現代戰爭條件下,電子對抗與反對抗的對立日趨激烈，導致戰場空間的電磁環境信號空前復雜、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。

    現有的抗干擾測試技術，并沒有針對單臺通信裝備的快速測試手段和設備。這對實現各種短波通信裝備平時和戰時的抗干擾性能檢測和技術保障，以確保作戰使用性能，保持通信裝備的完好性產生了嚴重的影響[1]。在部隊調研中發現，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的測試是在理想信道的假設前提下進行的，沒有進行戰場環境的抗干擾測試。
    (2)對通信裝備性能指標的測試重視定頻，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境進行數字建模和仿真，研制相應的干擾信號環境合成模擬器，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生的干擾、自然干擾、組網運行時產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、分析的基礎上，確定干擾對象，引導干擾發射機發射瞄準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，在戰術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
    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，也可以相應地增加信號帶寬來保持可靠通信。這說明了跳頻通信的優越性，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律。這就是調頻電臺抗干擾研究的理論依據。
3 復雜電磁環境通信測試研究
3.1 復雜電磁信號產生技術
    復雜電磁環境信號比較多元，以梳狀干擾信號、可變跳速信號和定頻調制信號產生為例介紹其產生技術。
　 (1) 梳狀譜信號的產生
　 梳狀譜信號采用數字調制和波形削波的方式產生，其方框圖如圖1所示。

　 (2) 可變跳速跳頻控制器
    實現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；另一種方法是每跳時鐘的個數一定，控制時鐘的頻率。由于數據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，只要根據空中數據速率的要求產生相應的時鐘頻率，并控制每跳時鐘的個數，就可以實現跳頻速率的可變。
    (3) 多模式調制器
    通常使用一個旋轉箭頭在水平軸上的投影可以更加有效地描述一個(實)調制信號，如下式：
    
3.2 復雜電磁環境下通信測試研究
    復雜電磁環境下通信測試的關鍵是根據不同的干擾信號確定不同的測試策略，這里主要應用了比對法測試，即與理想環境下的關鍵通信指標進行比較，分析不同干擾條件對通信指標的影響。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的算法，針對的測試指標包括：發射功率、頻率、調制參數、跳頻參數等。
　   (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，下列指標會發生變化：信納德、靈敏度、靜噪靈敏度、接收概率、同步概率等。
4 系統設計
    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境，實時獲取和分析數據，顯示測試狀態和測試結果，并提供數據管理和分析功能。
    平臺總體框圖如圖4所示。系統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。系統核心部分包括：信號混合網絡和干擾環境模擬。信號混合網絡按照各種信號要求的干信比對信號進行加權合成，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。干擾環境模擬首先實現三種常見的干擾類型：跟蹤干擾、阻塞干擾和多徑干擾。

　系統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絡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，主控單元還要負責接收上位機的控制命令和測試結果的上傳顯示；音頻模塊產生包括音頻產生和音頻分析功能。
4.1 系統的軟硬件設計
    系統的軟硬件設計借鑒軟件無線電技術的理論和實際應用的成功經驗，采用如圖5所示的硬件結構，以滿足抗干擾測試的要求。

    研究軟硬件的系統級設計，輔以仿真驗證、板級驗證的方法，采用的主要技術措施如下：
    (1)波形采集通道和波形回放通道采用高速A/D和D/A，可實現信號的全數字化處理，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SoC(System on Chip)上設計與實現。在FPGA中實現具有不漂移、不老化、工作可靠、可自檢、可編程、精度高等優點。FPGA采用硬件描述語言進行設計，在設計階段即可對電路模型進行功能和時序仿真，保證所設計的電路滿足要求[6]。此外FPGA可以提供許多硬件底層的可重構能力。特別是當測試算法需要變化和升級時，FPGA器件可以很好地實現系統在線升級。
    (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) 上位機軟件設計方案。上位機軟件采用人機交互的模式，主要實現如下的功能：
?、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 測試平臺主機設計
4.2.1 主機設計方案
　測試平臺的主機實現信道模擬和性能指標的測試，包括下列功能模塊[7-8]：
　(1) 發信機接口模塊：完成發信機的控制，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：實現有色或無色寬帶噪聲干擾源；
　(3) 常規干擾模塊：實現窄帶、掃頻、碰撞、阻塞、梳狀等干擾源，多個模塊可實現干擾組合，最多可插4個常規干擾模塊；
　(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：完成標頻、電源電路和板間通信等功能。
    測試平臺主機設計為便攜式設備，內部采用背板和插卡式結構，功能模塊各采用一塊板卡實現，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，其功能實現框架圖如圖8所示。設計使用FPGA內部NCO等功能，實現指定頻率和帶寬的窄帶或寬帶、定頻或跳頻干擾源。各個干擾模塊受控于背板模塊，可單獨開啟和關閉。

    音頻信號分析功能采用DAQ+DSP方案實現。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 上位機軟件設計方案
    上位機軟件采用人機交互的模式，主要實現如下的功能：
　 (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針對短波通信裝備抗干擾性能指標的快速、智能化測試。以片上系統的方式實現干擾環境模擬和信號混合尚屬首創。采用高速數字信號處理技術實現短波通信裝備抗干擾性能的軟件化測試，并可通過軟件重構適應新的測試需求。該平臺的研制和推廣應用，必將有效提高我軍抗干擾通信裝備技術保障能力，更好更快地適應通信裝備的不斷發展，對于保證通信裝備的完好性、提高戰斗力具有重要的意義。
參考文獻
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