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        LINK—16數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)抗干擾能力研究

        2015-07-02 13:35:06刁新穎
        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 2015年6期
        關(guān)鍵詞:抗干擾能力掃頻數(shù)據(jù)鏈

        刁新穎

        摘 要:主要研究了LINK-16數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的抗干擾能力,分析了LINK-16數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)采用的抗干擾技術(shù),針對目前通信干擾機的主要干擾模式:窄帶干擾(含單頻干擾)、掃頻干擾、跟蹤式干擾、部分頻帶干擾、脈沖干擾和寬帶壓制式干擾,分析了LINK-16數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的抗干擾能力。

        關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)鏈;LINK-16;抗干擾;干擾模式

        中圖分類號:TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:2095-1302(2015)06-00-02

        0 引 言

        LINK-16數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)是聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)(Joint Tactical Information Distribution System,JTIDS),具有通信、導(dǎo)航以及識別功能,可供陸、海、空三軍使用,是一種大容量、抗干擾的數(shù)字式信息分配系統(tǒng)[1,2]?,F(xiàn)有的關(guān)于LINK-16數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)抗干擾能力的分析[3,4]并未針對現(xiàn)有通信干擾機的具體干擾形式進行。

        本文分析了LINK-16數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的抗干擾技術(shù),針對目前多種通信干擾的樣式,包括窄帶干擾(含單頻干擾)、掃頻干擾、跟蹤式干擾、部分頻帶干擾、脈沖干擾和寬帶壓制式干擾等,分析了LINK-16數(shù)據(jù)鏈抵抗以上多種干擾的能力。

        1 LINK-16數(shù)據(jù)鏈主要抗干擾技術(shù)

        LINK-16數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)為了獲得強抗干擾能力,采用了信道編碼、直接序列擴頻和高速跳頻等抗干擾技術(shù)。

        1.1 RS信道編碼

        LINK-16數(shù)據(jù)鏈采用了RS(31,15)編碼的方式對抗干擾,每個RS碼字即5 b信息,對應(yīng)成一次跳頻脈沖6.4 us內(nèi)傳輸?shù)男畔?,于是一個頻點上的干擾只會導(dǎo)致一個RS碼字的錯誤。RS(31,15)最多可糾正8個錯誤或刪除16個錯誤。若無準(zhǔn)確獲知被干擾頻點即錯誤位置的方法,只能糾正8個碼字錯誤,換算成對抗部分頻帶干擾能力,可對抗25.8%(8/31)的頻點干擾;若能可靠獲知被干擾的頻點,則最多可應(yīng)對16個擦除錯誤,即可對抗51.2%(16/31)的頻點干擾。

        1.2 直接序列擴頻

        LINK-16數(shù)據(jù)鏈采用循環(huán)碼移位鍵控(Cyclic Code Shift Keying, CCSK)的直接序列擴頻技術(shù),采用32位循環(huán)碼實現(xiàn)對5 b信息的擴頻調(diào)制。直接序列擴頻具有抗寬帶干擾能力,通過接收端采用的相關(guān)解擴處理,將寬帶有用信號壓縮為窄帶信號,而將寬帶干擾信號帶寬擴展,通過后續(xù)的窄帶濾波器將大部分寬帶干擾濾除。

        1.3 高速跳頻

        LINK-16數(shù)據(jù)鏈采用逐脈沖跳頻工作模式,每個脈沖的工作頻點在960 MHz~1 215 MHz頻段內(nèi)隨機跳變,跳頻頻點數(shù)為51個,每個頻點的帶寬為3 MHz。每個脈沖的持續(xù)時間為6.4 us,脈沖間隔為6.6 us,跳速為76 923跳/秒。

        2 LINK-16數(shù)據(jù)鏈抗干擾能力分析

        目前通信干擾機的主要干擾模式有窄帶干擾(含單頻干擾)、掃頻干擾、跟蹤式干擾、部分頻帶干擾、脈沖干擾和寬帶壓制式干擾。

        2.1 窄帶干擾

        對于LINK-16數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng),每個頻點的帶寬在3 MHz,對于帶寬在幾百kb / s內(nèi)的窄帶干擾,包括大功率連續(xù)波干擾,如果窄帶干擾落在信號帶寬范圍內(nèi),可以采用濾波方式,對窄帶干擾進行抑制。干擾帶寬達(dá)到LINK-16數(shù)據(jù)鏈信號帶寬的窄帶干擾,目前此類干擾機的功率最高可達(dá)到100 kW,考慮敵方的安全干擾距離為150 km,則干擾信號到達(dá)接收機處的干擾信號功率為-60 dBm,低于LINK-16接收機的飽和功率,因此最多只對單一頻點承載的信息造成影響,考慮LINK-16系統(tǒng)采用的RS編譯碼,因此能抵抗單一頻點被破壞的干擾。

        2.2 掃頻干擾

        掃頻干擾需要先獲得跳頻通信頻段和工作頻率表,然后按照跳頻頻率間隔,從頻率低端到高端,每隔一段時間出現(xiàn)一個窄帶的干擾頻譜,并不斷重復(fù)這種頻率掃描過程。對于LINK-16數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng),采用了高速跳頻抗干擾技術(shù),如果掃頻速率過快,在掃頻干擾的窄帶干擾信號駐留時間內(nèi),未必能碰上跳頻的通信頻率;如果掃頻速率過慢,在掃頻干擾的窄帶干擾信號駐留時間內(nèi),能夠碰撞上某一個工作頻點,由于LINK-16數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)采用RS編譯碼,具有抗部分點頻干擾能力,也無法對端機實現(xiàn)有效干擾;掃頻干擾只有識別跳頻規(guī)則,才能對端機實現(xiàn)有效干擾,對于跳速達(dá)到76923跳/秒的高速跳頻系統(tǒng),很難獲得跳頻圖案。

        2.3 跟蹤式干擾

        跟蹤式干擾的干擾信號能跟蹤跳頻信號頻率跳變的干擾方式,主要有波形跟蹤干擾、轉(zhuǎn)發(fā)干擾等。由于LINK-16數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)采用高速跳頻抗干擾技術(shù),跳頻圖樣滿足偽隨機特性,因此破解跳頻圖樣進行波形跟蹤干擾基本無法實現(xiàn)。

        由于LINK-16數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)采用窄脈沖通信方式,脈沖駐留時間為6.4 us,轉(zhuǎn)發(fā)跟蹤式干擾應(yīng)采用同頻干擾,干擾信號必須在信號駐留時間(即6.4 μs)內(nèi)到達(dá)通信接收機,才有可能實現(xiàn)有效干擾。電磁波在6.4 μs傳播的距離約為1.92 km,假設(shè)不計完成偵收和干擾引導(dǎo)所需的時間,記收發(fā)端距離為Rtr,Rjt、Rjr分別為干擾機到發(fā)射端機和接收端機的距離,為保證干擾有效,必須保證(Rjt+Rjr)-Rtr≤1.92,即干擾機必須布置在以收發(fā)信機為焦點的橢圓區(qū)域內(nèi),干擾機如果距離我方端機150 km外的安全距離,不滿足有效干擾要求,很難實施跟蹤式干擾。

        2.4 部分頻帶干擾

        高速變速跳頻與RS糾錯碼相結(jié)合,能夠抵抗部分頻帶干擾。RS(31,15)的信道編碼可以對抗25.8%(8/31)的頻點干擾,即在完整的51個頻點上進行跳頻通信時,12個以上的跳頻點被有效干擾, LINK-16節(jié)點將不能正常通信工作。若能可靠獲知被干擾的頻點,則RS(31,15)的信道編碼最多可應(yīng)對16個擦除錯誤,即可對抗51.2%(16/31)的頻點干擾,25個以上的跳頻點被有效干擾時,LINK-16節(jié)點將不能正常通信工作。

        2.5 脈沖干擾

        當(dāng)效脈沖干擾是在LINK-16數(shù)據(jù)鏈工作頻段范圍內(nèi),與LINK-16信號脈沖寬度、脈沖重復(fù)率和消息結(jié)構(gòu)近似匹配的脈沖信號。

        干擾信號也逐脈沖跳頻時,下面舉例最有效的脈沖干擾對LINK-16數(shù)據(jù)鏈通信性能的影響。假定脈沖干擾的頻點與LINK-16工作頻點在某時刻完全一致,則該頻點被壓制無法通信,不考慮跳時的躲避干擾作用,記頻點數(shù)為N,則干擾和通信頻點完全碰撞的概率為1/N2,考慮高速跳頻體制和RS編碼相結(jié)合抗頻帶干擾的能力,RS碼仍能正確譯碼,脈沖干擾有效的概率近似為1/N,考慮跳時的作用,干擾脈沖和有用信號脈沖同時達(dá)到的概率很小。

        2.6 寬帶壓制干擾

        采用干擾容限評估跳頻系統(tǒng)的抗寬帶壓制干擾能力。干擾容限定義為跳頻通信系統(tǒng)能維持點對點正常工作(滿足正常解調(diào)要求的最小輸出信噪比)的實際抗干擾能力,用Cj表示,其表達(dá)式為[5]:

        Cj=Gp-[LS+(S/N0)out] (1)

        其中,Gp為跳頻或擴頻通信的處理增益,(S/N0)out為接收機解調(diào)輸出端所需的最小信噪比,LS為系統(tǒng)解調(diào)解擴的固有處理損耗,根據(jù)工程經(jīng)驗,一般為1~2.5 dB數(shù)量級,最大不應(yīng)超過3 dB。跳頻系統(tǒng)的處理增益Gp定義為信號總帶寬W和信息帶寬B的比值,如果頻域上相鄰頻點的頻譜不交疊,可認(rèn)為Gp為全部可用頻點數(shù)N,即:

        Gp=10 lgN (2)

        LINK-16數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的跳頻頻點數(shù)為51個,相鄰頻點頻譜不交疊,因此,跳頻處理增益為17 dB。為了得到10-5的誤碼率,調(diào)制方式為MSK,編碼方式為RS(31,15)的波形檢測信噪比為8.8 dB[6],由于采用了(5,32)擴頻,可以獲得約8 dB的擴頻增益,因此(S/N0)out為0.8 dB。取Ls=1~2 dB,根據(jù)式(2)可得到LINK-16系統(tǒng)的干擾容限為15 dB。即為了壓制干擾LINK-16的通信,實現(xiàn)與干擾常規(guī)定頻通信同樣的效果,需要多付出的功率代價為15 dB。

        3 結(jié) 語

        LINK-16數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)采用高速跳頻、直接序列擴頻和高效信道編碼等抗干擾技術(shù),能夠有效抵抗窄帶干擾(含單頻干擾)、掃頻干擾、跟蹤式干擾和脈沖干擾,對于部分頻帶干擾,當(dāng)干擾頻段覆蓋12個以下的LINK-16工作頻點時,組網(wǎng)通信能夠正常進行;對于寬帶壓制式干擾, LINK-16數(shù)據(jù)鏈的干擾容限為15 dB。因此對于LINK-16數(shù)據(jù)鏈的最有效干擾手段為:干擾信號頻段壓制12個以上的工作頻點,并且保證接收節(jié)點的干擾總功率比有用信號功率大15 dB。

        參考文獻(xiàn)

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        [2]孫義明,楊麗萍. 信息化戰(zhàn)爭中的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈[M]. 北京:北京郵電大學(xué)出版社,2005.

        [3]段亞軍,武昌,李成恩. JTIDS系統(tǒng)抗干擾性能分析[J]. 裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2007, 18(5):81-84.

        [4]何獻(xiàn)武,胥輝旗,程永茂. Link-16數(shù)據(jù)鏈抗干擾能力分析[J].艦船電子工程,2011,31(5):23-25.

        [5]姚富強. 通信抗干擾工程與實踐(第二版)[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2012.

        [6] John G. Proakis, Masoud Salehi. 數(shù)字通信(第五版)[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2011.

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