【文章內(nèi)容簡介】 非零狀態(tài)，故最大周期為 12?n 。一般情況下周期是 12?n 的因子。 周期達(dá)到 12?n 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(jí)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(jī)序列的三點(diǎn)要求，特別是它的相關(guān)函數(shù)為 ?????????? ??220)]12( m od0[)]12( m od0[12 1{)(n nnni iiaaR???? (25) 因而是典型的偽隨機(jī)序列。 M 序列的周期一定是 12?n ,實(shí)用上還需要有其他的周期 ,這可用非線性移位寄存器序列得到。 n 級(jí)非線性移位寄存器序列的周期不大于 n2 ，達(dá)到 n2 ),. ..,( 21 iinin aaaf ???? 1??ina 2??ina ia 。 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 的序列稱 M 序列 。 利用以上原理，我們要產(chǎn)生一個(gè)偽隨機(jī)序列 [8]直 接去控制頻率合成器合成載頻頻率。頻率合成器每接到一個(gè) PN 序列就會(huì)輸出一組不斷跳變的頻率。這樣只有相同的 PN 碼才會(huì)輸出相同跳變次序的頻率。 PN 碼不同時(shí) 頻率合成器輸出的頻率是不會(huì)有相同的周期性的。 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(biāo)且易于被截獲，這時(shí)，采用 FHSS 通信就比較隱蔽也難以被截獲。因?yàn)?FHSS 通信是“打一槍換一個(gè)地方”的游擊通信策略、從而不易發(fā)現(xiàn)通信使用的頻率，一旦被對方發(fā)現(xiàn)，通信的頻率也已經(jīng)“轉(zhuǎn)移”到另外一個(gè)頻率上了。當(dāng)對方摸不清“轉(zhuǎn)移規(guī)律”時(shí)，就很難截獲我方的通信內(nèi)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(xiàn)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(hào)的編碼、調(diào)制和放大等過程的發(fā)送端。另一端就是信號(hào)的接收、放大、解調(diào)得到有用的信息。完成一 次 FHSS 通信就要分以上兩步進(jìn)行。 在發(fā)送端，被傳送的信號(hào)經(jīng)過調(diào)制器的相應(yīng)調(diào)制，便獲得載波頻率固定的已調(diào)波信號(hào)，再與頻率合成器輸出的主載波頻率信號(hào)進(jìn)行混頻，其輸出的已調(diào)波信號(hào)的載波頻率達(dá)到射頻通帶的要求，經(jīng)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(hào)的頻率是受跳頻指令（偽隨 機(jī)序列）控制的。在時(shí)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(diào)波的載波頻率也將隨著指令不斷地跳變，從而經(jīng)高通濾波器和天線發(fā)送出去的就是跳頻信號(hào)。 收信機(jī)通常采用超外差式接收機(jī)，使接收到的信號(hào)比接收端頻率合成器的輸出信號(hào)低一個(gè)中頻，然后該接收信號(hào)與頻率合成器的輸出信號(hào)進(jìn)行混頻從而實(shí)現(xiàn)解擴(kuò)，輸出一個(gè)固定中頻信號(hào)。之后經(jīng)中頻帶通濾波器濾波后，把不需要的干擾抑制掉，經(jīng)解調(diào)器把傳送的信息恢復(fù)出來。 FHSS 系統(tǒng)組成框圖如圖 所示。 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 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(shù) k=max/min 表示（ k 又稱之為波段系數(shù)）。如果覆蓋系數(shù) k2~3 時(shí) ,整個(gè)頻段可以劃分為幾個(gè)分波段。在頻率合成器中 ,分波段的覆蓋系數(shù)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(gè)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(xiàn)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(dá)兆赫茲量級(jí)。頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間是指頻率合成器從某一個(gè)頻率轉(zhuǎn)換到另一個(gè)頻率 ,并達(dá)到穩(wěn)定所需要的時(shí)間。它與采用的頻率合成方法有密切的關(guān)系。頻率準(zhǔn)確度是指頻率合成器工作頻率偏離規(guī)定頻率的數(shù)值 ,即頻率誤差。而頻率穩(wěn)定度是指在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi) ,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(chǎn)生偽隨機(jī)序列的部分，用它產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列去控制頻率合成器來產(chǎn)生我們 所需要的頻率。此外系統(tǒng)還有編碼、調(diào)制、解調(diào)等組成部分。 FHSS 通信系統(tǒng)工作原理 FHSS 通信系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 FHSS 通信是擴(kuò)展頻譜通信的一個(gè)分支，是一個(gè)“多頻、選碼、頻移鍵控”系統(tǒng)，即用偽碼序列構(gòu)成跳頻指令來控制頻率合成器，并在多個(gè)頻率中進(jìn)行選擇的頻移鍵控。具編碼器 數(shù) 字 調(diào)制器 混頻器 頻率 合成器 跳頻碼 產(chǎn)生器 解碼器 時(shí)間同步器 信道 混頻器 數(shù) 字 解調(diào) 器 頻率合成器 跳頻碼產(chǎn)生器 信息序列 輸出 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 有“躲避”式抗干擾、易于解決遠(yuǎn)近問題、碼分多址、頻率分集等特點(diǎn)。 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(jī)在一個(gè)預(yù)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(jī)地由一個(gè)跳到另一個(gè)。接收機(jī)中的頻率合成器也 按相同的順序跳變，產(chǎn)生一個(gè)本振頻率，經(jīng)混頻后，送到解調(diào)器解調(diào)出傳送的信息。圖 是 FHSS 系統(tǒng)相關(guān)處理的數(shù)學(xué)模型： 圖 FHSS 信號(hào)相關(guān)處理 設(shè) )(1ts 為發(fā)送的跳頻信號(hào) ])[(c o s)()( 01 ntntmts ??? ??? ? （ 31） 其中 : 1,......,2,1,0 ?? Nn ， ])co s[( 0 ntN ??? ?? ? 為輸出的 FH 信號(hào) (令振幅 A=1)， ??為 FHSS 合成器跳變間隔，每跳持續(xù)時(shí)間為 T，一般取 T?? 2?? ， )(tm 是待傳送的數(shù)字信息流， n? 為初相 。 )(1ts 在信道中與其它地址信號(hào) )(tsj , 噪聲 )(tn 以及千擾 )(tj 組合后進(jìn)入接收機(jī)的信號(hào) )(tsr 為： ?? ???? kj jr tjtntststs 21 )()()()()( （ 32） 其中 : )(1ts 為發(fā)射端的有用信號(hào) : )(tsj 是其它地址信號(hào) ( kj ,2?? )， )(tsr 進(jìn) 入 接收機(jī)與本地信號(hào) ])co s[( rr tn ??? ?? ? 相乘后得 : ])c os [()]()()()([)( 21 rrkj jp tntjtntststs ??? ?????? ??? （ 33） 式中 : r? 為本地頻率合成器的中心頻率，與 0? 差一個(gè)中頻 1? 。假設(shè)收發(fā)兩端跳頻序帶通濾波 解調(diào) )(tm ])c o s[( 0 ntn ??? ?? ? ])c o s[( rr tn ??? ?? ? 干 擾 )(tj 噪 聲 n(t) )(tsp )(1ts )(tsj )(tsr 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 列同步，將式（ 31）代入（ 33）得 : ])c o s [ (])()()([]})2c o s [ ()) { c o s ((2/1)(201rrkjjrnrrptntjtntstnttmts?????????????????????????? （ 34） 式中中頻是： r? 是本地跳頻信號(hào)的初相 0??? ?? rt 。 式（ 34）中 TntnT )1( ??? 的每次跳變使混頻器輸出一個(gè)固定中頻，經(jīng)中頻濾波器后得到有用信號(hào)分量為 : )c o s ()(21)( 1112 ?? ?? ttmts （ 35） 將式 (35)中的 信號(hào) 送入解調(diào)器中 ，即可解調(diào)出信 息 )(t? 。而其它地址跳頻信號(hào)、干擾信號(hào)、噪聲不能在每次跳頻時(shí)隙內(nèi)都與本地輸出 信號(hào)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(huì)對有用信號(hào)的解調(diào)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(jīng)常改變載波頻率，即“打一槍換一個(gè)地方”似地對載波頻率進(jìn)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(shí)破，所以需要隨機(jī)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(lián)系而不能建立通信。因此，常采用偽隨機(jī)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(jī)密。所 謂“偽隨機(jī)”，就是“假”的隨機(jī)，其實(shí)是有規(guī)律性可循的，但當(dāng)另一方不知跳頻圖案時(shí)，就很難猜出其跳頻的規(guī)律來。圖 所示為一個(gè)跳頻圖案。圖中橫軸為時(shí)間，縱軸為頻率。這個(gè)時(shí)間與頻率的平面叫作時(shí)頻域。也可將這個(gè)時(shí)頻域看作一個(gè)棋盤，橫軸上的時(shí)間段與縱軸上的頻率段構(gòu)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(shí)間采用什么頻率進(jìn)行通信，時(shí)間不同頻率也不同。 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(gè)時(shí)間段內(nèi)傳送一個(gè)碼位 (比特 )的信息。通常稱此時(shí)間段叫跳頻的駐留時(shí)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(gè)跳頻駐留時(shí)間內(nèi)傳送多個(gè) (此處 3個(gè) )碼位 (比特 )的信息。在時(shí)頻域這個(gè)“模盤”上的一種布子方案就是一個(gè)跳頻圖案。當(dāng)通信收發(fā)雙方的跳頻圖案完全一致時(shí)，就可以建立 FHSS 通信了。圖 FHSS 通信的示意圖。 圖 發(fā)射接收跳頻圖 其中 t 表示時(shí)間， s 表示空間， f 表示頻率。當(dāng)收、發(fā)雙方在空間上相距一定距離時(shí)，太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 只要時(shí)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(jìn)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(gè)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(gè)頻率上施放長時(shí)間的大功率的干擾，即單頻干擾。 干擾方式 2，在不同時(shí)間內(nèi)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(guān)系正像二人對奕時(shí)相互“出子”一樣，當(dāng)雙方的“布子”落在時(shí)一頻域棋盤內(nèi)的同一小格時(shí)，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(guān)系。 圖 跳頻被干擾的方式 圖 ，方式 1 干擾策略是在時(shí)間上連續(xù)的施放一個(gè)窄帶干擾，即第 l0 個(gè)頻率段以斜線表示的干擾帶；方式 2 干擾策略是在第一個(gè)時(shí)間段用第一個(gè)頻率段進(jìn)行干擾，第二個(gè)時(shí)間段用第二個(gè)頻率段進(jìn)行干擾，依次下去，就形成了沿時(shí)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(shí)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(gè)跳頻駐留時(shí)間的通信，而干擾方式 2 則干擾了三個(gè)跳頻駐留時(shí)間的通信。 跳頻圖案的不同，其干擾的效果也不盡相同。 當(dāng)跳頻圖案的隨機(jī)性越大時(shí)，跳頻抗干太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 擾的能力就越強(qiáng)；“棋盤”越大時(shí)，即頻率和時(shí)間的乘積越大時(shí)，可容納的隨機(jī)圖案也越多，跳頻圖案本身的隨機(jī)性也越大，從而抗干擾能力也越強(qiáng)。所謂抗于擾能力強(qiáng)，實(shí)際上是指碰到干擾的概率小。 現(xiàn)代電子戰(zhàn)中，通信方采用跳頻技術(shù)來分散干擾的影響，干擾方則想截獲通信方的信號(hào)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(gè)條件除功率因素外，還應(yīng)當(dāng)滿足干擾橢圓的要求，如圖 所示。 圖 轉(zhuǎn)發(fā)干擾 圖中的通信方為收、發(fā)信機(jī)，干擾 機(jī)用來對通信的信號(hào)進(jìn)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(jī)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(shí)間，就是跳頻信號(hào)在空間駐留的時(shí)間。根據(jù)收、發(fā)信機(jī)的距離 d1，干擾機(jī)與發(fā)、收信機(jī)的距離 d2 和 d3，以及跳頻駐留時(shí)間和干擾機(jī)施放干擾的處理時(shí)間，可以得到以發(fā)射機(jī)和接收機(jī)為兩個(gè)焦點(diǎn)的橢圓。只有當(dāng)干擾機(jī)設(shè)置在這個(gè)橢圓內(nèi)時(shí)，才能使干擾有效，如果干擾機(jī)設(shè)置在橢圓之外時(shí)，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(hào) 的駐留時(shí)間越短越好，讓干擾機(jī)來不及施放干擾?？疾煲粋€(gè)系統(tǒng)的跳頻技術(shù)性能，應(yīng)注意下列各項(xiàng)指標(biāo)：