現(xiàn)代戰(zhàn)爭條件下,電子對抗與反對抗的對立日趨激烈，導(dǎo)致戰(zhàn)場空間的電磁環(huán)境信號空前復(fù)雜、密集且相互交迭。這就對通信裝備的抗干擾性能提出了越來越高的要求。

    現(xiàn)有的抗干擾測試技術(shù)，并沒有針對單臺通信裝備的快速測試手段和設(shè)備。這對實現(xiàn)各種短波通信裝備平時和戰(zhàn)時的抗干擾性能檢測和技術(shù)保障，以確保作戰(zhàn)使用性能，保持通信裝備的完好性產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響[1]。在部隊調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，對通信裝備抗干擾性能測試主要存在以下一些問題[2-4]：
    (1) 對通信裝備抗干擾性能指標(biāo)的測試是在理想信道的假設(shè)前提下進行的，沒有進行戰(zhàn)場環(huán)境的抗干擾測試。
    (2)對通信裝備性能指標(biāo)的測試重視定頻，輕視跳頻，或者缺少跳頻性能測試手段。
    (3)對通信裝備抗干擾性能的測試缺乏快速有效的手段。
    綜合上述問題，對通信裝備所處的電磁環(huán)境進行數(shù)字建模和仿真，研制相應(yīng)的干擾信號環(huán)境合成模擬器，對通信裝備抗干擾性能做出快速、有效評估，便顯得十分迫切[5]。
1 短波通信裝備面對的主要干擾
    短波通信裝備需要面對的干擾主要包括其本身產(chǎn)生的干擾、自然干擾、組網(wǎng)運行時產(chǎn)生的干擾以及人為干擾。前三者是客觀存在的，只能通過技術(shù)上的措施加以削弱。人為干擾則可以消除或削弱，在通信中，要對抗的主要就是這些故意的人為干擾[1]。
1.1 跟蹤式干擾
    跟蹤干擾是在對信號進行截獲、分選、分析的基礎(chǔ)上，確定干擾對象，引導(dǎo)干擾發(fā)射機發(fā)射瞄準(zhǔn)式干擾的一種干擾方式。這種干擾方式對跳頻通信的威脅很大，這就要求通信方能以盡可能高的速率進行跳頻，以減少干擾方在每跳上的干擾時間百分比。
1.2 寬帶阻塞式干擾
    由于跳頻頻帶較寬，因此全頻段干擾時要求很大的干擾功率，在戰(zhàn)術(shù)運用上一般把整個頻帶分為幾十頻段，采用部分頻帶干擾[2]。
2 抗干擾性能研究的理論基礎(chǔ)
    由于短波通信頻譜十分擁擠，長期以來，人們總是想辦法使信號所占頻譜盡量的窄。但是有的短波通信裝備(例如短波跳頻電臺)卻占據(jù)了很寬的頻譜，這可以用信息論與抗干擾理論的基本觀點加以說明[2]。
    Shannon在其信息論中得到有關(guān)信道容量的公式：
   
    式中：C為信道容量，W為頻帶寬度，P為信號功率，N為白噪聲功率。
    式(1)表明，在保持信息傳輸速度C不變的條件下，可以用不同的頻帶寬度N和信噪比P/N來傳輸信息。如果增加頻帶寬度，就可以在較低信噪比的情況下用相同的信息速率以任意小的差錯概率傳輸信息，甚至在信號被噪聲湮沒時，也可以相應(yīng)地增加信號帶寬來保持可靠通信。這說明了跳頻通信的優(yōu)越性，即用展寬頻譜來換取信噪比的改善。

    式(3)說明對于傳輸一定寬?駐F的信息來說，信噪比和帶寬是可以互換的，它同樣證實了可以利用增加帶寬的方法來換取信噪比改善這一客觀規(guī)律。這就是調(diào)頻電臺抗干擾研究的理論依據(jù)。
3 復(fù)雜電磁環(huán)境通信測試研究
3.1 復(fù)雜電磁信號產(chǎn)生技術(shù)
    復(fù)雜電磁環(huán)境信號比較多元，以梳狀干擾信號、可變跳速信號和定頻調(diào)制信號產(chǎn)生為例介紹其產(chǎn)生技術(shù)。
　 (1) 梳狀譜信號的產(chǎn)生
　 梳狀譜信號采用數(shù)字調(diào)制和波形削波的方式產(chǎn)生，其方框圖如圖1所示。

　 (2) 可變跳速跳頻控制器
    實現(xiàn)跳速可變常用的方法主要有兩種：一種是在時鐘頻率一定的情況下，控制每跳時鐘的個數(shù)；另一種方法是每跳時鐘的個數(shù)一定，控制時鐘的頻率。由于數(shù)據(jù)組跳需要有與跳信號同步的時鐘，因此最常用的是前一種方式，如圖2所示。

　 因此，只要根據(jù)空中數(shù)據(jù)速率的要求產(chǎn)生相應(yīng)的時鐘頻率，并控制每跳時鐘的個數(shù)，就可以實現(xiàn)跳頻速率的可變。
    (3) 多模式調(diào)制器
    通常使用一個旋轉(zhuǎn)箭頭在水平軸上的投影可以更加有效地描述一個(實)調(diào)制信號，如下式：
    
3.2 復(fù)雜電磁環(huán)境下通信測試研究
    復(fù)雜電磁環(huán)境下通信測試的關(guān)鍵是根據(jù)不同的干擾信號確定不同的測試策略，這里主要應(yīng)用了比對法測試，即與理想環(huán)境下的關(guān)鍵通信指標(biāo)進行比較，分析不同干擾條件對通信指標(biāo)的影響。一般步驟如下:
      (1) 針對不同的干擾制式，定義信干比。
　   (2) 采用比對法測試，重點研究頻譜測試方法及相關(guān)的算法，針對的測試指標(biāo)包括：發(fā)射功率、頻率、調(diào)制參數(shù)、跳頻參數(shù)等。
　   (3) 采用比對法測試，接收機性能測試，主要是通信裝備在不同的工作模式下，針對不同的干擾制式，下列指標(biāo)會發(fā)生變化：信納德、靈敏度、靜噪靈敏度、接收概率、同步概率等。
4 系統(tǒng)設(shè)計
    該測試平臺包括上位機和主機兩個部分。其中，主機是測試平臺的信道模擬和電臺測試設(shè)備。上位機與主機之間通過USB通信接口連接。上位機是運行平臺控制軟件的計算機(一般為便攜式計算機)，通過USB接口對主機進行控制，圖形化模擬顯示電磁環(huán)境，實時獲取和分析數(shù)據(jù)，顯示測試狀態(tài)和測試結(jié)果，并提供數(shù)據(jù)管理和分析功能。
    平臺總體框圖如圖4所示。系統(tǒng)由兩條電纜與被測短波電臺相連接，分別連接電臺射頻口和電臺音頻口。系統(tǒng)核心部分包括：信號混合網(wǎng)絡(luò)和干擾環(huán)境模擬。信號混合網(wǎng)絡(luò)按照各種信號要求的干信比對信號進行加權(quán)合成，合成后的信號作為激勵源回放到被測電臺對其進行測試激勵。干擾環(huán)境模擬首先實現(xiàn)三種常見的干擾類型：跟蹤干擾、阻塞干擾和多徑干擾。

　系統(tǒng)的其他部分包括波形采集通道、波形回放通道、主控單元和音頻模塊。波形采集通道采用高速集成的采樣數(shù)字化電路，覆蓋短波電臺的頻段范圍；波形回放通道把混合信號網(wǎng)絡(luò)合成的波形回放為模擬波形；主控單元自動控制抗干擾測試流程，主控單元還要負(fù)責(zé)接收上位機的控制命令和測試結(jié)果的上傳顯示；音頻模塊產(chǎn)生包括音頻產(chǎn)生和音頻分析功能。
4.1 系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計
    系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計借鑒軟件無線電技術(shù)的理論和實際應(yīng)用的成功經(jīng)驗，采用如圖5所示的硬件結(jié)構(gòu)，以滿足抗干擾測試的要求。

    研究軟硬件的系統(tǒng)級設(shè)計，輔以仿真驗證、板級驗證的方法，采用的主要技術(shù)措施如下：
    (1)波形采集通道和波形回放通道采用高速A/D和D/A，可實現(xiàn)信號的全數(shù)字化處理，使得抗干擾測試平臺具有可擴展性和靈活性。
    (2)信號處理部分在以FPGA為物理載體的片上系統(tǒng)SoC(System on Chip)上設(shè)計與實現(xiàn)。在FPGA中實現(xiàn)具有不漂移、不老化、工作可靠、可自檢、可編程、精度高等優(yōu)點。FPGA采用硬件描述語言進行設(shè)計，在設(shè)計階段即可對電路模型進行功能和時序仿真，保證所設(shè)計的電路滿足要求[6]。此外FPGA可以提供許多硬件底層的可重構(gòu)能力。特別是當(dāng)測試算法需要變化和升級時，F(xiàn)PGA器件可以很好地實現(xiàn)系統(tǒng)在線升級。
    (3) 存儲陣列單元可使用目前比較成熟的SDRAM器件。SDRAM一般用在需要大量非易失性存儲器且對成本敏感的應(yīng)用中，即SDRAM相對便宜，但需要進行行刷新、行打開管理、延時及其他操作。
　(4) 上位機軟件設(shè)計方案。上位機軟件采用人機交互的模式，主要實現(xiàn)如下的功能：
?、僭诙l通信模式下主要進行鄰信道、中頻、鏡頻干擾和阻塞干擾。
?、谠谔l模式下進行掃頻、碰撞、阻塞和梳狀干擾。
4.2 測試平臺主機設(shè)計
4.2.1 主機設(shè)計方案
　測試平臺的主機實現(xiàn)信道模擬和性能指標(biāo)的測試，包括下列功能模塊[7-8]：
　(1) 發(fā)信機接口模塊：完成發(fā)信機的控制，音頻激勵、以及定頻和跳頻信道跟蹤和功率測量功能。
　(2) 寬帶噪聲干擾模塊：實現(xiàn)有色或無色寬帶噪聲干擾源；
　(3) 常規(guī)干擾模塊：實現(xiàn)窄帶、掃頻、碰撞、阻塞、梳狀等干擾源，多個模塊可實現(xiàn)干擾組合，最多可插4個常規(guī)干擾模塊；
　(4) 功率合成模塊：完成信號和干擾的功率合成以及幅度控制，產(chǎn)生指定信干比信號，并輸出到接收機；
　(5) 收信機接口模塊：實現(xiàn)上位機接口和通信、平臺主機的控制、收信機波形采集和信號分析等功能；
　(6) 背板模塊：完成標(biāo)頻、電源電路和板間通信等功能。
    測試平臺主機設(shè)計為便攜式設(shè)備，內(nèi)部采用背板和插卡式結(jié)構(gòu)，功能模塊各采用一塊板卡實現(xiàn)，通過背板模塊的總線互連。組成框圖如圖6所示。

    各種干擾模塊主要采用大容量FPGA+高速DAC方案實現(xiàn)，其功能實現(xiàn)框架圖如圖8所示。設(shè)計使用FPGA內(nèi)部NCO等功能，實現(xiàn)指定頻率和帶寬的窄帶或?qū)拵?、定頻或跳頻干擾源。各個干擾模塊受控于背板模塊，可單獨開啟和關(guān)閉。

    音頻信號分析功能采用DAQ+DSP方案實現(xiàn)。能實時分析收信機的音頻性能，并采用虛擬示波器的方式顯示在上位機。
4.2.2 上位機軟件設(shè)計方案
    上位機軟件采用人機交互的模式，主要實現(xiàn)如下的功能：
　 (1)在定頻通信模式下主要進行鄰信道、中頻、鏡頻干擾和阻塞干擾。
　 (2)在跳頻模式下進行掃頻、碰撞、阻塞和梳狀干擾。
　  短波通信裝備抗干擾性能測試平臺可實現(xiàn)針對短波通信裝備抗干擾性能指標(biāo)的快速、智能化測試。以片上系統(tǒng)的方式實現(xiàn)干擾環(huán)境模擬和信號混合尚屬首創(chuàng)。采用高速數(shù)字信號處理技術(shù)實現(xiàn)短波通信裝備抗干擾性能的軟件化測試，并可通過軟件重構(gòu)適應(yīng)新的測試需求。該平臺的研制和推廣應(yīng)用，必將有效提高我軍抗干擾通信裝備技術(shù)保障能力，更好更快地適應(yīng)通信裝備的不斷發(fā)展，對于保證通信裝備的完好性、提高戰(zhàn)斗力具有重要的意義。
參考文獻
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