劉子旭，楊建波，楊波（空軍航空大學(xué)，長(zhǎng)春130022）

基于欺騙式干擾的JTIDS偵察裝備MSK解調(diào)性能分析?

劉子旭，楊建波，楊波
（空軍航空大學(xué)，長(zhǎng)春130022）

分析了對(duì)美軍先進(jìn)的作戰(zhàn)指揮數(shù)據(jù)鏈Link16進(jìn)行欺騙式干擾的可行性。以此為目的，重點(diǎn)分析了JTIDS偵察裝備頻移載波相干MSK解調(diào)原理，通過(guò)Matlab仿真實(shí)現(xiàn)JTIDS信號(hào)的發(fā)射與接收過(guò)程，最后統(tǒng)計(jì)相干解調(diào)后不同信噪比下信息碼元的誤碼率，得到該方法的解調(diào)性能，為形成欺騙式干擾打下基礎(chǔ)。

JTIDS；數(shù)據(jù)鏈；欺騙式干擾；相干解調(diào)；碼元恢復(fù)

1 引言

在美軍近幾次戰(zhàn)爭(zhēng)中，數(shù)據(jù)鏈在綜合效能排名中超越“戰(zhàn)斧”式導(dǎo)彈和航空母艦等位居第一位。隨著區(qū)域形勢(shì)的發(fā)展，使得對(duì)Link16數(shù)據(jù)鏈及其對(duì)抗手段方面的研究顯得尤為重要和迫切。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于JTIDS信號(hào)偵察技術(shù)的研究相對(duì)較少，大多停留在理論層面。對(duì)于偵收方來(lái)說(shuō)，為了實(shí)現(xiàn)欺騙式干擾需要形成與原JTIDS信號(hào)較為相關(guān)的欺騙信號(hào)，這使得偵察設(shè)備不僅需要提取JTIDS信號(hào)特征，還需盡可能地通過(guò)解調(diào)、解擴(kuò)頻和RS譯碼等手段恢復(fù)所截獲的信息碼元。本文利用檢測(cè)器的處理結(jié)果對(duì)接收到的信息進(jìn)行了相干MSK解調(diào)，并在不同信噪比條件下統(tǒng)計(jì)出平均誤碼率，得到該方法下的解調(diào)性能，初步完成對(duì)傳輸碼元的恢復(fù)。

2 欺騙式干擾Link16的可行性分析

由于Link16綜合采用了跳擴(kuò)頻、糾錯(cuò)編碼和MSK調(diào)制等技術(shù)［1］，增大了對(duì)其進(jìn)行偵察干擾的難度，但該系統(tǒng)并非完全無(wú)懈可擊。對(duì)Link16網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行寬帶阻塞式干擾固然可行，但其耗能大、盲目性強(qiáng)的缺點(diǎn)也暴露無(wú)疑，并且Link16是無(wú)中心節(jié)點(diǎn)的通信網(wǎng)絡(luò)，即使某些終端受到壓制而失效，系統(tǒng)的自組網(wǎng)能力可以通過(guò)其他中斷繼續(xù)通信，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不會(huì)因?yàn)閭€(gè)別終端失效而崩潰，達(dá)不到預(yù)期的干擾效果［2］。于是可以考慮采用欺騙式干擾的方法，降低網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。干擾系統(tǒng)首先通過(guò)寬帶偵察接收機(jī)對(duì)空間中JTIDS信號(hào)進(jìn)行快速偵收，在估計(jì)出信號(hào)的基本參數(shù)后，進(jìn)行信號(hào)處理，恢復(fù)偵收信號(hào)的傳輸碼元，利用該碼元生成與JTIDS原始信號(hào)具有較強(qiáng)相關(guān)性的干擾信號(hào)并由干擾發(fā)射機(jī)發(fā)射出去。這種欺騙式干擾信號(hào)由于同Link16鏈路中傳輸?shù)男盘?hào)相似度較高，因而可以獲得較好的干擾效果。

3 MSK調(diào)制技術(shù)

最小頻移鍵控（Minimum Shift Keying，MSK）［3］是指調(diào)制指數(shù)為0.5的CPFSK（Continuous Phase Frequency Shift Keying），既能提高頻帶利用率，又能改善頻譜特性的調(diào)制方式，其調(diào)制信號(hào)具有頻帶窄、能量集中、旁瓣滾降快等特點(diǎn)。MSK信號(hào)是一種恒包絡(luò)的、連續(xù)相位的調(diào)頻信號(hào)，信號(hào)沒(méi)有相位突變，因此，能有效地減少帶外功率輻射。從調(diào)制角度分析，MSK信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式可表示為

根據(jù)式（1）構(gòu)成的方框圖如圖1所示。

4 偵察接收機(jī)JTIDS信號(hào)解調(diào)技術(shù)分析

接收機(jī)經(jīng)過(guò)前端處理將已知信號(hào)載頻的JTIDS信號(hào)sI（t）（MSK信號(hào)）經(jīng)過(guò)帶通濾波器（BPF），濾除帶外噪聲后分上下兩支路，分別用頻率為ω1和ω2的本地載波進(jìn)行相干解調(diào)的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的解調(diào)恢復(fù)，其中ω1和ω2可以由JTIDS檢測(cè)器輸出。但對(duì)于分頻得到頻率為ω1和ω2與對(duì)應(yīng)的某一個(gè)1碼（或0碼）的波形可能存在π的相位誤差，因此需要對(duì)積分后的數(shù)據(jù)取絕對(duì)值來(lái)消除這種相位誤差［4］，流程圖如圖2所示。

為了利用MSK信號(hào)1碼和0碼波形正交的特點(diǎn)，達(dá)到降低誤碼率的目的，可以將接收到的JTIDS信號(hào)分解為

由于ω1很大，則y1=Tc。

下支路：

當(dāng)dk=-1重復(fù)上述過(guò)程，可得：

因此，對(duì)于輸出信號(hào)y1和y2：如果y1＞y2，則判dk= +1，即為1碼；如果y1＜y2，則判dk=-1，即為0碼。

5 仿真與分析

在仿真中，首先建立JTIDS發(fā)射系統(tǒng)，生成JTIDS信號(hào)，信號(hào)產(chǎn)生框圖如圖3所示，逐次經(jīng)過(guò)圖中步驟產(chǎn)生的JTIDS信號(hào)如圖4所示。

圖4 為20 dB信噪比下20個(gè)JTIDS信號(hào)脈沖的時(shí)域波形及其對(duì)應(yīng)的頻譜。從圖中可以看到，JTIDS信號(hào)脈沖寬度為6.4，脈沖周期13，載頻在969～1 206 MHz偽隨機(jī)跳變。在偵察接收端，利用960 MHz本振將JTIDS信號(hào)跳頻頻率降至9～246 MHz，碼元寬度Tc=0.2μs，采樣頻率設(shè)定為500 MHz，經(jīng)過(guò)TFA（時(shí)頻分析）后得到如圖5所示的全景時(shí)頻圖。

圖5 即為偵收方截獲到的JTIDS信號(hào)，以全景時(shí)頻圖的方式顯示。隨后隨機(jī)抽取一個(gè)脈沖（仿真中選取第9個(gè)脈沖信號(hào)）得到其載頻值，于是此時(shí)，將該脈沖信號(hào)輸入解調(diào)系統(tǒng)得到其時(shí)域波形如圖6所示，反向查找發(fā)射系統(tǒng)第9個(gè)脈沖信號(hào)的碼元信息與解調(diào)恢復(fù)的碼元信息對(duì)比如圖7所示。

圖6 為第9個(gè)脈沖6.4μs內(nèi)的時(shí)域波形圖。圖7所示為信噪比在8 dB時(shí)解調(diào)后的碼元恢復(fù)情況，可以看到，未進(jìn)行解擴(kuò)頻前的32位碼元信息與原始碼元完全一致，誤碼率為0。為了獲得不同信噪比條件下誤碼率的變化情況，利用蒙特卡羅法對(duì)每一個(gè)信噪比仿真得到100組數(shù)據(jù)，取平均得到的解調(diào)性能如圖8所示。

從圖8中可以看到，隨著信噪比的降低，MSK解調(diào)產(chǎn)生的誤碼率會(huì)隨之升高，字符錯(cuò)誤率也隨之增大。然而考慮到解調(diào)后還需進(jìn)行RS譯碼，能對(duì)一定個(gè)數(shù)范圍內(nèi)的錯(cuò)誤字符進(jìn)行糾錯(cuò)，所以該方法可以運(yùn)用于JTIDS信號(hào)的解調(diào)中來(lái)初步恢復(fù)碼元信息。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文從對(duì)Link16網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行欺騙式干擾的目的出發(fā)，詳細(xì)分析和描述了對(duì)偵察到的JTIDS信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)的步驟與方法，對(duì)比原始碼元，得到了不同信噪比下對(duì)應(yīng)的MSK解調(diào)后誤碼率曲線，可以應(yīng)用于偵察裝備對(duì)JTIDS信號(hào)碼元信息的初步恢復(fù)，為JTIDS偵察裝備的論證提供理論依據(jù)。然而該方法的前提是對(duì)JTIDS信號(hào)的載頻有較為準(zhǔn)確的估計(jì)，故稱之為相干解調(diào)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在不提取JTIDS載頻信息的情況下進(jìn)行非相干解調(diào)也能恢復(fù)出原始碼元信息，該方法處理速度快，但在解調(diào)性能方面還需在接下來(lái)的工作中具體分析。

［1］Warren J Wilson.Applying Layering Principles to Legacy Systems：Link 16 as a Case Study［C］／／Proceedings of 2001 Military Communications Conference.McLean，Va，USA：IEEE，2001：526-531.

［2］劉治國(guó)，趙新國(guó).基于信號(hào)分析的Link16干擾策略研究［J］.艦船科學(xué)技術(shù)，2007，29（3）：83-86. LIU Zhi-guo，ZHAO Xin-guo.Research on Link16 jamming methods based on signal characteristic analysis［J］.Ship Science and Technology，2007，29（3）：83-86.（in Chinese）

［3］樊昌信，曹麗娜.通信原理［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2004. FAN Chang-xin，CAO Li-na.Communication Theory［M］. Beijing：National Defense Industry Press，2004.（in Chinese）

［4］胡敏.MSK數(shù)字化信號(hào)調(diào)制解調(diào)技術(shù)［D］.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2007. HU Min.MSK digital signal modulation and demodulation techniques［D］.Changsha：Central South University，2007.（in Chinese）

LIU Zi-xu was born in Xianyang，Shaanxi Province，in 1987. He is now a graduate student.His research direction is electronic countermeasure.

Email：m-zixu-j＠163.com

楊建波（1962—），男，吉林九臺(tái)人，博士，空軍航空大學(xué)副教授，主要從事通信對(duì)抗技術(shù)與裝備研究；

YANG Jian-bo was born in Jiutai，Jilin Province，in 1962.He is now an associate professor with the Ph.D.degree.His research concerns communication countermeasure technology and equipment.

楊波（1959—），女，河北樂(lè)亭人，碩士，副教授，主要研究方向?yàn)楹娇绽走_(dá)對(duì)抗。

YANG Bo was born in Leting，Hebei Province，in 1959.She is now an associate professor with the M.S.degree.Her research direction is aviation radar countermeasure.

MSK Demodulation Performance Analysis of JTIDS Surveillance Equipment Based on Deception Jamming

LIU Zi-xu，YANG Jian-bo，YANG Bo
（Aviation University of Air Force，Changchun 130022，China）

The feasibility of implementing deception jamming for Link16 of U.S.forces is analysed.The principle of frequency shift carrier coherent MSK demodulation of JTIDS surveillance equipment is emphatically analysed.The transmission and receiving of JTIDS signals is simulated with Matlab，and according to the statistical information of symbol error rate under different SNR after demodulation，the demodulation performance of this method is obtained，which lays the foundation for deception jamming.

JTIDS；data link；deception jamming；coherent demodulation；symbol recovery

TN763

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2012.02.015

劉子旭（1987—），男，陜西咸陽(yáng)人，空軍航空大學(xué)碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娮訉?duì)抗；

1001-893X（2012）02-0194-04

2011-08-29；

2011-11-25