李寶雙，徐 曄

（船舶重工集團(tuán)公司723所，揚(yáng)州225001）

1 概 述

通信已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代生活的各個(gè)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(shí)現(xiàn)，在軍事領(lǐng)域中有著無(wú)可替代的地位。對(duì)跳頻通信的信號(hào)偵察是現(xiàn)代電子對(duì)抗的一個(gè)主要方向，根據(jù)跳頻通信的基本原理和信號(hào)特點(diǎn)，利用高速A／D采樣可以有效地估計(jì)跳頻通信信號(hào)，然后根據(jù)估計(jì)結(jié)果完成網(wǎng)臺(tái)分選。

2 原 理

跳頻通信信號(hào)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(shí)特征如圖1～5所示。

圖1 跳頻通信信號(hào)

2.1 跳頻信號(hào)的基本特征參數(shù)

每個(gè)跳頻網(wǎng)臺(tái)特有的基本特征參數(shù)包括：

（1）跳頻速率：跳頻信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)的跳頻次數(shù)。

（2）駐留時(shí)間：跳頻信號(hào)在一個(gè)頻點(diǎn)停留的時(shí)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(hào)的幅度特征

圖3 跳頻通信信號(hào)的頻率特征

圖4 跳頻通信信號(hào)的相位特征

（3）頻率集：跳頻電臺(tái)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(tái)的工作頻率范圍。

（5）跳頻間隔：跳頻電臺(tái)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(hào)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(tái)的 “指紋”參數(shù)，是進(jìn)行分選的基礎(chǔ)。

2.2 跳頻通信信號(hào)的參數(shù)估計(jì)

跳頻通信信號(hào)參數(shù)估計(jì)，包括通信信號(hào)的跳變周期 （即跳頻速率）、跳變時(shí)刻、跳頻的頻率等參數(shù)。跳頻通信信號(hào)是一個(gè)非平穩(wěn)的信號(hào)，考慮其非平穩(wěn)性，采用時(shí)頻分析方法如維格納威利 （WVD）和短時(shí)傅里葉變換 （STFT）對(duì)其進(jìn)行分析［2］，實(shí)現(xiàn)對(duì)其參數(shù)的估計(jì)。

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

如上式，根據(jù)窗函數(shù)時(shí)移的特性，使STFT同時(shí)具有時(shí)間函數(shù)和頻率函數(shù)的特性，對(duì)于任意時(shí)刻t，其短時(shí)傅里葉變換 （STFT）可視為t時(shí)刻“局部頻譜”，利用窗分析計(jì)算二維時(shí)頻參數(shù)。

離散STFT，其時(shí)間和頻率都離散化，設(shè)時(shí)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(hào)，則STFT的離散化形式為：

對(duì)觀測(cè)信號(hào)采樣后得長(zhǎng)度為N的序列x（n），n＝0，1，2，…N－1，采樣頻率為fs，STFT估計(jì)跳頻信號(hào)參數(shù)的步驟如下：

（1）對(duì)x（n）進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換，計(jì)算出x（n）時(shí)頻圖STFT （m，n）。

（2）計(jì)算STFT （m，n）在每個(gè)時(shí)刻m的最大值，得到矢量y（m）。

（4）計(jì)算出y（m）峰值位置，峰值序列p（m），m＝1，2，…，p，p為峰值個(gè)數(shù)，可以計(jì)算第1次跳變的時(shí)刻。

（5）平均第一峰值出現(xiàn)的位置為：

跳變時(shí)刻由下式求出：

式中：“［·］”代表取整。

（7）估計(jì)觀測(cè)信號(hào)內(nèi)包含的跳頻頻率，得到跳頻公式：

3 跳頻網(wǎng)臺(tái)分選

在實(shí)際的通信對(duì)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(gè)跳頻網(wǎng)臺(tái)的信號(hào)混合交迭。跳頻通信網(wǎng)臺(tái)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(tái)通過(guò)處理的跳頻信號(hào)分選出來(lái)。

3.1 跳頻網(wǎng)臺(tái)跳頻圖案

跳頻網(wǎng)臺(tái)跳頻圖案如圖6所示。

3.2 跳頻網(wǎng)臺(tái)分選方法

（1）跳頻網(wǎng)臺(tái)的到達(dá)方向分選法。跳頻網(wǎng)臺(tái)的到達(dá)方向 （到達(dá)時(shí)間 （TOA）、方位）分選法的依據(jù)是：同一網(wǎng)臺(tái)信號(hào)的來(lái)波方向相同，不同網(wǎng)臺(tái)信號(hào)來(lái)波方向不同。其基本思路是：實(shí)時(shí)測(cè)量出跳頻信號(hào)的來(lái)波方位，按照跳頻信號(hào)的來(lái)波方位把同一來(lái)波方位的信號(hào)歸入同一類，如圖7所示。這種分選方法的優(yōu)點(diǎn)是分選方法簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性好；缺點(diǎn)是對(duì)偵察系統(tǒng)的測(cè)向能力要求較高，當(dāng)不同網(wǎng)臺(tái)信號(hào)的來(lái)波方向趨于一致或網(wǎng)臺(tái)移動(dòng)時(shí)，分選效果較差。

圖6 跳頻網(wǎng)臺(tái)的跳頻圖案

來(lái)波方位分選法的分選能力主要取決于跳頻測(cè)向設(shè)備的測(cè)向速度和精度。測(cè)向速度直接決定該分選方法對(duì)跳速的分辨力；測(cè)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(tái)的到達(dá)時(shí)間分選法。到達(dá)時(shí)間（TOA）分選法是到達(dá)時(shí)間與駐留時(shí)間分選法的簡(jiǎn)稱，是利用同一跳頻網(wǎng)信號(hào)出現(xiàn)的連續(xù)性和跳頻速率的穩(wěn)定性對(duì)跳頻信號(hào)進(jìn)行分類。其依據(jù)是：同一跳頻網(wǎng)的跳頻信號(hào)的跳速恒定不變，且每一跳具有相同的駐留時(shí)間和頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間。

到達(dá)時(shí)間分選法的基本思路：檢測(cè)出每個(gè)跳頻信號(hào)的出現(xiàn)時(shí)刻和消失時(shí)刻，根據(jù)同網(wǎng)臺(tái)信號(hào)在出現(xiàn)時(shí)間上的連續(xù)性以及跳頻速率的相對(duì)穩(wěn)定性，把出現(xiàn)時(shí)間與消失時(shí)刻滿足一定相關(guān)特征的信號(hào)歸入一類，以達(dá)到跳頻網(wǎng)臺(tái)的分選目的。

這種分選方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)恒跳速跳頻網(wǎng)臺(tái)分選能力強(qiáng)；缺點(diǎn)是對(duì)偵察系統(tǒng)時(shí)間測(cè)量精度要求高，不具備對(duì)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(shí)間分辨力直接決定著分選能力。

圖8給出了一種利用到達(dá)時(shí)間法進(jìn)行網(wǎng)臺(tái)分選的方法。

圖8 網(wǎng)臺(tái)分選結(jié)果

假定在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)有N個(gè)頻率的信號(hào)到達(dá)。分別記下它們的到達(dá)時(shí)間和信號(hào)駐留時(shí)間，分選步驟是：

（a）對(duì)信號(hào)駐留時(shí)間進(jìn)行比較，找出N個(gè)信號(hào)中駐留時(shí)間最小且相等的那些，如有M個(gè)，排成一個(gè)序列。

（b）計(jì)算M序列中相鄰2個(gè)信號(hào)的到達(dá)時(shí)間間隔，依次為窗口尺度，分選出所有相同跳頻周期的信號(hào)，完成一個(gè)網(wǎng)臺(tái)的信號(hào)分選。

（c）在提取出第1網(wǎng)臺(tái)信號(hào)之后，剩下N－M信號(hào)中，重復(fù)進(jìn)行前面2個(gè)步驟，完成第2個(gè)網(wǎng)臺(tái)的分選，依次類推，直至分選完成。

若幾個(gè)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(dá)時(shí)刻建立相應(yīng)頻率表，每張頻率表就是一個(gè)同跳速的非正交跳頻網(wǎng)。

（3）跳頻網(wǎng)臺(tái)的綜合分選法［4］。綜合分選法是綜合利用跳頻信號(hào)來(lái)波方位、到達(dá)時(shí)間、駐留時(shí)間、跳躍相位和信號(hào)幅度等特征和技術(shù)參數(shù)之間的關(guān)系來(lái)對(duì)跳頻信號(hào)進(jìn)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(hào)之間的相關(guān)關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)分類。即有相關(guān)關(guān)系的信號(hào)歸入一類，不具有相關(guān)關(guān)系的信號(hào)互相分開(kāi)。

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

［1］梅文華.跳頻通信 ［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005.

［2］高崢.基于STFT的超短波跳頻網(wǎng)臺(tái)信號(hào)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(zhǎng)沙：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2006.

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