賈可新，柳桃榮

（中國電子科技集團公司第三十八研究所，安徽合肥230088）

0 引言

Link16數(shù)據(jù)鏈是在美軍三軍聯(lián)合作戰(zhàn)中使用廣泛的一種戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈［1］。它集通信、導航、識別功能于一體，為各軍兵種提供一種抗干擾能力強、低截獲概率、保密性能好的通信鏈路。Link16數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)采用時分多址（TDMA）的通信方式，系統(tǒng)的每個成員按照統(tǒng)一的時間基準同步工作。在信號傳輸時，采用了跳頻、直接序列擴頻、隨機跳時、信道編碼和脈沖工作等諸多抗干擾措施，具有非常強的反偵察和抗干擾性能。

在通信對抗領域，許多學者在Link16信號的檢測方面做了大量的工作，如文獻［2］通過理論分析和仿真實驗，驗證了平方倍頻法檢測Link16信號的可行性。文獻［3］分析了一種在低信噪比下利用延時相乘和分段相關相結合的方法檢測Link16信號的算法。然而，通信對抗并不僅僅局限于檢測到Link16信號，更需要對Link16信號的各特征參數(shù)（包括單跳持續(xù)時間、功率、載波頻率、帶寬和頻率偏移等）進行估計，為Link16信號的分選作準備。從現(xiàn)在收集的資料來看，關于link16信號的參數(shù)估計的文獻非常少。

本文從分析Link16的特點出發(fā)，將Link16信號看作一種特殊的頻率捷變脈沖雷達信號，提出可采用類似雷達脈沖參數(shù)估計方法估計Link16信號的基本特征參數(shù)。在此基礎上重點分析了采用類似于雷達脈沖信號的瞬時測頻方法估計Link16信號的載頻和頻偏時存在的問題。針對此問題，提出了一種基于瞬時測頻的載頻和頻偏估計的改進方法。仿真實驗驗證了這種算法的有效性。

1 Link16信號特點

Link16信號是在960～1215MHz的工作頻段上進行傳輸，采用了跳頻、跳時和直接序列擴頻相結合的擴頻技術，具有非常強的抗干擾性能。直接序列擴頻帶寬為3.5MHz，跳頻頻率集中頻率間隔為3MHz，從969～1008MHz、1053～1065MHz、1113～1206MHz，總跳頻頻率數(shù)為51個，相鄰兩跳的載頻間隔不小于30MHz。

Link16信號采用TDMA的工作方式，以12.8min為一個時元，時元是系統(tǒng)時的一個時間單位，每個時元分為64個時幀（12s／幀），時幀是系統(tǒng)資源的基本分配周期，每幀又分為1536個時隙，分成三組，即A、B、C三組，每組含512個時隙。時隙是系統(tǒng)時劃分的最小單位，長為7.8125ms，是系統(tǒng)成員發(fā)射或接收消息的基本時間單位。每個時元有98304個時隙。

一個時隙一般分為起始段、傳送段和保護段。起始段和保護段共占4.4585ms，不發(fā)射信號。由于Link16信號的作用距離為550km，只要保護段不小于2ms，就可以保證本時隙信號在下一個時隙之前到達所有成員用戶，因此，起始段在2.4585ms內(nèi)隨機抖動。傳送段占3.354ms，發(fā)射射頻脈沖串，共發(fā)射129個脈沖，每個脈沖寬度為6.4μs，脈沖周期為26μs。各脈沖中的調制信號是由32位基碼組成的偽隨機序列進行軟擴頻處理得到的，每個基碼寬度為0.2μs，調制類型為MSK，頻率偏移2.5MHz。

2 Link16的參數(shù)估計

由Link16信號的特點可知，該信號可看作一種特殊的頻率捷變脈沖雷達信號，其特征參數(shù)（主要包括單跳持續(xù)時間、功率、載波頻率、到達時間等）可考慮采用類似于文獻［4～5］給出的雷達信號參數(shù)測量方法進行估計，即首先根據(jù)單跳檢測結果估計單跳的功率，獲得單跳的起始時間、結束時間和單跳持續(xù)時間，然后利用單跳持續(xù)時間內(nèi)的數(shù)據(jù)估計單跳載波頻率。

設單跳持續(xù)時間內(nèi)的數(shù)據(jù)為x（n），樣本個數(shù)為N。在估計載波頻率時可采用如下兩種瞬時測頻方法。

方法1是采樣直接平均法。首先計算一次延遲的相關值：

然后通過計算相關值得相位，獲得載波頻率，即：

式中，fs為采樣頻率。

方法2是瞬時頻率平均法。首先求x（n）的各樣本點對應的相位差：

然后計算瞬時頻率：

最后通過瞬時頻率取平均，獲得載波頻率：

由于Link16信號采用的調制方式為MSK，故可在瞬時頻率平均法的基礎上，采用經(jīng)典的絕對平均法估計出信號的頻率偏移，即首先從瞬時頻率中剔除載波頻率影響，可得：

將剩余瞬時頻率取絕對值后，取平均，得頻率偏移：

3 改進的參數(shù)估計

第2節(jié)中討論的載波頻率和頻率偏移的估計算法即使在高信噪比的情況下也無法獲得準確的估計值，這是因為Link16信號的單跳僅包括32個0、1符號數(shù)據(jù)，其個數(shù)的不平衡影響了估計的精度。為了克服上述缺陷，本文提出方法3以估計載波頻率和頻率偏移，即在瞬時頻率平均法獲得瞬時頻率后，尋找瞬時頻率f（n）中大于f0的序列f1（n）和小于f0的序列f2（n），分別對這兩個序列取平均，即：

因此，MSK信號的載波頻率為：

信號的頻率偏移為：

與第2節(jié)的算法相比，本文提出的這種頻率分割平均法不受信號攜帶0、1符號不平衡的影響。

4 仿真實驗

本實驗主要用于對比分析前述測頻算法的估計精度。設采樣頻率600MHz，單跳的采樣點數(shù)為3840個，相鄰頻點的跳頻間隔為30MHz。信道化點數(shù)為64，抽取因子為32，濾波器階數(shù)為256。在50～250MHz范圍內(nèi)均勻取51個頻點，作為載波頻率。跳頻周期為26μs。信道化后的信噪比在5～20dB之間變化，每個信噪比下進行500次蒙特卡洛實驗。

上述三種方法對MSK信號載波頻率的估計精度的對比曲線如圖1所示。方法1和2在信噪比較高時，估計性能較差，與真實值之間存在一定的偏差。方法3在信噪比較高時，載頻估計精度較高，隨著信噪比的增加，估計誤差趨向于0。

圖1 三種載波頻率估計算法的估計精度對比曲線

利用絕對平均法和分割平均法估計頻率偏移的結果如圖2所示。絕對平均法的估計誤差在高信噪比下不趨向于0。而分割平均法在頻率較高時具有較高的估計精度，且隨著信噪比的增加，估計誤差趨向于0。由圖1、2可知，本文提出的方法具有更優(yōu)的估計精度。

圖2 兩種頻率偏移估計算法的估計精度對比曲線

5 結束語

本文重點針對雷達脈沖信號的瞬時測頻方法用于估計Link16信號的載頻和頻偏時存在的問題，提出了一種基于改進的載頻和頻偏估計算法。與已有算法相比，所提算法具有更優(yōu)的檢測性能。值得注意是，本文討論的link16信號的基本參數(shù)測量算法是信號分選的基礎，當存在link16組網(wǎng)信號時，需根據(jù)測量參數(shù)進行組網(wǎng)信號分選?！?/p>

［1］ 梅文華，蔡善法.JTIDS／LINK16數(shù)據(jù)鏈［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2007.

［2］ 王磊，楊健波，李彥志.對JTIDS信號的檢測技術研究［J］.通信對抗，2008，1：30－34.

［3］ 劉武剛，楊建波，劉鵬.基于延時相乘—相關的JTIDS檢測［J］.通信技術，2010，5（43）：7－9.

［4］ Gustavo LR，Jesus G.Digital channelized receiver based on time－frequncy analysis for signal interception［J］.IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，2005，41（3）：879－898.

［5］ Zahirniak DR，Sharpin DL，F(xiàn)ields TW.A hardware－efficient，multirate，digitial channelized receiver architecture［J］.IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，1998，34（1）：137－151.