【文章內容簡介】 ),.(21iiniaaf??1??ina2??in i。 。 。 圖 序列發(fā)生器原理圖對于線性移位寄存器序列有 　(i＝0,1,…) （24）nininin acaca1210 ???????它當初始值 全為零時輸出恒為零。除去這種全零狀態(tài)外，它最多可能取1,?遍所有 個非零狀態(tài)，故最大周期為 。一般情況下周期是 的因子。2?n n 12?n　 周期達到 的序列稱為最長線性移位寄存器序列，簡稱 M 序列，圖中 b 就是三級M 序列，它的輸出為…，0，0，1，0，1，1，1,…。M 序列完全滿足偽隨機序列的三點要求，特別是它的相關函數為 　　 (25)????????20)]12(mod0[12{)(n nniiaR???因而是典型的偽隨機序列。M 序列的周期一定是 ,實用上還需要有其他的周期,n這可用非線性移位寄存器序列得到。 級非線性移位寄存器序列的周期不大于 ，達到n n2的序列稱 M 序列。n2利用以上原理，我們要產生一個偽隨機序列 [8]直接去控制頻率合成器合成載頻頻率。太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） 10 頻率合成器每接到一個 PN 序列就會輸出一組不斷跳變的頻率。這樣只有相同的 PN 碼才會輸出相同跳變次序的頻率。PN 碼不同時頻率合成器輸出的頻率是不會有相同的周期性的?！√萍即髮W華科學院畢業(yè)設計（論文） 11 第 3章 FHSS 通信系統(tǒng)原理 FHSS 通信的概述 定頻通信 [9]系統(tǒng)容易暴露目標且易于被截獲，這時，采用 FHSS 通信就比較隱蔽也難以被截獲。因為 FHSS 通信是“打一槍換一個地方 ”的游擊通信策略、從而不易發(fā)現通信使用的頻率，一旦被對方發(fā)現，通信的頻率也已經“轉移”到另外一個頻率上了。當對方摸不清“轉移規(guī)律”時，就很難截獲我方的通信內容。 因此，FHSS 通信具有抗干擾、抗截獲的能力，并能作到頻譜資源共享。所以在現代通信中 FHSS 通信已顯示出巨大的優(yōu)越性。 FHSS 系統(tǒng)的組成部分 FHSS 通信系統(tǒng)和其他通信系統(tǒng)一樣，也是分為信號的編碼、調制和放大等過程的發(fā)送端。另一端就是信號的接收、放大、解調得到有用的信息。完成一次 FHSS 通信就要分以上兩步進行。 在發(fā)送端，被傳送的信號經過調制器的相應調制，便獲得載波頻率固定的已調波信號，再與頻率合成器輸出的主載波頻率信號進行混頻，其輸出的已調波信號的載波頻率達到射頻通帶的要求，經過高通濾波器后反饋至天線發(fā)射出去。FHSS 系統(tǒng)的頻率合成器輸出的載波信號的頻率是受跳頻指令（偽隨機序列）控制的。在時鐘的作用下，跳頻指令發(fā)生器不斷地發(fā)出控制指令，頻率合成器不斷地改變其輸出載波的頻率。因此，混頻器輸出的已調波的載波頻率也將隨著指令不斷地跳變，從而經高通濾波器和天線發(fā)送出去的就是跳頻信號。收信機通常采用超外差式接收機，使接收到的信號比接收端頻率合成器的輸出信號低一個中頻，然后該接收信號與頻率合成器的輸出信號進行混頻從而實現解擴，輸出一個固定中頻信號。之后經中頻帶通濾波器濾波后，把不需要的干擾抑制掉，經解調器把傳送的信息恢復出來。FHSS 系統(tǒng)組成框圖如圖 所示。太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） 12 編碼器數 字調制器 混頻器頻率合成器跳頻碼產生器解碼器時間同步器信道混頻器 數 字解調器頻率合成器跳頻碼產生器信息序列輸出圖 系統(tǒng)組成框圖頻率合成器 [10]輸出的最低頻率 min 和最高頻率 max 之間的變化范圍指頻率范圍。用覆蓋系數 k=max/min 表示（ k 又稱之為波段系數） 。如果覆蓋系數 k2~3 時,整個頻段可以劃分為幾個分波段。在頻率合成器中,分波段的覆蓋系數一般取決于振蕩器的特性。頻率間隔（頻率分辨率）頻率合成器的輸出是不連續(xù)的。兩個相鄰頻率之間的最小間隔,就是頻率間隔。頻率間隔又稱為頻率分辨率。不同用途的頻率合成器,對頻率間隔的要求是不相同的。對短波單邊帶通信來說,現在多取頻率間隔為 100Hz,有的甚至取 10Hz、1Hz 乃至 。對超短波通信來說,頻率間隔多取 50kHz、25kHz 等。在一些測量儀器中,其頻率間隔可達兆赫茲量級。頻率轉換時間是指頻率合成器從某一個頻率轉換到另一個頻率,并達到穩(wěn)定所需要的時間。它與采用的頻率合成方法有密切的關系。頻率準確度是指頻率合成器工作頻率偏離規(guī)定頻率的數值,即頻率誤差。而頻率穩(wěn)定度是指在規(guī)定的時間間隔內,頻率合成器頻率偏離規(guī)定頻率相對變化的大小。跳頻碼發(fā)生器是產生偽隨機序列的部分，用它產生的偽隨機序列去控制頻率合成器來產生我們所需要的頻率。此外系統(tǒng)還有編碼、調制、解調等組成部分。 FHSS 通信系統(tǒng)工作原理 FHSS 通信系統(tǒng)數學模型 FHSS 通信是擴展頻譜通信的一個分支，是一個“多頻、選碼、頻移鍵控”系統(tǒng)，太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） 13 即用偽碼序列構成跳頻指令來控制頻率合成器，并在多個頻率中進行選擇的頻移鍵控。具有“躲避”式抗干擾、易于解決遠近問題、碼分多址、頻率分集等特點。 頻率跳變系統(tǒng)主要由偽碼發(fā)生器和頻率合成器兩部分組成。發(fā)射機在一個預定的頻率集中由偽碼序列控制頻率合成器使發(fā)射頻率隨機地由一個跳到另一個。接收機中的頻率合成器也按相同的順序跳變，產生一個本振頻率，經混頻后，送到解調器解調出傳送的信息。圖 是 FHSS 系統(tǒng)相關處理的數學模型：帶通濾波 解調)(tm])cos[(0nt???? ])cos[(rrtn???干擾 )(tj 噪聲 n(t) (tp)(1tssj )(tr 圖 FHSS 信號相關處理 設 為發(fā)送的跳頻信號)(1ts （31）])[(cos)(01 nttmts ?????其中: ， 為輸出的 FH 信號(令振幅 A=1)，,.20??NnN為 FHSS 合成器跳變間隔，每跳持續(xù)時間為 T，一般取 ， 是待傳送的?? T?2??)tm數字信息流， 為初相 。 在信道中與其它地址信號 , 噪聲 以及千擾 組n?)(1ts )(tsj (n)(tj合后進入接收機的信號 為：r （32）????kjr tjntsts21 )()()(其中: 為發(fā)射端的有用信號: 是其它地址信號( )， 進 入 接)(1ts tj kj,2??(tsr收機與本地信號 相乘后得:])co[rrtn???? （33）])cos[()](()21 rrkjp tntjtstts ??????太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） 14 式中: 為本地頻率合成器的中心頻率，與 差一個中頻 。假設收發(fā)兩端跳頻序r?0?1列同步，將式（31）代入（33）得: （34）])cos[(])()[]})2[({2/1(2 01rrkj rnp tntjnts tm???? ??????式中中頻是： 是本地跳頻信號的初相 。r?0?rt式（34）中 的每次跳變使混頻器輸出一個固定中頻，經中頻濾波器Tnt)1(??后得到有用信號分量為: （35）)cos()2)(112????ttmts將式(35)中的信號送入解調器中，即可解調出信息 。而其它地址跳頻信號、干(t?擾信號、噪聲不能在每次跳頻時隙內都與本地輸出信號混頻成固定中頻 [11]。這樣，相乘后就落在中頻帶通濾波器的通帶之外，自然就不會對有用信號的解調發(fā)生影響。 跳頻圖案 為了不讓另一方知道我們通信使用的頻率，需要經常改變載波頻率，即“打一槍換一個地方”似地對載波頻率進行跳變，FHSS 通信中載波頻率改變的規(guī)律，叫作跳頻圖案。 通常我們希望頻率跳變的規(guī)律不被另一方所識破，所以需要隨機地改變以至無規(guī)律可循才好。但是若真的無規(guī)律可循的話，通信的雙方也將失去聯系而不能建立通信。因此，常采用偽隨機改變的跳頻圖案。 只有通信的雙方才知道此跳頻圖案，而對另一方則是絕對的機密。所謂“偽隨機” ，就是“假”的隨機，其實是有規(guī)律性可循的，但當另一方不知跳頻圖案時，就很難猜出其跳頻的規(guī)律來。圖 所示為一個跳頻圖案。圖中橫軸為時間，縱軸為頻率。這個時間與頻率的平面叫作時頻域。也可將這個時頻域看作一個棋盤，橫軸上的時間段與縱軸上的頻率段構成了棋盤格子。陰影線代表所布棋子的方案，就是跳頻圖案；它表明什么時間采用什么頻率進行通信，時間不同頻率也不同。 太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） 15 圖 跳頻圖案圖 (a)中所示為一快跳頻圖案，它是在一個時間段內傳送一個碼位(比特)的信息。通常稱此時間段叫跳頻的駐留時間，稱頻率段為信道帶寬。 圖 (b)所示則是一慢跳頻圖案，它是在一個跳頻駐留時間內傳送多個(此處 3 個)碼位(比特)的信息。在時頻域這個“模盤”上的一種布子方案就是一個跳頻圖案。當通信收發(fā)雙方的跳頻圖案完全一致時，就可以建立 FHSS 通信了。圖 所示就是建立 FHSS 通信的示意圖。 圖 發(fā)射接收跳頻圖其中 t 表示時間，s 表示空間，f 表示頻率。當收、發(fā)雙方在空間上相距一定距離時，太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） 16 只要時頻域上的跳額圖案完全相重合，就表示收、發(fā)雙方同步跳頻地進行通信?！?FHSS 通信抗干擾方式通信收、發(fā)雙方的跳頻圖案是事先約定好的，或者是由發(fā)方通知收方的。這個跳頻圖案是另一方所不知道的。另一方若想于擾 FHSS 通信，有幾種策略可供選擇，舉其二為例說明： 干擾方式 1，在某一個頻率上施放長時間的大功率的干擾，即單頻干擾。 干擾方式 2，在不同時間內在不同的頻率上施放大功率的干擾。 這些干擾方式和 FHSS 通信的關系正像二人對奕時相互“出子”一樣，當雙方的“布子”落在時一頻域棋盤內的同一小格時，則干擾有效。因此，跟蹤跳頻圖案施放的干擾策略就是最佳的干擾 FHSS 通信的策略了。 圖 給出了方式 1 和方式 2 的干擾策略與跳頻圖案的關系。 圖 跳頻被干擾的方式圖 中示出一種跳頻圖案，方式 1 干擾策略是在時間上連續(xù)的施放一個窄帶干擾，即第 l0 個頻率段以斜線表示的干擾帶；方式 2 干擾策略是在第一個時間段用第一個頻率段進行干擾，第二個時間段用第二個頻率段進行干擾，依次下去，就形成了沿時頻域模盤對角線上的于擾帶。跳頻圖案中受到這兩種干擾時就用全黑色方塊來表示。由圖中可以看出，干擾方式 1 只干擾了一個跳頻駐留時間的通信，而干擾方式 2 則干擾了三個跳頻駐留時間的通信。 太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） 17 跳頻圖案的不同，其干擾的效果也不盡相同。當跳頻圖案的隨機性越大時，跳頻抗干擾的能力就越強；“棋盤”越大時，即頻率和時間的乘積越大時，可容納的隨機圖案也越多，跳頻圖案本身的隨機性也越大，從而抗干擾能力也越強。所謂抗于擾能力強，實際上是指碰到干擾的概率小。 現代電子戰(zhàn)中，通信方采用跳頻技術來分散干擾的影響，干擾方則想截獲通信方的信號以減少于擾的盲目性，并盡量作到有的放矢，這就是跟蹤式干擾策略。跟蹤式干擾的有效干擾是有條件的，這個條件除功率因素外，還應當滿足干擾橢圓的要求，如圖 所示。 圖 轉發(fā)干擾圖中的通信方為收、發(fā)信機，干擾機用來對通信的信號進行偵聽、處理，然后以同樣的載波頻率施放干擾。為了有效地干擾跳頻系統(tǒng)，在通信頻率跳到新的頻率之前，干擾機必須完成從偵聽到施放干擾的全過程。 FHSS 系統(tǒng)更換載頻的跳頻間隔時間，就是跳頻信號在空間駐留的時間。根據收、發(fā)信機的距離 d1，干擾機與發(fā)、收信機的距離 d2 和 d3，以及跳頻駐留時間和干擾機施放干擾的處理時間，可以得到以發(fā)射機和接收機為兩個焦點的橢圓。只有當干擾機設置在這個橢圓內時，才能使干擾有效，如果干擾機設置在橢圓之外時，則此跟蹤式干擾策略無效。顯然，為了對付跟蹤式干擾，希望跳頻信號的駐留時間越短越好，讓干擾機來不及施放干擾?？疾煲粋€系統(tǒng)的跳頻技術性能，應注意下列各項指標： 跳頻帶寬跳頻頻率的數目跳頻的速率跳頻碼的長度(周期)FHS