杜廣超，劉 富，劉 靜，裴 毅

（1.中國(guó)人民解放軍63888部隊(duì)，河南濟(jì)源454650;2.中國(guó)人民解放軍61081部隊(duì)，北京100094）

0 引言

通信干擾是電子戰(zhàn)的重要組成部分，其目的在于削弱和破壞敵方通信系統(tǒng)的使用效能。作為一種重要的通信干擾體制，時(shí)分多目標(biāo)干擾可以用一部干擾機(jī)同時(shí)干擾多個(gè)通信信號(hào)，緩解了現(xiàn)代電子戰(zhàn)中目標(biāo)數(shù)眾多而干擾資源不足的矛盾，在電子戰(zhàn)中具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。一般認(rèn)為在目標(biāo)數(shù)不是太多（小于4個(gè)）的場(chǎng)合，時(shí)分多目標(biāo)干擾實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，干擾效果良好，具有極大的比較優(yōu)勢(shì)。

時(shí)分多目標(biāo)干擾中，多個(gè)干擾激勵(lì)器在時(shí)序電路的控制下，按一定的時(shí)間序列交替地輸出給功率放大器，對(duì)目標(biāo)信號(hào)實(shí)施干擾。時(shí)分多目標(biāo)干擾體制在任一時(shí)刻僅能對(duì)一個(gè)目標(biāo)實(shí)施干擾，但由于它能快速地按時(shí)序分配輪番地輸出不同頻率的干擾信號(hào)，因而實(shí)現(xiàn)了對(duì)多個(gè)通信目標(biāo)的干擾。

1 時(shí)分干擾信號(hào)

時(shí)分多目標(biāo)干擾中，對(duì)每個(gè)通信目標(biāo)的基本干擾信號(hào)形式即時(shí)分干擾信號(hào)。時(shí)分干擾信號(hào)的主要參數(shù)包括信號(hào)幅度、信號(hào)初始相位、干擾重復(fù)周期T、干擾脈沖寬度τ及占空比τ/T等，信號(hào)幅度和信號(hào)初始相位是一般信號(hào)都具有的參數(shù)。干擾重復(fù)周期T是指對(duì)每個(gè)通信信號(hào)干擾中斷的周期，其倒數(shù)為干擾重復(fù)頻率F=1/T，干擾重復(fù)頻率也稱為干擾中斷率。干擾占空比是指對(duì)某信道實(shí)施干擾時(shí)，一個(gè)干擾重復(fù)周期內(nèi)，實(shí)施干擾時(shí)間和干擾重復(fù)周期的比值。在時(shí)分多目標(biāo)干擾應(yīng)用中，對(duì)每個(gè)信道的理想干擾占空比是1/n，其中n為干擾目標(biāo)數(shù)，但考慮到實(shí)際器件的響應(yīng)和轉(zhuǎn)換時(shí)間，實(shí)際干擾占空比肯定小于該值。通過干擾重復(fù)周期和干擾占空比，時(shí)分干擾信號(hào)“時(shí)域時(shí)斷時(shí)續(xù)”的特點(diǎn)得到了刻畫。

2 時(shí)分干擾效果研究模型

為了對(duì)時(shí)分干擾信號(hào)的干擾效果進(jìn)行研究，建立如圖1所示時(shí)分干擾效果研究模型。其中，干擾樣式發(fā)生器用于產(chǎn)生各種連續(xù)干擾信號(hào)和脈沖發(fā)生器相乘后形成時(shí)分干擾信號(hào)。調(diào)制方式采用SSB、AM和FM等模擬調(diào)制，發(fā)送話音調(diào)制到中頻后和時(shí)分干擾信號(hào)一起進(jìn)入信道，信道會(huì)疊加上噪聲。之后進(jìn)行信號(hào)的解調(diào)，得到受擾話音。

圖1 時(shí)分干擾效果研究模型

干擾效果的評(píng)估采用話音可懂度和頻譜失真測(cè)度2種方式，話音可懂度通過話報(bào)員對(duì)受擾話音包含的話報(bào)進(jìn)行正確率統(tǒng)計(jì)得到。頻譜失真是基于語音信號(hào)的短時(shí)分幀處理定義的，設(shè)第n幀語音頻域譜失真為:

式中，S（ω）和S′（ω）分別輸入輸出語音的短時(shí)譜，ωd是信號(hào)帶寬，則整個(gè)話音的平均頻譜失真為從式（1）可以看出頻譜失真主要通過對(duì)原始語音幀和受擾語音幀的短時(shí)譜之間的差異統(tǒng)計(jì)求得，由于解調(diào)語音和原始語音的平均功率可能并不一樣，這會(huì)給頻譜失真的計(jì)算帶來一定的偏差，而這種偏差不會(huì)對(duì)干擾效果造成影響，所以在計(jì)算頻譜失真前需要對(duì)解調(diào)話音進(jìn)行幅度調(diào)整，以消除這種影響，該文基于受擾語音和原始語音信號(hào)總能量變化進(jìn)行調(diào)整。

3 時(shí)分干擾過程描述

基于圖1所示研究模型進(jìn)行分析，采用SSB調(diào)制方式，原始話音信號(hào)為，SSB已調(diào)信號(hào)在時(shí)域可表示為:

圖1中采用噪聲調(diào)頻干擾樣式，最終生成的時(shí)分噪聲調(diào)頻干擾信號(hào)為:

式中，u（t）為噪聲調(diào)頻干擾的調(diào)制噪聲，是零均值、方差為的廣義平穩(wěn)隨機(jī)過程;Kf為調(diào)制斜率T為干擾重復(fù)周期;τ/T為干擾占空比。在噪聲調(diào)頻干擾信號(hào)帶寬較寬時(shí)，一般其有效調(diào)制指數(shù)mfe＞＞1，式（3）所示時(shí)分噪聲調(diào)頻干擾信號(hào)的單邊功率譜密度表達(dá)式為:

式中，fde=Kfσn為噪聲調(diào)頻的有效調(diào)制帶寬。

采用如圖2所示，SSB相干解調(diào)框圖進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)器輸入信號(hào)由已調(diào)話音、噪聲和干擾信號(hào)3部分組成。帶通濾波后，解調(diào)器輸入端窄帶噪聲信號(hào)為n（t）=nc（t）cosωct-ns（t）sinωct，其中nc（t）和ns（t）均是均值為0、方差為σ2的高斯隨機(jī)過程。令φ0=φ=0、ω0=ωc，分析可得最終輸出信號(hào)由話音信號(hào)和噪聲（噪聲包括系統(tǒng)噪聲和干擾信號(hào)轉(zhuǎn)換而成的噪聲）2部分組成，信號(hào)部分為噪聲的單邊功率譜密度為:

圖2 SSB相干解調(diào)框圖

采用AM和FM調(diào)制時(shí)，干擾過程的描述是類似的，此處不再贅述。

4 時(shí)分干擾效果仿真與結(jié)果分析

按照?qǐng)D1所示研究模型構(gòu)建仿真實(shí)現(xiàn)框圖，報(bào)務(wù)員讀一段話報(bào)并把話音保存起來，作為原始話音。改變脈沖發(fā)生器的周期和占空比來得到不同干擾重復(fù)周期和干擾占空比的時(shí)分干擾信號(hào)，對(duì)話音信號(hào)實(shí)施干擾，受干擾語音保存起來進(jìn)行話音可懂度的統(tǒng)計(jì)，計(jì)算得到其相對(duì)于原始語音的頻譜失真測(cè)度。限于篇幅所限，這里僅示出SSB調(diào)制的干擾效果，圖3是干擾重復(fù)周期分別為0.001s和0.01s時(shí)對(duì)單邊帶話實(shí)施時(shí)分噪聲調(diào)頻干擾的干擾效果。

圖3 不同干擾重復(fù)周期下對(duì)單邊帶話的時(shí)分噪聲調(diào)頻干擾效果

圖4是干擾占空比為20%和30%時(shí)的干擾效果，縱軸左邊為頻譜失真測(cè)度，右邊為話音可懂度，橫軸為干信比。需要注意干擾功率的計(jì)算要考慮干擾占空比對(duì)功率的影響，同時(shí)一般由于已調(diào)話音信號(hào)帶寬相對(duì)于干擾信號(hào)帶寬較窄，只有帶通濾波器通頻帶之內(nèi)的干擾信號(hào)功率才會(huì)對(duì)話音信號(hào)造成干擾，才是有效干擾功率，干信比是有效干擾功率和信號(hào)功率之比。

從圖3和圖4可以看出如下幾點(diǎn):

①在干擾重復(fù)周期和干擾占空比一定的前提下，隨著干信比的增大，頻譜失真測(cè)度緩慢增大，話音可懂度總體趨勢(shì)減小，表明增大干擾信號(hào)功率是提高干擾效果的有效途徑。

圖4 不干擾占空比下對(duì)單邊帶話的時(shí)分噪聲調(diào)頻干擾效果

可以明顯看出，頻譜失真測(cè)度作為對(duì)解調(diào)信號(hào)內(nèi)部頻譜構(gòu)成改變程度的度量，受干擾占空比和干擾重復(fù)周期的影響比較大，由于進(jìn)行了增益調(diào)整而隨干信比變化的范圍比較小。隨著干擾參數(shù)的變化，頻譜失真測(cè)度和話音可懂度在數(shù)值上沒有大致統(tǒng)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這就導(dǎo)致不能從數(shù)值上給出一個(gè)基于頻譜失真測(cè)度的干擾效果評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，所以該分析中以話音可懂度為主，頻譜失真測(cè)度輔助分析。

此外需要說明的是，由于該仿真模型和實(shí)際接收機(jī)結(jié)構(gòu)的不同，干擾效果和干擾參數(shù)的絕對(duì)值對(duì)應(yīng)關(guān)系未必一致，但是干擾效果隨干擾參數(shù)變化的規(guī)律應(yīng)該是一致的;

②在干擾重復(fù)周期一定和干信比一定且介于一定范圍之內(nèi)（保證此范圍內(nèi)可以看出話音可懂度的變化，而不是全部為100%或者0）的前提下，隨著干擾占空比的增大，頻譜失真測(cè)度增大，話音可懂度減小。當(dāng)干擾占空比增大時(shí)需要減小干擾信號(hào)的幅度以保證干擾功率一定，這表明了在接收端干擾信號(hào)干擾功率一定的前提下，增加干擾占空比而改變干擾信號(hào)的內(nèi)部頻譜構(gòu)成可以明顯提高干擾效果;這進(jìn)一步證實(shí)了對(duì)模擬通信信號(hào)實(shí)施連續(xù)干擾效果好于間斷式干擾;同時(shí)由于干擾占空比的倒數(shù)反應(yīng)了時(shí)分多目標(biāo)能夠干擾的目標(biāo)數(shù)，干擾目標(biāo)越多，干擾占空比越小，即使增大干擾信號(hào)的幅度以保證對(duì)每個(gè)通信信號(hào)的有效干擾功率相同，干擾效果也會(huì)明顯下降，可以得出對(duì)模擬通信的時(shí)分多目標(biāo)干擾體制的性能下降不僅僅在于干擾目標(biāo)的增加使得對(duì)每個(gè)目標(biāo)可用干擾功率的下降，也是這種干擾體制本身特點(diǎn)造成的;

③在干擾占空比一定和干信比一定且介于一定范圍之內(nèi)的前提下，隨著干擾重復(fù)周期的增大，頻譜失真測(cè)度略微（和干擾占空比相比較而言變化幅度較小）單調(diào)增加，話音可懂度不是單調(diào)變化，該仿真中T=0.002s和T=0.005s的干擾效果優(yōu)于T=0.01s和T=0.001s，表明隨著干擾重復(fù)周期的增大，干擾效果先提高后減少，可以得出在模擬通信時(shí)分多目標(biāo)干擾中設(shè)置合適的干擾重復(fù)周期可以有效提高干擾效果，該干擾重復(fù)周期不是越大越好，也不是越小越好，而是設(shè)置在一定范圍之內(nèi)時(shí)干擾效果最好;

④實(shí)際應(yīng)用時(shí)分多目標(biāo)干擾時(shí)，必須考慮到接收機(jī)信號(hào)建立時(shí)間對(duì)干擾效果帶來的差異，必須保證干擾脈沖寬度大于信號(hào)建立時(shí)間，否則干擾是無效的，這也說明了干擾重復(fù)周期不能無限制的增加。

一般而言，接收機(jī)體系結(jié)構(gòu)不同、發(fā)射功率不同、濾波器帶寬不同以及元器件延遲不同等都會(huì)帶來信號(hào)建立時(shí)間的差異，難以給出統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，只能概算。而現(xiàn)行通信接收機(jī)一般采用超外差式體系結(jié)構(gòu)，通過多次混頻把射頻信號(hào)變換到一定的中頻，然后進(jìn)行DSP處理。DSP主頻一般在幾百兆赫茲，所以DSP處理對(duì)信號(hào)建立時(shí)間的影響在ns級(jí)，前幾級(jí)混頻處理時(shí)頻段較高，濾波器帶寬較寬，其對(duì)信號(hào)建立時(shí)間的影響也都在ns級(jí)，影響最大的是末級(jí)中頻濾波處理。按照信號(hào)建立時(shí)間t和信號(hào)帶寬B的關(guān)系t=0.35/B，取末級(jí)中頻濾波器帶寬為20kHz，可以得出信號(hào)建立時(shí)間約17.5μs。

該仿真模型中最終的低通濾波器帶寬約8kHz，對(duì)應(yīng)信號(hào)建立時(shí)間約43.75 μs，取占空比為0.1～0.4，當(dāng)干擾重復(fù)周期為0.002s和0.005s時(shí)，干擾脈沖寬度介于200 μs和2000 μs之間，所以為了取得較好的干擾效果，干擾脈沖寬度必須至少約大于信號(hào)建立時(shí)間的5倍。

按照比例關(guān)系，對(duì)于末級(jí)中頻濾波帶寬為20kHz的接收機(jī)，當(dāng)干擾重復(fù)周期介于0.0008s和0.002s之間時(shí)干擾效果較好。對(duì)于接收機(jī)，其結(jié)構(gòu)和器件存在差異，該取值范圍也會(huì)有差異。不同的干擾目標(biāo)數(shù)，為達(dá)到較好的干擾效果，干擾重復(fù)周期的取值范圍變化不大，但是相同干信比（注意此時(shí)為達(dá)到相同的干信比，只能通過改變干擾信號(hào)的幅度，也即改變干擾機(jī)的發(fā)射功率）下，干擾目標(biāo)數(shù)越多，干擾效果越差。

需要注意的是，上述結(jié)論是基于話音可懂度和頻譜失真測(cè)度2方面的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出的。在數(shù)據(jù)處理過程中，發(fā)現(xiàn)話音可懂度的主觀性太大，對(duì)同樣一段數(shù)字報(bào)，有經(jīng)驗(yàn)、有記憶的報(bào)務(wù)員和沒經(jīng)驗(yàn)、沒記憶人員聽取的結(jié)果差異相當(dāng)大，對(duì)真實(shí)結(jié)果的獲取造成了很大的困難;頻譜失真測(cè)度作為客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，卻不能在數(shù)值上和話音可懂度建立一致的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這2點(diǎn)大大增加了統(tǒng)計(jì)結(jié)果的誤差可能性，會(huì)對(duì)干擾效果的評(píng)估造成不良的影響，但對(duì)干擾效果隨干擾參數(shù)的變化趨勢(shì)的影響會(huì)小很多，這保證了結(jié)論的可信度。

5 結(jié)束語

對(duì)時(shí)分干擾信號(hào)對(duì)模擬通信的干擾效果進(jìn)行了分析，仿真總結(jié)出了干擾重復(fù)周期、干擾占空比和干信比對(duì)干擾效果的影響，進(jìn)一步指出在接收端干擾信號(hào)干擾功率一定前提下，增加干擾占空比而改變干擾信號(hào)的內(nèi)部頻譜構(gòu)成可以明顯提高干擾效果，表明對(duì)模擬通信實(shí)施連續(xù)干擾效果好于間斷式的時(shí)分干擾，對(duì)模擬通信采用時(shí)分多目標(biāo)干擾體制會(huì)帶來干擾機(jī)干擾能力的下降，這是時(shí)分多目標(biāo)干擾體制本身特點(diǎn)造成的。在某試驗(yàn)中，時(shí)分多目標(biāo)干擾方式對(duì)模擬話音通信的干擾效果很不理想，遠(yuǎn)劣于頻分多目標(biāo)干擾的干擾效果，該結(jié)論對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析帶來了新的思路。

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