数联合盲估计
王曼颖龚晓峰$ 雒瑞森边!彤王之远
四川大学电气工程学院四川 成都 <+**<#
!!摘!要跳频通信的应用大大提高了军事装备的抗干扰和抗截获能力使得跳频对抗技术面临严峻的挑战
为解决传统形态学跳频信号参数估计方法中结构元素选择困难问题并提高估计精度提出了一种基于自适应形态
'2;175&%#*X*<<#*!cc'9%1
引用格式王曼颖'龚晓峰'雒瑞森'等'基于自适应形态学的跳频信号参数联合盲估计(G)'系统工程与电子技术')*)+'!"!#"%+"X>;+!*#'
学的跳频信号参数联合盲估计方法首先对跳频信号进行短时傅里叶变应形态学滤波器抑制谱图噪声提取跳频图案初步估计跳频参数最后引入最
小二乘估计方法对跳频周期和跳变时刻进行精估计仿真结果表明此方法能够同时估计出跳频频率跳频周期
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自适应跳频中的关键技术研究
自适应跳频系统能够自适应地进行信道估计,并根据信道状况,
自适应地调整频点的调制方式并进行功率控制,同时自适应地选择工作频率,从而极大地提升了系统抗衰落、抗干扰和抗截获的能力,具有举足轻重的意义,本文在此方面做了大量的研究工作。
本文首先简要地介绍了短波通信与短波信道的基本特征,以及跳频通信的发展历程,接着介绍了自适应跳频通信的发展和研究现状,最后给出了本文的研究背景以及文章结构。
第二章简要的介绍了自适应跳频的相关基础技术,包括跳频通信的基本原理、跳频通信系统介绍以及自适应跳频技术,为后续研究铺平道路。
第三章对自适应信道估计算法进行了研究。
详细的阐述了根据观测向量自相关矩阵特征值分解求信噪比的算法,讨论和比较了其信号数估计的AIC与MDL算法,分析了后者可能存在的问题以及相应的改进算法,并讨论了自相关矩阵更普通的情况。
提出了信道衰落估计的算法,该算法具有实现简单和高效的优点。
第四章对自适应控制进行了研究。
本文将自适应调制与自适应功率控制结合起来,提出了联合自适应调制与功率控制算法,给出了算法的分析
与实现,说明了相关注意事项,并讨论了算法针对常规功率控制与自
适应调制的简化解决方案。
本文分别从自适应频点选择、频带选择和子带选择三个方面入手,提出并分析了自适应频率选择的最优算法。
仿真表明,本文提出的算法都比较有效。
最后,总结了本文的工作,指出了今后研究的几个方向。