【正文】 原理示意如圖 21 所示。載波由偽隨機(jī)序列（跳頻序列）控制可變頻率合成器產(chǎn)生，頻率隨跳頻序列的序列值改變而改變，因此，載波調(diào)制又被稱為擴(kuò)頻調(diào)制。 跳頻 (FH)是射頻占用帶寬的周期性改變。所有可能的載波頻率的集合稱為跳頻集。 圖 21 跳頻通信系統(tǒng)原理框圖 可變頻率合成器受跳頻序列控制，跳頻序列值改變一次，載波頻率即改變一次。跳頻信號(hào)經(jīng)射頻濾波器發(fā)射后，被接收機(jī)接收。只要收發(fā)雙方的偽隨機(jī)碼同步，就可使收發(fā)雙方的頻率合成器產(chǎn)生的跳變頻率同步，經(jīng)混頻器后，就可得到一固定不變的中頻信號(hào)，然后對(duì)此中頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，就可以恢復(fù)發(fā)送的信息，而對(duì)于干擾信號(hào)而言，由于不知道跳頻頻率的變化規(guī)律，與本地的頻率合成器產(chǎn)生的頻率不相關(guān)，因此，不能進(jìn)入混頻器后面的中頻通道，不能對(duì)于跳頻系統(tǒng)形成干擾，這樣就達(dá)到了抗干擾的目的。在發(fā)送端，輸入信息碼序列進(jìn)行基帶調(diào)制得到頻帶寬度為 Bm的調(diào)制信號(hào) m(t)。調(diào)制信號(hào) m(t)對(duì)隨機(jī)載頻進(jìn)行調(diào)制，得到跳頻信號(hào) si(t)，可表示為： si(t) = m(t)cos[(w0+nw?)t+φn] (21) 式（ 21）中 w0為跳頻頻率間隔， w0+ nw?和 φn為在 nTc≤ t≤ (n +1)Tc時(shí)間間隔發(fā)射信號(hào)的頻率和初相。圖 22中 SP(t)即為： SP(t) = [Si(t) +J(t)+n(t)]cos[(w0+ nw?)t +φ n] (23) 經(jīng)低通濾波器后 S0(t)=?m(t)+n180。(t) (24) n180。(t),由于干擾 J(t)不知道跳頻頻率的變化規(guī)律，即不能得到跳頻系統(tǒng)的頻率信息，經(jīng)混頻后，不能進(jìn)入解調(diào)器，也不能形成干擾，從而達(dá)到了抗干擾的目的。跳頻帶寬要寬，跳頻的頻率數(shù)目要多，跳頻的速率要快，跳頻碼的周期要長(zhǎng)，跳頻系統(tǒng)的同步時(shí)間要短。跳頻帶寬越寬，抗寬帶干擾的能力越強(qiáng)。 跳頻的速率，是指每秒鐘頻率跳變的次數(shù)，決定跳頻圖案延續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)度。跳速越快，抗跟蹤式干擾的能力就越強(qiáng)。與抗單頻干擾及多頻干擾的能力有關(guān)。 跳頻碼的長(zhǎng)度，將決定跳頻圖案延續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)度，這個(gè)指標(biāo)與抗截獲（破譯）的能力有關(guān)。 跳頻碼的周期可長(zhǎng)達(dá) 10 年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。系統(tǒng)同步時(shí)間的長(zhǎng)短將影響該系統(tǒng)的頑存程度。因此，希望同步建立的過(guò)程越短越好，越隱蔽越好。 一般來(lái)說(shuō)，希望跳頻帶寬 要寬，跳頻的頻率數(shù)目要多，跳頻的速率要快，跳頻碼的周期要長(zhǎng)，跳頻系統(tǒng)的同步時(shí)間要短。 頻率合成器 跳頻頻率合成技術(shù)是跳頻通信的核心技術(shù)之一。頻率合成是指由一個(gè)基準(zhǔn)頻率源經(jīng)過(guò)變換，處理后產(chǎn)生一系列離散頻率技術(shù)。 目前頻率合成主要有三種方法：即直接模擬合成法（ DAS），鎖相環(huán)合成法（ PLL）和直接數(shù)字合成法（ DDS）。 跳頻圖案 跳頻圖案用于控制載波頻率隨時(shí)間的變化規(guī)律，其性能對(duì)跳頻系統(tǒng)的性能有重大影響。同步性能的好壞對(duì)于整個(gè)通信系統(tǒng)性能有極大的影響，因此，要求同步系統(tǒng)具有較強(qiáng)的隱蔽性和可靠性，具有較高的同步概率較短的同步時(shí)間以及不存在明顯的射頻特征等特點(diǎn)。理想的頻率合成器產(chǎn)生的頻譜圖為離散的、等間隔的、等幅的線譜，占用頻帶 B=fNf1，每個(gè)頻率之間的間隔為 ?F。圖 23（ b）為跳頻信號(hào)頻譜圖，在某一個(gè)時(shí)刻，跳頻系統(tǒng)是窄帶的，從整個(gè)時(shí)間看，信號(hào)在整個(gè)頻帶內(nèi)跳變，是寬帶的。用來(lái)控制載波頻率跳變的偽隨機(jī)碼序列通常稱為跳頻序列（ FH 序列），在跳頻序列控制下，載波頻 率跳變的規(guī)律稱為跳頻圖案。因此，控制頻率跳變得規(guī)律有兩種表示方法：一種是視頻矩陣表示法，適合在表示跳頻通信原理或闡述概念時(shí)使用； 另一種是序列表示法，用符號(hào)或數(shù)字表示，適合在做研究時(shí)使用。選擇一個(gè)好的跳頻序列是一個(gè)跳頻系統(tǒng)正常工作的關(guān) 鍵。對(duì)跳頻圖案的要求包括： 每個(gè)跳頻圖案跳變的頻率在被傳輸?shù)娜科綆?nèi)； 周期很長(zhǎng)，要求達(dá)到實(shí)際通信中圖案不重復(fù)； 保密性高，為了實(shí)現(xiàn)多址通信要求，提高跳頻系統(tǒng)的保密性能要求在給定的允許重合數(shù)下，構(gòu)成跳頻序列集合中的序列數(shù)目盡可能的多； 隨機(jī)性好，因?yàn)橛蓚坞S機(jī)碼控制頻率合成器產(chǎn)生的頻率，在所用的頻率集中是隨機(jī)出現(xiàn)的，而且出 現(xiàn)得概率應(yīng)該是均等的，否則在某些頻率上出現(xiàn)概率明顯大于其他頻率，則在此頻率上遭到的干擾機(jī)會(huì)就更多，對(duì)系統(tǒng)的影響就更大； 跳頻序列集合中的任意跳頻序列，在允許的延時(shí)和頻率漂移條件下，各種跳頻圖案間可能重疊的頻隙數(shù)最?。? 跳頻圖案的選擇 跳頻圖案的設(shè)計(jì)實(shí)際上是偽碼碼型的選擇問(wèn)題。 跳頻圖案的種類一般是指用作跳頻圖案控制碼的偽隨機(jī)碼和控制方法，目前，用得較多的偽隨機(jī)碼主要是 m 序列、 M 序列和 RS 碼序列。 M 序列條數(shù)比 m 序列多得多，是非線性移位寄存器序列，可以產(chǎn)生很多的跳頻圖案，保密性也強(qiáng)。 在實(shí)際的應(yīng)用中，跳頻圖案不是由偽隨機(jī)碼直接產(chǎn)生，它具有復(fù)雜的變換關(guān)系，在許多的跳頻電臺(tái)中，跳頻圖案的產(chǎn)生是由時(shí)間信息的參量 TOD（ Time of Day）、原始密鑰 PK（ Prime key）和偽隨機(jī)碼一起（模擬算后）經(jīng)非線性變換后，確定跳頻圖案，這種跳頻圖案由于考慮了時(shí)間信息，因而是一種時(shí)變的跳頻圖案，經(jīng)過(guò)多重加密措施，因此，對(duì)于跳頻圖案的破譯是很難的。它是具有近似偽隨 機(jī)序列（噪聲）的性質(zhì)，而又能按一定規(guī)律（周期）產(chǎn)生和復(fù)制的序列。 常用的偽隨機(jī)序列有 m 序列、 M 序列和 RS 序列。圖中 c0 和 不能等于 0，因?yàn)?c0=1 意味著移位寄存器無(wú)反饋，而 =0 意味著反饋移位寄存器要蛻化為 n1 或更少級(jí)的反饋移位寄存器。只有當(dāng)輸出序列的長(zhǎng)度等于 K=2n1 才屬于 m 序列反饋移位寄存器。 任一 m 序列的 循環(huán)移位仍是一 m 序列， m 序列與其本身循環(huán)移位而得到的序列模二相加仍是一 m 序列。自相關(guān)函數(shù)的主峰遠(yuǎn)大于其他部分，當(dāng) K 很大和 TP 很小的時(shí)候，自相關(guān)函數(shù)趨向于沖擊函數(shù)，即近似于白噪聲的自相關(guān)特性。 N 可用以下公式計(jì)算： N = Φ (2n 1)/n （ 26） 這里 Φ (*)為歐拉函數(shù)。由非線性反饋邏輯和移位寄存器構(gòu)成的序列發(fā)生器所能產(chǎn)生最大長(zhǎng)度序列，就叫做最大長(zhǎng)度非線性移位寄存器序列，或叫做 M 序列， M 序列的最大長(zhǎng)度是 2n?？梢钥闯?，與線性反饋邏輯不同之處在于增加了“與門”運(yùn)算，與門具有乘法性質(zhì)。它所產(chǎn)生的 RS 序列是一種多進(jìn)制的具有最大的最小距離的線性序列。圖中， A為三級(jí)固定寄存器， B為三級(jí)移位寄存器，產(chǎn)生周期為 7 位得m 序列。 圖 27 七位 RS序列發(fā)生器框圖 上述的三種序列除用硬件發(fā)生外，均可由軟件編程產(chǎn)生。 m 序列的優(yōu)點(diǎn)是容易產(chǎn)生，自相關(guān)特性好，且是 偽隨機(jī)的。 M 序列是非線性序列，可用的跳頻圖案很多，跳頻圖案的密鑰量也大，并有比較好的相關(guān)性和互相關(guān)性，所以它是較理想的跳頻指令碼。 RS 序列的硬件產(chǎn)生比較簡(jiǎn)單，可以產(chǎn)生大量的可用跳頻圖案，很適用作跳頻指令碼序列。這種產(chǎn)生跳頻頻率信號(hào)的裝置叫跳頻器。 頻率合成器輸出什么頻率的載波信號(hào)是受跳頻指令控制的。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)。有什么樣的跳頻指令就會(huì)產(chǎn)生什么樣的跳頻圖案。所以，跳頻系統(tǒng)的關(guān)鍵部件是能產(chǎn)生頻譜純度好的快速切換頻率合成器和偽隨機(jī)性好跳頻指令發(fā)生器。為了保證混頻后獲得中頻信號(hào)，要求頻率合成器的輸出頻率要比外來(lái)信號(hào)高出一個(gè)中頻。跳頻器產(chǎn)生的跳頻圖案應(yīng)當(dāng)與所要接受的外來(lái)跳頻信號(hào)的跳頻圖案一致，所產(chǎn)生的頻率要高出 一個(gè)中頻，并且要求收、發(fā)跳頻完全同步。 可以看出，跳頻器是跳頻系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，而跳頻同步則是跳頻系統(tǒng)的核心技術(shù)。系 統(tǒng)同步包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容： 收端和發(fā)端產(chǎn)生和跳頻圖案相同，即有相同的跳頻規(guī)律。 頻率跳變的起止時(shí)刻在時(shí)間上同步，即 同步跳變，或相位一致。 為了實(shí)現(xiàn)收、發(fā)雙方的頻率同步，收端首先必須獲得有關(guān)發(fā)端的跳頻同步的信息，它包括采用什么樣的跳頻圖案，使用何種頻率序列，在什么時(shí)刻從那一個(gè)頻率上開(kāi)始起跳，并且還需要不斷地校正收端本地時(shí)鐘，使得其與發(fā)送端的時(shí)鐘一致。 圖 28 跳頻圖案的同步 （ a）頻率時(shí)間均同步；（ b）時(shí)間同步頻率不同步；（ c）頻率同步，時(shí)間不同步 跳頻同步方法 根據(jù)收端獲得發(fā)端同步信息和校對(duì)時(shí)鐘的方法不同而有各種不同的跳 頻同步方式。因此，它傳送跳頻同步信息是以數(shù)據(jù)幀的格式進(jìn)行的。 同步字頭法。同步信息除位同步、幀同步外，主要應(yīng)包括跳頻圖案的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息或?qū)崟r(shí)的時(shí)鐘信息，即所謂的“ TOD”信息（ Time ofDay）。根據(jù)這些信息，收端 就可以知道當(dāng)前跳頻駐留時(shí)間的頻率和下一跳駐留時(shí)間應(yīng)當(dāng)處于什么頻率上，從而使收發(fā)端跳頻器同步工作。此外，對(duì) TOD 信息位可采用差錯(cuò)控制技術(shù)，如糾錯(cuò)編碼， 相關(guān)編碼或采用大數(shù)判決，以提高傳輸?shù)目煽啃?。由于產(chǎn)生跳變頻率的方法是相同的，唯一不知道的是時(shí)間。跳頻圖案同步受到時(shí)鐘穩(wěn)定性及移動(dòng)距離變化引起的不確定性的影響。只要積累不超過(guò) 1 跳的時(shí)間，接收機(jī)只要收到一跳中的少量信息，就可以完成初始同步，因而作為一般的通信， 小時(shí)是可以保證的，但考慮到雙方定時(shí)后和中斷時(shí)間（如戰(zhàn)斗準(zhǔn)備、穿插等情況、需較長(zhǎng)的時(shí)間），則這個(gè)時(shí)間用于戰(zhàn)場(chǎng)通信是遠(yuǎn) 不夠的。 自同步法。依據(jù)提取同步信息的手段的不同，又可分為幾種具體的實(shí)施辦法：等待自同步法、掃描法、匹配濾波法、頻率估計(jì)法等等。比如自同步法具有同步信息隱蔽的優(yōu)點(diǎn)，但是存在同步建立時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)，而同步字法具有快速建立同步的優(yōu)點(diǎn)而存在同步信息不夠隱蔽的缺點(diǎn)。 跳頻同步性能及抗干擾性 衡量同步系統(tǒng)性能優(yōu)劣，主要應(yīng)考慮兩個(gè)方面：一是跳頻系統(tǒng)的同步的可靠性，二是同步系統(tǒng)的抗干擾性。一般說(shuō)來(lái)，跳頻同步系統(tǒng)的同步建立時(shí)間越短 越好，同步保持時(shí)間越長(zhǎng)越好，正確同步的概率要大，假同步的概率要小。 同步系統(tǒng)的抗干擾性，包括抗人為干擾和噪聲干擾。因此，要求同步信息的傳遞要隱蔽、快速。 在多個(gè)跳變頻道上傳送同步信息，增大頻道的隨機(jī)必，使敵方難以偵察；增大跳頻帶寬，使敵方難以在寬帶內(nèi)施放干擾。 應(yīng)盡量使同步信息的信號(hào)特征與通信信息的信號(hào)特征一致，以致敵方難以區(qū)分同步信息。 對(duì)于噪聲干擾，要求在低信噪比或高誤碼率的信道條件下能實(shí)現(xiàn)跳頻系統(tǒng)的正確同步。 同步認(rèn)定的算法控制，即經(jīng)過(guò)多次同步頻檢測(cè)后才認(rèn)定系統(tǒng)同步的策略，并選擇最佳的檢測(cè)次數(shù)。 第三章 基于 Matlab/Simulink的跳頻系統(tǒng)仿真 第一節(jié) Simulink 仿真介紹 仿真 概述 在進(jìn)行系統(tǒng)的分析、綜合與設(shè)計(jì)的過(guò)程中，人們除了運(yùn)用理論知識(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行理論上的分析計(jì)算以外，常要對(duì)系統(tǒng)的特性進(jìn)行試驗(yàn)研究，這種試驗(yàn)研究一般有兩種，一種是在實(shí)際系統(tǒng)上進(jìn)行，另一種則事計(jì)算機(jī)仿真，前者由于受到安全性和經(jīng)濟(jì)性等限制，往往不已辦到或不易采納，因此后者受到研究者的青睞。 計(jì)算機(jī)仿真是在研究系統(tǒng)過(guò)程中，根據(jù)相似原理，利用計(jì)算機(jī)來(lái)逼真模仿研究對(duì)象。計(jì)算機(jī)仿真三個(gè)基本活動(dòng)包括：系統(tǒng)建模、仿真建模和仿真試驗(yàn)。 各種新