李寶雙，徐 曄

（船舶重工集團公司723所，揚州225001）

1 概 述

通信已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代生活的各個領(lǐng)域，而跳頻通信作為通信的重要分支［1］，因其突出的抗干擾性、高效的頻譜利用率、較好的兼容性和易于實現(xiàn)，在軍事領(lǐng)域中有著無可替代的地位。對跳頻通信的信號偵察是現(xiàn)代電子對抗的一個主要方向，根據(jù)跳頻通信的基本原理和信號特點，利用高速A／D采樣可以有效地估計跳頻通信信號，然后根據(jù)估計結(jié)果完成網(wǎng)臺分選。

2 原 理

跳頻通信信號為：

式中：Δf為頻率跳變間隔；hn為跳變碼；m（t）為信息序列；θn為初相。

其瞬時特征如圖1～5所示。

圖1 跳頻通信信號

2.1 跳頻信號的基本特征參數(shù)

每個跳頻網(wǎng)臺特有的基本特征參數(shù)包括：

（1）跳頻速率：跳頻信號在單位時間內(nèi)的跳頻次數(shù)。

（2）駐留時間：跳頻信號在一個頻點停留的時間。其倒數(shù)是跳頻速率，它和跳頻圖案直接決定了跳頻系統(tǒng)的很多技術(shù)特征。

圖2 跳頻通信信號的幅度特征

圖3 跳頻通信信號的頻率特征

圖4 跳頻通信信號的相位特征

（3）頻率集：跳頻電臺所使用的所有頻率集合組成頻率集，頻率集完整順序組成跳頻圖案。所有的頻率集合叫做頻率集，集合大小為跳頻數(shù)目 （信道數(shù)目）。

（4）跳頻范圍：又稱為跳頻帶寬，表明跳頻電臺的工作頻率范圍。

（5）跳頻間隔：跳頻電臺工作頻率之間的最小間隔，或稱頻道間隔，通常其它的頻率差是跳頻間隔的整數(shù)倍。

圖5 跳頻通信信號的功率特征

上述參數(shù)中的頻率范圍、跳頻間隔、跳頻圖案、跳頻速率是跳頻通信網(wǎng)臺的 “指紋”參數(shù)，是進行分選的基礎(chǔ)。

2.2 跳頻通信信號的參數(shù)估計

跳頻通信信號參數(shù)估計，包括通信信號的跳變周期 （即跳頻速率）、跳變時刻、跳頻的頻率等參數(shù)。跳頻通信信號是一個非平穩(wěn)的信號，考慮其非平穩(wěn)性，采用時頻分析方法如維格納威利 （WVD）和短時傅里葉變換 （STFT）對其進行分析［2］，實現(xiàn)對其參數(shù)的估計。

設(shè)定單位時間寬度很短的窗函數(shù)w（t），使窗口函數(shù)在時間軸方向上滑動，信號x（t）的STFT定義為：

如上式，根據(jù)窗函數(shù)時移的特性，使STFT同時具有時間函數(shù)和頻率函數(shù)的特性，對于任意時刻t，其短時傅里葉變換 （STFT）可視為t時刻“局部頻譜”，利用窗分析計算二維時頻參數(shù)。

離散STFT，其時間和頻率都離散化，設(shè)時間變量的采樣周期為T，頻率變量的采樣周期為F，x（n）為離散信號，則STFT的離散化形式為：

對觀測信號采樣后得長度為N的序列x（n），n＝0，1，2，…N－1，采樣頻率為fs，STFT估計跳頻信號參數(shù)的步驟如下：

（1）對x（n）進行短時傅里葉變換，計算出x（n）時頻圖STFT （m，n）。

（2）計算STFT （m，n）在每個時刻m的最大值，得到矢量y（m）。

（4）計算出y（m）峰值位置，峰值序列p（m），m＝1，2，…，p，p為峰值個數(shù)，可以計算第1次跳變的時刻。

（5）平均第一峰值出現(xiàn)的位置為：

跳變時刻由下式求出：

式中：“［·］”代表取整。

（7）估計觀測信號內(nèi)包含的跳頻頻率，得到跳頻公式：

3 跳頻網(wǎng)臺分選

在實際的通信對抗環(huán)境中，電磁環(huán)境十分復(fù)雜，定頻、噪聲、外界干擾以及多個跳頻網(wǎng)臺的信號混合交迭。跳頻通信網(wǎng)臺分選就是從復(fù)雜的磁環(huán)境中，將混合交迭在一起的跳頻網(wǎng)臺通過處理的跳頻信號分選出來。

3.1 跳頻網(wǎng)臺跳頻圖案

跳頻網(wǎng)臺跳頻圖案如圖6所示。

3.2 跳頻網(wǎng)臺分選方法

（1）跳頻網(wǎng)臺的到達方向分選法。跳頻網(wǎng)臺的到達方向 （到達時間 （TOA）、方位）分選法的依據(jù)是：同一網(wǎng)臺信號的來波方向相同，不同網(wǎng)臺信號來波方向不同。其基本思路是：實時測量出跳頻信號的來波方位，按照跳頻信號的來波方位把同一來波方位的信號歸入同一類，如圖7所示。這種分選方法的優(yōu)點是分選方法簡單，實時性好；缺點是對偵察系統(tǒng)的測向能力要求較高，當不同網(wǎng)臺信號的來波方向趨于一致或網(wǎng)臺移動時，分選效果較差。

圖6 跳頻網(wǎng)臺的跳頻圖案

來波方位分選法的分選能力主要取決于跳頻測向設(shè)備的測向速度和精度。測向速度直接決定該分選方法對跳速的分辨力；測向精度直接決定該分選方法的空間分辨能力。

圖7 頻率－方位二維關(guān)系圖

（2）跳頻網(wǎng)臺的到達時間分選法。到達時間（TOA）分選法是到達時間與駐留時間分選法的簡稱，是利用同一跳頻網(wǎng)信號出現(xiàn)的連續(xù)性和跳頻速率的穩(wěn)定性對跳頻信號進行分類。其依據(jù)是：同一跳頻網(wǎng)的跳頻信號的跳速恒定不變，且每一跳具有相同的駐留時間和頻率轉(zhuǎn)換時間。

到達時間分選法的基本思路：檢測出每個跳頻信號的出現(xiàn)時刻和消失時刻，根據(jù)同網(wǎng)臺信號在出現(xiàn)時間上的連續(xù)性以及跳頻速率的相對穩(wěn)定性，把出現(xiàn)時間與消失時刻滿足一定相關(guān)特征的信號歸入一類，以達到跳頻網(wǎng)臺的分選目的。

這種分選方法的優(yōu)點是對恒跳速跳頻網(wǎng)臺分選能力強；缺點是對偵察系統(tǒng)時間測量精度要求高，不具備對變速跳頻網(wǎng)與正交跳頻網(wǎng)的分選能力。接收系統(tǒng)的時間分辨力直接決定著分選能力。

圖8給出了一種利用到達時間法進行網(wǎng)臺分選的方法。

圖8 網(wǎng)臺分選結(jié)果

假定在規(guī)定的時間內(nèi)有N個頻率的信號到達。分別記下它們的到達時間和信號駐留時間，分選步驟是：

（a）對信號駐留時間進行比較，找出N個信號中駐留時間最小且相等的那些，如有M個，排成一個序列。

（b）計算M序列中相鄰2個信號的到達時間間隔，依次為窗口尺度，分選出所有相同跳頻周期的信號，完成一個網(wǎng)臺的信號分選。

（c）在提取出第1網(wǎng)臺信號之后，剩下N－M信號中，重復(fù)進行前面2個步驟，完成第2個網(wǎng)臺的分選，依次類推，直至分選完成。

若幾個非正交跳頻網(wǎng)的跳速相同，由于非正交跳頻網(wǎng)的網(wǎng)與網(wǎng)之間互不相干，可以按到達時刻建立相應(yīng)頻率表，每張頻率表就是一個同跳速的非正交跳頻網(wǎng)。

（3）跳頻網(wǎng)臺的綜合分選法［4］。綜合分選法是綜合利用跳頻信號來波方位、到達時間、駐留時間、跳躍相位和信號幅度等特征和技術(shù)參數(shù)之間的關(guān)系來對跳頻信號進行歸類的分選方法。

這種分選方法的基本思路是：按照同一跳頻網(wǎng)信號之間的相關(guān)關(guān)系來實現(xiàn)信號分類。即有相關(guān)關(guān)系的信號歸入一類，不具有相關(guān)關(guān)系的信號互相分開。

這種分選方法的優(yōu)點是綜合利用了跳頻信號的所有可用信號特征和技術(shù)參數(shù)之間的相關(guān)性，分選能力較強；缺點是對偵察系統(tǒng)的信號測量能力要求較高。

［1］梅文華.跳頻通信 ［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2005.

［2］高崢.基于STFT的超短波跳頻網(wǎng)臺信號分選 ［J］.電信技術(shù)研究，2004 （3）：8－14.

［3］陳新寧.跳頻通信偵察技術(shù)研究 ［D］.長沙：國防科學技術(shù)大學，2006.

［4］馮瑩.跳頻信號偵察技術(shù)研究與仿真 ［D］.西安：西安電子科技大學，2010.