項(xiàng)保利 胡 煒 呂志軍

(1.92665部隊(duì) 石門 427200)(2.海軍工程大學(xué) 武漢 430033)

?

短波跳頻通信系統(tǒng)效能研究*

項(xiàng)保利1胡 煒2呂志軍2

(1.92665部隊(duì) 石門 427200)(2.海軍工程大學(xué) 武漢 430033)

從實(shí)用的角度出發(fā),建立了跳頻通信系統(tǒng)穩(wěn)定性、時(shí)效性和保密性三個(gè)指標(biāo)的數(shù)學(xué)模型。通過指標(biāo)的獲取和量化,實(shí)現(xiàn)了跳頻通信系統(tǒng)效能評(píng)估。

跳頻通信; 效能評(píng)估

Class Number TN975

1 引言

隨著日益白熱化的電子戰(zhàn),世界各國(guó)競(jìng)相研究發(fā)展通信對(duì)抗技術(shù)和設(shè)備,保證己方的通信保密、迅速和不間斷,擴(kuò)頻通信技術(shù)得到越來越廣泛的應(yīng)用。跳頻通信是擴(kuò)頻通信技術(shù)的一種,是目前部隊(duì)使用較多的通信設(shè)備之一,對(duì)跳頻通信系統(tǒng)效能的研究具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義[1]。

2 跳頻通信概述

所謂跳頻通信,用簡(jiǎn)單的術(shù)語講就是“多頻、選碼、移頻鍵控”,即用偽隨機(jī)序列(PN)構(gòu)成跳頻指令,控制選擇通信信號(hào)的載頻,收發(fā)雙方使用同一組載波頻率集,并按照相同的變化規(guī)律跳變,從而達(dá)成通信要求。

跳頻通信系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng),可以抗單頻干擾、多頻干擾,還可以抗部分頻帶和寬帶干擾。跳頻通信系統(tǒng)作為通信系統(tǒng)之一,在任何情況下,都應(yīng)該具備穩(wěn)定、可靠、迅速和保密通信的能力,因此,分析跳頻通信系統(tǒng)的效能也要從穩(wěn)定性、可靠性、時(shí)效性和安全性入手[2]。

3 跳頻通信系統(tǒng)效能評(píng)估

在現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中,跳頻通信系統(tǒng)多為組網(wǎng)應(yīng)用,所以對(duì)跳頻通信系統(tǒng)效能的研究,主要是研究跳頻電臺(tái)組網(wǎng)條件下的通信效能。根據(jù)以上分析,跳頻通信系統(tǒng)效能P(t)評(píng)估的參數(shù)指標(biāo)可確定為以下幾點(diǎn):通信的穩(wěn)定性和可靠性Pw(t)指標(biāo)、通信的時(shí)效性Ps(t)指標(biāo)、通信的保密性Pb(t)指標(biāo)[3]。

3.1 通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性指標(biāo)

設(shè)跳頻通信系統(tǒng)中AB兩點(diǎn)之間的通信有n個(gè)路由,每個(gè)路由中有m個(gè)邊線,每個(gè)邊線的穩(wěn)定性和可靠性概率為pj,則通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性指標(biāo)可以表示為[4]

(1)

在實(shí)際通信過程中可以通過轉(zhuǎn)信的方式達(dá)成,但是多次轉(zhuǎn)信需花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間,本研究中只考慮一次轉(zhuǎn)信的情況,因此有m≤2。式(1)中pi為路由使用概率,由通信系統(tǒng)中的指揮層級(jí)和信道質(zhì)量確定,pj則由每個(gè)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性確定,該參數(shù)為指數(shù)分布可表示為

pj=e-λt

(2)

式中,常數(shù)λ為系統(tǒng)的失效率,即單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率[4]。

3.2 通信系統(tǒng)的時(shí)效性指標(biāo)

跳頻通信系統(tǒng)的時(shí)效性取決于通信設(shè)備和人員準(zhǔn)備好所需時(shí)間、信號(hào)傳輸時(shí)間、敵方的干擾強(qiáng)度等幾個(gè)方面,通信系統(tǒng)確保通信暢通的能力強(qiáng)度μ與喪失通信能力的臨界時(shí)間T成反比,由此可得到時(shí)效性概率的微分方程:

(3)

在沒有戰(zhàn)斗任務(wù)時(shí),可以認(rèn)為設(shè)備和人員狀態(tài)良好,無敵對(duì)方干擾通信,設(shè)備可以自適應(yīng)選擇最佳信道,此時(shí)可以設(shè)為通信的時(shí)效性指標(biāo)概率為1,進(jìn)入戰(zhàn)斗任務(wù)后,隨著通信聯(lián)絡(luò)文件的增多,通信人員的狀態(tài)下降,通信對(duì)抗力度的增強(qiáng),通信的時(shí)效性概率會(huì)逐步降低。所以設(shè)方程的初始條件為:t=0時(shí),Ps(t)=1。解微分方程可得:

(4)

此處參數(shù)T直接影響到通信系統(tǒng)的時(shí)效性指標(biāo),設(shè)備性能優(yōu)良,人員工作思路清晰,敵對(duì)方通信對(duì)抗能力低下,T就越大,反之T則減小。圖1為T為不同取值時(shí)的跳頻通信系統(tǒng)時(shí)效性曲線圖[5]。

圖1 T為不同取值下的時(shí)效性曲線

3.3 通信系統(tǒng)的保密性指標(biāo)

跳頻通信系統(tǒng)的保密性主要指抗信號(hào)截獲能力和抗信號(hào)破譯的能力。設(shè)跳頻通信系統(tǒng)跳速為R,通常把跳速的倒數(shù)作為時(shí)隙寬度,跳頻信號(hào)在每一個(gè)頻率點(diǎn)的駐留時(shí)間T為時(shí)隙寬度的(0.8～0.9)倍,取中間值0.85可得T=0.85/R[6]。設(shè)敵方偵察接收機(jī)的工作帶寬為Bs,信道間隔為Bm,每個(gè)信道停留時(shí)間為Tr,則可得到信號(hào)被截獲概率為

(5)

在此基礎(chǔ)上可以求出整條消息被截獲的概率。設(shè)跳頻通信電臺(tái)發(fā)送某消息用時(shí)Tf秒,則發(fā)送該信號(hào)時(shí)信號(hào)頻率跳變TfR次,敵方截獲n次信號(hào)的概率如式(6)[9]:

(6)

當(dāng)n=TfR時(shí),即發(fā)送信號(hào)全部被截獲,由此可得截獲全部消息的概率為P2:P2=P(TfR)

(7)

假設(shè)消息的保密性概率為P3(t),破譯消息所需要的平均時(shí)間為Tp,則消息失去保密性ξ與Tp成反比,由此得到消息保密性微分方程為[10]

(8)

解微分方程可得:

P3(t)=e-ξt

(9)

由上述分析,可得到跳頻通信系統(tǒng)的保密性概率為

(10)

由于截獲信號(hào)即意味著定位,故在t=0,n=1時(shí),式(10)表示跳頻通信電臺(tái)被定位的概率[8]。

3.4 跳頻通信系統(tǒng)效能評(píng)估

兼顧客觀和主觀賦權(quán)對(duì)效能評(píng)估的影響,運(yùn)用最優(yōu)組合賦權(quán)方法進(jìn)行跳頻通信系統(tǒng)效能評(píng)估,得到效能值P(t)=f[Pw(t),Ps(t),Pb(t)]。

4 結(jié)語

本文從實(shí)戰(zhàn)出發(fā),通過對(duì)可靠性指標(biāo)、時(shí)效性指標(biāo)以及保密性指標(biāo)的研究及建模,詳細(xì)分析跳頻通信系統(tǒng)的效能,部分給出了仿真結(jié)果。在現(xiàn)代作戰(zhàn)行動(dòng)中,高科技的運(yùn)用在爭(zhēng)奪通信主動(dòng)權(quán)上占有極為重要的位置,以科學(xué)的方法分析研究跳頻通信系統(tǒng)的效能,找出影響跳頻通信系統(tǒng)效能的因素,為跳頻通信系統(tǒng)效能充分發(fā)揮提供理論指導(dǎo)。

[1] 胡中豫.現(xiàn)代短波通信[M].北京:國(guó)防出版社,2003:24-25.

[2] 曾洋,王永斌.差分調(diào)頻技術(shù)應(yīng)用于短波窄帶猝發(fā)通信的研究[J].通信技術(shù),2009,42(2):54-60.

[3] 楊德剛.短波自適應(yīng)調(diào)頻技術(shù)研究[J].現(xiàn)代軍事通信,2009,7(3):47-49.

[4] 葉酉蓀.軍事通信網(wǎng)分析與系統(tǒng)集成[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2005:200-213.

[5] 李建國(guó),張海勇.短波跳頻電臺(tái)通信對(duì)抗效能研究[J].艦船科學(xué)技術(shù),2005,27(6):75-78.

[6] 王銘三.通信對(duì)抗原理[M].北京:解放軍出版社,1999:160-172.

[7] 張杰,唐宏,等.效能評(píng)估方法研究[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2009:48-65.

[8] 何非常.軍事通信—現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2000:78-85.

[9] 郭藝,張爾揚(yáng),沈榮駿.調(diào)頻信號(hào)頻域分析與參數(shù)盲估計(jì)方法[J].信號(hào)處理,2007,23(2):210-213.

[10] 馮濤,袁超偉.一種組合時(shí)頻分布在跳頻信號(hào)參數(shù)估計(jì)中的應(yīng)用[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,37(6):55-57.

Research on the Efficiency of Shipboard Frequency Hopping System

XIANG Baoli1HU Wei2LV Zhijun2

(1. No. 92665 Troops of PLA, Shimen 427200)(2. Naval University of Engineering, Wuhan 430033)

Based on the timeliness indexes, this paper establishes the mathematic model of three evaluation indexes of frequency hopping system, such as the stability, the real-time property and the secrecy. It realizes efficiency evaluation of the system by acquiring and quantizing the index.

frequency hopping, efficiency evaluation

2015年6月3日,

2015年7月23日

項(xiàng)保利,男,助理工程師,研究方向:短波通信,通信對(duì)抗。胡煒,男,碩士,助理工程師,研究方向:信息管理,系統(tǒng)效能分析。呂志軍,男,講師,研究方向:短波通信、通信對(duì)抗。

TN975

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.12.034