刁新穎
摘 要:主要研究了LINK-16數據鏈系統的抗干擾能力,分析了LINK-16數據鏈系統采用的抗干擾技術,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數據鏈系統的抗干擾能力。
關鍵詞:數據鏈;LINK-16;抗干擾;干擾模式
中圖分類號:TN92 文獻標識碼:A 文章編號:2095-1302(2015)06-00-02
0 引 言
LINK-16數據鏈系統是聯合戰(zhàn)術信息分發(fā)系統(Joint Tactical Information Distribution System,JTIDS),具有通信、導航以及識別功能,可供陸、海、空三軍使用,是一種大容量、抗干擾的數字式信息分配系統[1,2]?,F有的關于LINK-16數據鏈系統抗干擾能力的分析[3,4]并未針對現有通信干擾機的具體干擾形式進行。
本文分析了LINK-16數據鏈系統的抗干擾技術,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數據鏈抵抗以上多種干擾的能力。
1 LINK-16數據鏈主要抗干擾技術
LINK-16數據鏈系統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。
1.1 RS信道編碼
LINK-16數據鏈采用了RS(31,15)編碼的方式對抗干擾,每個RS碼字即5 b信息,對應成一次跳頻脈沖6.4 us內傳輸的信息,于是一個頻點上的干擾只會導致一個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數據鏈采用循環(huán)碼移位鍵控(Cyclic Code Shift Keying, CCSK)的直接序列擴頻技術,采用32位循環(huán)碼實現對5 b信息的擴頻調制。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數據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頻段內隨機跳變,跳頻頻點數為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數據鏈抗干擾能力分析
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數據鏈系統,每個頻點的帶寬在3 MHz,對于帶寬在幾百kb / s內的窄帶干擾,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,可以采用濾波方式,對窄帶干擾進行抑制。干擾帶寬達到LINK-16數據鏈信號帶寬的窄帶干擾,目前此類干擾機的功率最高可達到100 kW,考慮敵方的安全干擾距離為150 km,則干擾信號到達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,每隔一段時間出現一個窄帶的干擾頻譜,并不斷重復這種頻率掃描過程。對于LINK-16數據鏈系統,采用了高速跳頻抗干擾技術,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,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,能夠碰撞上某一個工作頻點,由于LINK-16數據鏈系統采用RS編譯碼,具有抗部分點頻干擾能力,也無法對端機實現有效干擾;掃頻干擾只有識別跳頻規(guī)則,才能對端機實現有效干擾,對于跳速達到76923跳/秒的高速跳頻系統,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、轉發(fā)干擾等。由于LINK-16數據鏈系統采用高速跳頻抗干擾技術,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。
由于LINK-16數據鏈系統采用窄脈沖通信方式,脈沖駐留時間為6.4 us,轉發(fā)跟蹤式干擾應采用同頻干擾,干擾信號必須在信號駐留時間(即6.4 μs)內到達通信接收機,才有可能實現有效干擾。電磁波在6.4 μs傳播的距離約為1.92 km,假設不計完成偵收和干擾引導所需的時間,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,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
當效脈沖干擾是在LINK-16數據鏈工作頻段范圍內,與LINK-16信號脈沖寬度、脈沖重復率和消息結構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數據鏈通信性能的影響。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的抗寬帶壓制干擾能力。干擾容限定義為跳頻通信系統能維持點對點正常工作(滿足正常解調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為接收機解調輸出端所需的最小信噪比,LS為系統解調解擴的固有處理損耗,根據工程經驗,一般為1~2.5 dB數量級,最大不應超過3 dB。跳頻系統的處理增益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,可認為Gp為全部可用頻點數N,即:
Gp=10 lgN (2)
LINK-16數據鏈系統的跳頻頻點數為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,根據式(2)可得到LINK-16系統的干擾容限為15 dB。即為了壓制干擾LINK-16的通信,實現與干擾常規(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 語
LINK-16數據鏈系統采用高速跳頻、直接序列擴頻和高效信道編碼等抗干擾技術,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,當干擾頻段覆蓋12個以下的LINK-16工作頻點時,組網通信能夠正常進行;對于寬帶壓制式干擾, LINK-16數據鏈的干擾容限為15 dB。因此對于LINK-16數據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
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