(總參第六十三研究所，南京 210007)

1 引 言

隨著通信電子進(jìn)攻技術(shù)和裝備的不斷發(fā)展，通信電子防御面臨著嚴(yán)峻考驗(yàn)。作為通信電子防御的主流裝備，跳頻通信裝備作戰(zhàn)效能發(fā)揮的問(wèn)題逐漸被各方所重視。跳頻組網(wǎng)是跳頻通信裝備效能發(fā)揮的重要途徑，在國(guó)內(nèi)外被普遍使用。目前，對(duì)于跳頻組網(wǎng)的研究主要集中在同步組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)、異步組網(wǎng)智能技術(shù)等方面，這些技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)并不能解決同步組網(wǎng)抗阻塞干擾能力差、跳頻異步組網(wǎng)效率低等固有的缺點(diǎn)。針對(duì)以上問(wèn)題，本文首先分析了同步組網(wǎng)和異步組網(wǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)借鑒同步組網(wǎng)時(shí)頻率同步跳變的做法，提出在異步組網(wǎng)時(shí)各網(wǎng)跳頻頻率表同步變化，并且各網(wǎng)使用的頻率表始終正交，也就是跳頻頻率表動(dòng)態(tài)正交的異步組網(wǎng)方式。在此基礎(chǔ)上，本文詳細(xì)分析了動(dòng)態(tài)正交的異步組網(wǎng)方式在組網(wǎng)效率、抗阻塞干擾能力和反偵察能力等方面的優(yōu)勢(shì)，以及在時(shí)序要求、頻譜資源分配和戰(zhàn)場(chǎng)管控等方面存在的缺點(diǎn)。

2 跳頻組網(wǎng)的常用方式[1]

同步組網(wǎng)和異步組網(wǎng)是跳頻組網(wǎng)中最常用的兩種方式。所謂同步或者異步均是指跳頻網(wǎng)與網(wǎng)之間在射頻時(shí)序上的制約關(guān)系，不能將單獨(dú)的跳頻網(wǎng)歸結(jié)為同步組網(wǎng)或異步組網(wǎng)。

跳頻同步組網(wǎng)是各指跳頻網(wǎng)的每一起跳時(shí)刻相同，并且任一頻率駐留時(shí)刻的各跳頻網(wǎng)瞬時(shí)射頻頻率正交。根據(jù)以上定義，同步組網(wǎng)一般應(yīng)以相同跳頻技術(shù)體制裝備為基礎(chǔ)，所有跳頻網(wǎng)絡(luò)必須工作在同一張?zhí)l頻率表上，并采用相同跳頻圖案算法。因此，由N個(gè)頻率點(diǎn)組成的跳頻頻率表以同步組網(wǎng)方式理論上可以組N個(gè)跳頻網(wǎng)。很明顯，同步組網(wǎng)效率很高，這也是同步組網(wǎng)方式最突出的優(yōu)點(diǎn)。同步組網(wǎng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使偵察方進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分選困難，即難以確定頻率表中的某個(gè)頻率在當(dāng)前時(shí)刻屬于哪個(gè)跳頻網(wǎng)[2]。同步組網(wǎng)主要有兩個(gè)缺點(diǎn)：一是由于同步組網(wǎng)對(duì)射頻時(shí)序的要求極高，因此組網(wǎng)運(yùn)用困難；二是由于所有網(wǎng)絡(luò)均使用同一張?zhí)l頻率表，因此抗阻塞干擾能力差。

跳頻異步組網(wǎng)是指各跳頻網(wǎng)之間的跳頻時(shí)序、跳頻圖案、跳頻頻率表等方面沒(méi)有約束關(guān)系的組網(wǎng)方式。異步組網(wǎng)最突出的優(yōu)點(diǎn)是組織使用方便、戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用靈活，因此成為目前最常用的使用方式。根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)，合理組織異步跳頻通信網(wǎng)絡(luò)，可以提高跳頻通信網(wǎng)系的整體抗阻塞干擾能力和網(wǎng)絡(luò)安全性。異步組網(wǎng)的主要缺點(diǎn)是組網(wǎng)效率較低，特別是采用相同的頻率表組多個(gè)異步網(wǎng)并同時(shí)工作時(shí)，各異步網(wǎng)之間會(huì)出現(xiàn)頻率碰撞。理論上，其組網(wǎng)效率只有頻率點(diǎn)數(shù)量的1/3。因此，在高密度組織異步跳頻通信網(wǎng)時(shí)，要求有足夠的頻率資源。在頻率資源日趨緊張的現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)，該缺點(diǎn)嚴(yán)重制約了異步組網(wǎng)的戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用。另外，由于異步網(wǎng)的跳頻頻率表、跳頻圖案等都是相互獨(dú)立的，網(wǎng)絡(luò)特征與同步網(wǎng)相比更為明顯，因此給偵察方的偵察和分選提供了更大的可能。

由于異步組網(wǎng)對(duì)各網(wǎng)使用的頻率表沒(méi)有限制，出于戰(zhàn)術(shù)目的，在規(guī)劃跳頻頻率表時(shí)，有些頻率表之間是正交的(頻率表完全不同)，有些頻率表是非正交的(頻率表部分重疊)，而有些頻率表則完全相同。不同的規(guī)劃所產(chǎn)生的效果有很大差異，如在全頻段范圍內(nèi)規(guī)劃幾張正交的頻率表，通信時(shí)可造成全頻段跳頻的效果，如將以上頻率表部分重疊，則還可造成多跳速的效果。

3 動(dòng)態(tài)正交的跳頻異步組網(wǎng)性能分析

3.1 基本概念

如上文所述，在采用相同的頻率表組多個(gè)異步網(wǎng)并同時(shí)工作時(shí)，各異步網(wǎng)之間會(huì)出現(xiàn)頻率碰撞，因此組網(wǎng)數(shù)量受限，導(dǎo)致組網(wǎng)效率較低。為了盡可能提高異步組網(wǎng)效率，在戰(zhàn)術(shù)使用時(shí)最常用的方法是在可用頻率集內(nèi)分成多個(gè)寬間隔子頻率表跳頻[3]。在可用頻率集固定的條件下，隨著子頻率表的增多，單張頻率表內(nèi)的頻率點(diǎn)數(shù)量越少，每個(gè)跳頻網(wǎng)絡(luò)的個(gè)體特征趨于明顯，特別是在總的網(wǎng)絡(luò)數(shù)量有限的情況下，偵察方的偵察和分選相對(duì)更為容易[4]。

傳統(tǒng)跳頻通信裝備，如美國(guó)的SINCGARS-V、南非的A55H/B56H等，都是固定頻率表跳頻，即在通信過(guò)程中跳頻頻率表不改變。有些雖然具備頻率自適應(yīng)功能，但仍可劃分為固定頻率表跳頻。

為提高異步組網(wǎng)的組網(wǎng)效率，同時(shí)提高跳頻網(wǎng)絡(luò)的反偵察性能，本文提出一種動(dòng)態(tài)正交變換頻率表的異步組網(wǎng)方法，即在通信前將可用頻率集按網(wǎng)絡(luò)數(shù)量分成多個(gè)寬間隔正交的子頻率表，在跳頻通信過(guò)程中，按預(yù)定的約束關(guān)系動(dòng)態(tài)地為各跳頻網(wǎng)絡(luò)生成頻率表，這些頻率表仍是可用頻率集的子集，并滿足寬間隔、正交的要求。

3.2 優(yōu)點(diǎn)

(1)組網(wǎng)效率高于常規(guī)異步組網(wǎng)

根據(jù)可用頻率集，可以用兩種方式來(lái)組織子頻率表，一種是常規(guī)異步組網(wǎng)使用的非正交組網(wǎng)方式，另一種是動(dòng)態(tài)正交異步組網(wǎng)所使用的正交組網(wǎng)方式。假設(shè)每張頻率表上的組網(wǎng)數(shù)目是相同的，那么動(dòng)態(tài)正交異步組網(wǎng)時(shí)的網(wǎng)間碰撞概率為

(1)

式中，N為單張頻率表中的頻率點(diǎn)數(shù)，M為單張頻率表上的組網(wǎng)數(shù)目。

常規(guī)異步組網(wǎng)的網(wǎng)間碰撞概率為

(2)

式中，l為復(fù)用的頻率點(diǎn)數(shù)。

在可用頻率集中，頻率點(diǎn)數(shù)為2 048，單張頻率表中頻率點(diǎn)數(shù)為256，總的組網(wǎng)數(shù)目為48的情況下，可以計(jì)算出動(dòng)態(tài)正交異步組網(wǎng)的網(wǎng)間碰撞概率為0.194。圖1給出了在上述情況下使用常規(guī)異步組網(wǎng)方式時(shí)網(wǎng)間碰撞概率隨復(fù)用頻率點(diǎn)數(shù)的變化曲線，為方便計(jì)算，我們假設(shè)m是連續(xù)的。從圖1可以看出，不論復(fù)用的頻率點(diǎn)如何變化，常規(guī)異步組網(wǎng)的網(wǎng)間碰撞概率均大于動(dòng)態(tài)正交異步組網(wǎng)的網(wǎng)間碰撞概率，因而對(duì)于動(dòng)態(tài)正交組網(wǎng)而言，一張頻率表上可以組更多的網(wǎng)，其組網(wǎng)效率要高于常規(guī)異步組網(wǎng)。

圖1 常規(guī)異步組網(wǎng)時(shí)不同頻率復(fù)用點(diǎn)數(shù)下的網(wǎng)間碰撞概率

下面分析采用寬間隔跳頻頻率表的情況。寬的頻率間隔使得影響通信效果的因素——鄰道干擾大大減少，不同頻率間隔條件下鄰道干擾對(duì)通信效果的影響如圖2所示。試驗(yàn)表明，采用寬間隔頻率表可以使跳頻電臺(tái)異步組網(wǎng)效率從頻率點(diǎn)數(shù)的1/3提高到頻率點(diǎn)數(shù)的1/2[3]，接近于同步組網(wǎng)的實(shí)際組網(wǎng)效率。

圖2 不同頻率間隔條件下鄰道干擾對(duì)通信效果的影響示意圖

(2)反偵察性能接近于同步組網(wǎng)

隨著跳變的頻率點(diǎn)數(shù)量減少，網(wǎng)絡(luò)特征相對(duì)趨于明顯，偵察方相對(duì)更為容易進(jìn)行偵察和分選，動(dòng)態(tài)更換頻率表有效解決了這個(gè)問(wèn)題。同步組網(wǎng)時(shí)，在每一跳時(shí)間段上，各網(wǎng)使用著不同的頻率；在動(dòng)態(tài)正交組網(wǎng)時(shí)，在每一跳時(shí)間段上，各網(wǎng)也同樣使用著不同的頻率。區(qū)別在于：同步組網(wǎng)時(shí)，頻率在全頻率表內(nèi)跳變；動(dòng)態(tài)正交組網(wǎng)時(shí)，頻率在當(dāng)前子頻率表內(nèi)跳變，當(dāng)子頻率表動(dòng)態(tài)重新分配后，頻率更換跳變范圍。兩者區(qū)別如圖3所示，其中Δt時(shí)間后更換子頻率表。

圖3 同步組網(wǎng)和動(dòng)態(tài)正交組網(wǎng)示意圖

(3)抗阻塞干擾能力強(qiáng)于同步組網(wǎng)

同步組網(wǎng)時(shí)，所有的跳頻網(wǎng)絡(luò)均使用相同的頻率資源，即同一張?zhí)l頻率表。干擾方在偵察到該頻率表的相關(guān)屬性后，即可根據(jù)三分之一干擾策略實(shí)施有效的阻塞干擾，此時(shí)，所有的網(wǎng)絡(luò)均會(huì)受到嚴(yán)重干擾。在使用相同頻率資源情況下，動(dòng)態(tài)正交組網(wǎng)時(shí)，干擾方偵察到的頻率表相關(guān)屬性與同步組網(wǎng)時(shí)相似，根據(jù)三分之一干擾策略實(shí)施阻塞干擾后，一般情況下仍有部分網(wǎng)絡(luò)能正常工作，如圖4所示。

圖4 同步組網(wǎng)和動(dòng)態(tài)正交組網(wǎng)受干擾后效果示意圖

由圖4可見(jiàn)，在相同干擾條件下，同步組網(wǎng)所有跳頻網(wǎng)絡(luò)均不能有效工作時(shí)，動(dòng)態(tài)正交異步組網(wǎng)的部分網(wǎng)絡(luò)仍能正常工作。

3.3 缺點(diǎn)

(1)網(wǎng)間時(shí)序要求較常規(guī)異步組網(wǎng)高

對(duì)于常規(guī)異步組網(wǎng)，各網(wǎng)間無(wú)任何約束關(guān)系，組織實(shí)施相對(duì)容易，對(duì)通信裝備的要求也相對(duì)較低。動(dòng)態(tài)正交異步組網(wǎng)時(shí)，各網(wǎng)按預(yù)定的約束關(guān)系動(dòng)態(tài)地生成、更換子頻率表，這里的約束關(guān)系包含兩層意思，一是子頻率表的生成，二是子頻率表的更換。按動(dòng)態(tài)正交的要求，各網(wǎng)應(yīng)在相同時(shí)刻生成、更換頻率表，對(duì)時(shí)序有較高的要求，這就要求通信裝備有較高的時(shí)鐘精度，否則在各網(wǎng)同步變化跳頻頻率表時(shí)，會(huì)使各網(wǎng)間產(chǎn)生頻率碰撞。在當(dāng)前時(shí)鐘技術(shù)條件下，各網(wǎng)間最多出現(xiàn)幾跳的碰撞，對(duì)通信的影響是可以接受的[5]。

(2)頻譜資源再分配具有盲目性

同步組網(wǎng)時(shí)，各網(wǎng)使用完全相同的頻率表，即使受到嚴(yán)重干擾，也不存在頻率表的再分配問(wèn)題。動(dòng)態(tài)正交異步組網(wǎng)時(shí)，各網(wǎng)所使用的子頻率表在不停地更換，更換的規(guī)則是預(yù)先編制好的，因此具有盲目性。在實(shí)際通信過(guò)程中，干擾方所能施加的干擾頻段、干擾方向都有一定的限制，在人為更換子頻率表時(shí)，可以在一定程度上結(jié)合干擾的實(shí)際情況，從而獲得最佳子頻率表。如果不與實(shí)時(shí)頻譜管理設(shè)備相連接，動(dòng)態(tài)正交異步組網(wǎng)不可能結(jié)合干擾頻段、干擾方向等數(shù)據(jù)得到最佳子頻率表。

(3)跳頻參數(shù)戰(zhàn)場(chǎng)管理難度增加

對(duì)于常規(guī)異步組網(wǎng)，只需單獨(dú)為各網(wǎng)編制跳頻參數(shù)，如存在指揮關(guān)系和互通要求，則需為相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行跳頻參數(shù)調(diào)整；動(dòng)態(tài)正交異步組網(wǎng)時(shí)，需為所有網(wǎng)絡(luò)編制相同的可用頻率集、相同的時(shí)間、不同的子頻率表等，因此需要統(tǒng)一規(guī)劃，至少需要按統(tǒng)一的要求規(guī)劃。另外，在跳頻圖案的設(shè)計(jì)上，較常規(guī)跳頻圖案設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，特別是考慮到網(wǎng)絡(luò)間存在互通要求時(shí)，動(dòng)態(tài)生成的參數(shù)要能保證互通。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文研究的動(dòng)態(tài)正交跳頻異步組網(wǎng)，當(dāng)跳變的頻率表頻率數(shù)為1時(shí)，即為同步組網(wǎng)；當(dāng)跳變的時(shí)間間隔無(wú)限大時(shí)，即為常規(guī)異步組網(wǎng)，因此該組網(wǎng)方式是介于同步組網(wǎng)和異步組網(wǎng)中間的一種組網(wǎng)方式，雖然在技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度上遠(yuǎn)低于同步組網(wǎng)，卻可以同時(shí)具備兩者的優(yōu)點(diǎn)。該組網(wǎng)方式可以普遍應(yīng)用于短波和超短波跳頻通信裝備，從而更好地發(fā)揮這些裝備的作戰(zhàn)效能。下一步的研究重點(diǎn)是如何確定頻率表跳變的時(shí)間間隔、頻率表的頻率數(shù)和跳頻圖案的生成算法。

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