短波电台抗干扰技术

短波电台抗干扰技术（精选7篇）

短波电台抗干扰技术 第1篇

短波通信是20世纪30年代发展起来的一种无线电通信方式,由于其成本低、设备简单、方便灵活,现已成为中远距离通信的重要手段,在民用和军事方面都发挥了重大作用[1,2,3]。随着多种抗干扰工程与实践的完善,使短波通信自身存在问题得到良好解决,通信可靠性、稳定性都已提升到一个新的水平[4,5,6,7]。

短波跳频通信因具有良好的抗干扰性能,现已在战场、局部战争中得到广泛应用,战场上各种带内干扰已成为军事通信面临的重要问题。因此加强短波电台的通信抗干扰性能尤为重要[8,9,10]。

为了提高通信电台的抗干扰性能,本文重点构建了GMSK短波跳频电台模型,并在此基础上搭建了干扰抗干扰模型,仿真中通过改变干扰类型,采用自适应干扰对消器对干扰进行抑制,通过仿真得到了在不同信噪比下干扰对消前后对不同干扰的抑制作用。

1 自适应干扰对消原理

基于自适应对消原理的短波电台带内干扰抑制实现的前提是从包含有用信号和干扰信号的环境中提取出干扰信号作为参考输入[11,12,13]。

自适应对消方法原理如下: 采集干扰信号的时间与采集有用信号时间紧密相连,在足够短的时间内,可以认为干扰信号是平稳的,这样就可以基于干扰信号的自相关性和干扰特征,采用自适应对消方法有效抑制干扰,提高信号质量。自适应对消方法原理框图如图1所示,原始输入由携带信息的信号和互不相关的干扰信号组成,而参考输入为相关形式的干扰。对于自适应滤波器,采用基于LMS算法进行抽头权值自适应的横向滤波器。该滤波器使用参考输入,对包含在原始输入端的信号进行估计。从原始输入中减去自适应滤波器输出,即可消除干扰影响。

这种对消方法可以适用于敌方白噪声干扰、定频干扰、梳状干扰和跟踪式干扰的干扰抑制。同时,进行电磁干扰自适应对消的另一关键问题是自适应滤波器的设计,本文采用的算法是基于维纳滤波理论的最小均方算法( LMS) ,LMS算法具有较低的计算复杂度和较好的收敛稳定性。

2GMSK 调制原 理及短波跳频电台通信原理

2. 1GMSK 调制原理

GMSK是在最小频移键控( MSK) 的基础上改进而成的,MSK信号主要优点是包络恒定,并且带外功率谱密度下降快。为了进一步使信号的功率谱密度集中和减小对邻道的干扰,在进行MSK调制前先通过一个高斯型的低通滤波器。此高斯型低通滤波器的频率特性表示为:

式中,B为滤波器的3 d B带宽。

将式( 1) 做逆傅里叶变换,得到此滤波器的冲激响应为:

式中,

由于h( t) 为高斯特性,故称为高斯型滤波器。

2. 2 跳频电台通信原理

跳频电台通信原理框图如图2所示。

基本工作原理如下: 在发射机中,输入的信息对频率为fs的载波进行调制,得到调制信号。独立产生的跳频序列控制频率合成器在不同的时隙内输出频率跳变的本振信号。用它对调制信号进行变频,使变频后的射频信号频率按照跳频序列跳变,即为跳频信号。在接收机中,与发射机跳频序列一致的本地跳频序列控制频率合成器,使输出的本振信号频率按照跳频序列相应地跳变。跳变的本振信号,对接收到的跳频信号进行变频,将频率搬回到固有频率,实现解跳。解跳后的调制信号,在本地载波作用下,经解调后,恢复出信息[14,15]。

3 GMSK 跳频电台通信仿真模型建立

GMSK跳频电台通信模型如图3所示。仿真模型包括: 信号源、信道、调制解调器、混频器、跳频器、干扰模块和误码率计算模块。干扰信号模块分别设置为白噪声干扰、一定频率的正弦信号、多个正弦信号叠加来模拟窄带噪声、定频干扰和梳状干扰。

在图3基础上加入自适应对消器( 基于LMS算法) ,如图4所示。LMS模块desired端为有用信号与干扰信号的混合信号,input端为干扰信号,由于2个端口都有干扰信号,分析2路干扰信号的相关性,LMS输出端输出对消后的信号。

子系统跳频器由PN序列PN Sequence Generator模块、Buffer、Bit to integer Converter、Unbuffer和压控振荡器Discrete - Time VCO模块组成,如图5所示。PN Sequence Generator的采样率为1 /250,其本原多项式为x4+ x3+ 1 ,周期为31个码元,对应64个调频点。伪随机序列通过Bit to integer Converter产生与之相对应的整数s,输入到压控振荡器,则当s在0 ~ 31变化时,就能够产生32个跳频点。压控 振荡器频 率为4 k Hz,灵敏度为100 Hz / V,所以得到 跳频载波 的频率范 围为4 ~ 7. 2 k Hz。

4 仿真结果分析

在图4所示系统中,设置AWGN信道BT = 0.3,为了得到不同信噪比下,加入不同干扰方式下的误码率性能,通过改变AWGN信道的SNR参数,分别设置为 - 20 d B、- 15 d B、- 10 d B、- 5 d B和0d B,分别记录加入干扰前后的误码率,统计后得到的误码率曲线如图6、图7和图8所示,分别代表了加入白噪声、定频干扰和梳状干扰后的误码率曲线。

在仿真中可以看到当信噪比逐渐增大时,误码率逐渐变小; 比较图6、图7和图8所示可以看出,梳状干扰对通信性能影响较严重,定频干扰与白噪声干扰次之; 当干扰信号为白噪声时,经过自适应对消后的系统误码率逐渐减小,并在SNR = - 15 d B时趋于稳定,误码率得到很大的改善; 当干扰信号为定频干扰和梳状干扰时,可以看出,当SNR = - 15d B时经过自适应干扰对消后与未加入干扰时的误码率曲线趋于吻合。由此可以得出: 加入自适应干扰对消器的GMSK短波通信电台对白噪声、定频干扰和梳状干扰起到了明显的干扰抑制作用,并且对梳状干扰的抑制作用最为明显,定频干扰次之,其次则是白噪声干扰。产生这种情况的主要原因在于,梳状干扰、定频干扰信号的自相关性较强,通过自适应对消后,会得到很好的抑制作用。

5 结束语

短波通信电台易受干扰,为了解决带内干扰,得到较好的通信性能,采用了基于自适应干扰对消的干扰抑制方法。主要分析了自适应干扰对消原理、GMSK调制原理以及调频电台通信原理,并且建立了带有干扰模块以及基于自适应干扰对消方法的短波电台通信仿真模型。仿真结果表明,梳状干扰对通信性能的影响较为明显,定频干扰和白噪声干扰次之; 在加入自适应对消器消除干扰后,干扰对消器对梳状干扰抑制效果也最为显著; 同时当SNR =- 15 d B时,误码率趋于稳定,此时误码率最小。

摘要：针对通信电台易受电磁干扰的问题,采用了基于自适应干扰对消的干扰抑制方法来解决带内干扰。主要介绍了自适应干扰对消原理以及高斯最小频移键控(GMSK)调制原理,通过在simulink下建立短波跳频电台模型以及加入对消器的电台模型,仿真中改变干扰类型,得出了对消前后白噪声、定频干扰和梳状干扰在不同信噪比下的误码率。仿真结果表明,梳状干扰对通信性能的影响较为明显,定频干扰和白噪声干扰次之;在加入自适应对消器后,干扰抑制效果显著。

短波电台抗干扰技术 第2篇

【关键词】短波通信 抗干扰技术 应用

我国当前经济持续发展，各项技术有了明显进步，其中城市化和信息化建设发展较为突出，为我国科研教育事业的发展做出了突出贡献。我国的通信技术有了较大突破，作为应用广泛的短波通信技术，一直发挥着巨大作用。

一、短波通信的发展历史及特点

1.1发展历史

短波通信的发展过程是波浪式的，从高到低，又从低到高。1895年马可尼首次进行了无线电通信的尝试并获得了成功；在20世纪60年代，短波通信的发展受到抑制；20世纪80年代初开始，短波通信重新受到重视并得到了很好发展。目前短波通信技术已经从第二代通信技术发展到了第三代通信技术。

1.2短波通信的特点

优点：短波通信设备体积小，可进行定点或移动通信，并且维护费用较低，电路调试容易，临时组网方便，对自然灾害或者是战争的抗毁能力强，破坏后容易恢复，灵活性很大。缺点：通信容量较小，可以使用的频段较窄；大气等外在因素对其干扰严重；短波通信的信号传输不稳定。

二、短波通信的基本干扰方式

1、大气噪音。大气干扰是短波通信最为常见的干扰方式，因为大气放电具有方向性，在维度较高的地区，其干扰方向随着季节和昼夜变化而变化。

2、工业干扰。工业生产中的点火装置、电力网等因素是造成短波通信干扰的工业干扰因素，这些因素影响程度的大小与本地噪声的强弱和供电系统有关。

3、电台干扰。与短波通信工作频率相近电台的无线电波，对短波通信同样会造成干扰。首先因为短波通信用户数量很多，其次是因为短波波段的频带本身不宽。

4、人为干扰。这种带有目的性的干扰，在军事应用中很普遍。常见的人为干扰方式有单频或多频干扰等。

三、短波通信的抗干扰技术的应用

1、自适应技术。自适应技术的作用包括两个方面：自动调整短波通信系统中结构和参数；优化系统适应通信的传输环境变化的能力。它提高了系统抗干扰能力，改善了短波通信质量。工作原理是定时分析短波通信的链路质量，在多个信道进行扫描，在接收到对方信号后建立合适的频率链路，进行通信业务传输。优势在于能够根据不同情况，切换传输信道，提高短波通信的抗干扰能力。

2、跳频技术。跳频技术可以通过实际情况不断地更换短波通信频率，避开受到干扰的信道，实时动态修改频率表，保留不受干扰的频点，删除受到干扰的频点。跳频技术抵抗衰落能力很强，可以解决多路径衰落的通信问题，直接拓展频率带宽。

3、差错技术控制。差错控制技术能够解决数据在传输过程中容易出现丢包和出错问题。根据不同的情况，形成不同的抗干扰方法，主要分为自动重发请求、前向纠错和混合纠错等。当接收方经过检验发现收到的数据存在错误时，通知发送方，发送方得知后可以使用此技术进行改正。这一技术可以有效保证短波通信数据的正确和完整性。

4、分集技术。短波通信信道使用情况不同，造成有的信道信号较强，有的信道信号较弱，根据不同信道的情况选择两个或两个以上的信号进行组和，补偿衰落的信道损耗，这种技术就是分集技术。分集技术改善信道的传输质量是以不增加传输功率和带宽为前提的。如果没有这项技术，在噪声干扰、信道情况较差时，发射机必须要发送较高的功率才可以保证正常收到链接。

相比其他的抗干扰技术它的优点在于可以在不增加传输功率和宽带的前提下，改善无线通信信道的传输质量，提高传输质量和信噪比。

四、短波通信中抗干扰技术的发展趋势

科学技术发展迅猛，短波通信的抗干扰技术已经取得了非常大的进展和突破。发展方向主要包括以下三个方面，首先是逐渐向着全自适应状态发展，因为科技的发展意味着全自适应技术必将取代单一的自适应技术；其次是高速数据调制解调技术逐渐成为核心技术，因为这一技术具有传输速度快、利用率高等优点；最后是抗干扰技术体制向宽带发展，这已经是一个必然的趋势。

短波电台抗干扰技术 第3篇

1 短波电台对无线电高度表干扰的测试

1.1 干扰测试的简单阐述

干扰测试是利用原位检测仪进行测试, 原位检测仪可以看出无线电高度表会受到短波电台的影响, 在试验的时候, 需要利用延迟线进行高度值的检测, 高度值要在300m左右, 利用短波电台的测距与无线电高度表的的距离要在2m左右, 在实验的过程中, 会受到无线电高度表短波的影响, 让高度出现偏差, 如果对实验的结果并不满意, 可以通过接收无线电台对比的方式进行实验, 要在同样的环境下进行实验, 这样才能对比, 主要是利用不接收相应的短波电台发射的波段, 那么这时无线电高度表就不会出现问题, 利用这一方式就可以证明短波电台对无线电高度表产生的影响, 观察其干扰性。

1.2 短波干扰机载设备的简单阐述

短波电台主要是为了测试电磁对无线电高度表产生的干扰, 短波干扰机载设备是为了在试验的时候使用, 需要在飞机上设置电缆确保短波电台和无线电高度表可以正常的运行, 在这样的情况下进行测试, 在短波电台工作时, 发射出的波段是否会对无线电高度表产生影响, 从实验的过程就可以看出, 段波段太发射出的短波会干扰无线电点高度表, 干扰源是利用空间进行干扰的, 短波干扰的主要部件是无线电高度表和原位仪, 这两个部位是干扰对象中较为敏感的部位, 对整个过程产生着重要的影响。

1.3 无线电高度表低频电缆屏蔽处理

无线电高度表低频电缆屏蔽处理低频信号线, 隔离要求很严格的多点接地和单点接地线路, 用屏蔽双绞线。电缆外采用金属屏蔽网或导电胶带、丝网缠带屏蔽等方法, 丝网缠带、导电胶带末端可以焊接、压接或用环氧导电胶黏接。在无线电舱利用屏蔽缠带对无线电高度表低频电缆通过缠绕进行包扎屏蔽处理, 由于无线电高度表低频电缆分叉多, 有的电缆还与其他设备的低频电缆混在一起, 屏蔽处理时做到能单独进行包扎的则单独包扎, 不能单独包扎的就将整个电缆束进行包扎。在整个电缆束中有短波电台电缆的, 将短波电台电缆分出不一起包扎, 主要包扎屏蔽处理的有无线电舱部分的无线电高度表分线盒连接电缆和无线电高度表收发机连接电缆。试验结果表明无线电高度表低频电缆进行屏蔽处理, 可以明显改善短波电台干扰无线电高度表。

2 无线电高度表使用天线受干扰试验

无线电高度表收发机置于屏蔽室中, 高度表天线放在屏蔽室外高度表天线照射远处目标产生70m高度值, 进行如下试验: (1) 短波电台天线与无线电高度表天线相距1m, 短波电台发射, 无线电高度表指示受影响小。 (2) 短波电台天线与无线电高度表天线相距0.5m短波电台发射, 无线电高度表指示受影响大。 (3) 短波电台天线搭接无线电高度表高频馈线, 短波电台发射, 无线电高度表指示受影响严重。试验说明距离越近干扰越大, 干扰可以从无线电高度表天线和高频馈线进入无线电高度表造成指示受影响。

3 无线电高度表低频电缆受干扰试验

无线电高度表需要设置在室内, 室内必须要有着屏蔽的作用, 主要是进行如下的试验:无线电高度表不需要使用限定的设备进行屏蔽处理, 这样在短波电台发射的时候, 无线电高度表就会受到短波电台的影响, 而且影响是十分严重的;除此之外, 如果使用了铜网进行屏蔽处理, 那么无线电高度表就会出现误差, 无线电高度表低频电缆用铜网包扎屏蔽, 短波电台发射, 无线电高度表指示受影响轻微。试验说明无线电高度表低频电缆用铜网包扎屏蔽, 干扰明显减弱, 干扰可以从无线电高度表低频电缆进入造成指示受影响。

4 为解决电磁兼容性故障需要的解决措施

4.1 诊断技术

诊断技术是判断电磁兼容性故障的主要手段, 在机载设备出现了问题的时候, 可以通过诊断技术进行分析和检查, 根据故障的原因, 提出解决的措施, 措施一定要有着针对性。尤其是在电磁兼容性问题上, 需要分析和判断, 将干扰分为若干的等分, 这样就可以通过电磁空间进行基本的分析, 利用分割技术对分割空间进行逐步的屏蔽, 屏蔽的主要部位是较为敏感度的部位, 这些部位会干扰诊断技术的应用, 对诊断产生不利影响, 让诊断出现问题。

4.2 信号分离技术

电磁兼容性的解决方法中, 信号分离技术是一种非常重要的解决措施, 利用敏感设备进行信号分离, 信号分离就是进行滤波, 滤波的过程中, 关键点是滤波连接器的设置, 滤波连接器的参数关系着信号干扰性, 在使用信号分离技术的时候, 敏感者设备的性能也要正常进行, 这样可以减少无线电高度表对其干扰, 从而减少干扰性, 让信号分离技术能够顺利进行。

4.3 综合控制技术

综合控制技术需要进行综合控制, 主要利用的就是技术、布线、屏蔽、分离、接地和测试等分项环节, 将这些分项环节应用到整体中, 例如电磁干扰预测、电磁兼容技术等, 在这样的方法基础上, 可以进行整体的规范、全面而主动的预防, 还要采取一些先进的电磁兼容设计技术, 如滤波连接器的接地和使用、电缆的接地和屏蔽、改装设备的布线、屏蔽板的接地和搭接等。

5 结论

无线电技术在应用上是十分广泛的, 需要使用测量技术将精确度不断的提高, 向着自动化的方向发展, 尤其是在电磁的兼容性在机械设备的安装变得越来越重要, 但是在机载设备中有着十分重要的差异, 需要按照抗干扰能力进行程度分析, 而且无线电高度表要的指示性能也关系到设备的准确性, 关系着飞机的正常运行, 只有将无线电高度表按照正常的标准来测试, 才能够正常的使用, 让飞机安全、正常的运行, 因此, 本文在对短波电台进行指示性的分析, 可以更好的为短波电台服务, 要对电磁的兼容性的故障进行解决, 可以很好地为飞机运行服务。

参考文献

[1]魏俊淦, 田建学, 赵波, 卞金来.短波电台干扰无线电高度表电磁兼容研究与整治[J].仪表技术, 2012 (6) :45-48.

短波通信抗干扰技术应用与探讨 第4篇

短波通信利用短波频率实现无线电通信, 短波通信的频段范围是1.5~30MHz。 短波通信应用范围广,无需部署大规模有线资源, 通信设备简单方便和易于维护,不易受到网络枢纽资源的制约,因此在军事、民用等领域得到广泛应用。 短波通信也存在一些固有的缺点:短波通信过程中,由于受电离层变化的影响 ,短波信号容易产生多径时延、幅度衰落等问题,降低了通信传输的质量。 因此,为了提高短波通信抗干扰能力,通信学家采用多种抗干扰技术,比如自适应技术、跳频技术、分集技术、差错控制技术等,以有效地确保短波通信的质量。

2 短波通信抗干扰应用技术

2.1 自适应技术

自适应技术是短波通信的一种重要的抗干扰技术,其可以通过自动调整短波通信系统结构和参数,优化系统适应通信传输环境变化的能力, 以便提高抗干扰能力,改善短波通信的传输质量。 自适应技术在应用过程中可以定时分析短波通信的链路质量,同时在多个信道上进行扫描分析,等待接收对方的呼叫信号或上层发布的LQA探测命令, 为短波信号自动选择合适的频率建立链路,满足通信业务传输。 自适应技术具有自动化、智能化等优势,可以随时跟进短波周围环境,比如天气、经纬度、太阳离子的变化,进行自动优化,切换传输信道,改善短波通信的衰落现象, 提高短波通信抗干扰能力,保持较好的通信质量。

2.2 跳频技术

跳频技术通过不断地更换短波通信频率、避开受到干扰的信道而保持良好的工作状态。 跳频技术可以根据短波通信实际遭受的干扰情况, 实时动态修改频率表,删除受到干扰的频率,保留通信传输质量较好的频点,满足高质量短波通信需求。 跳频技术可以使短波通信工作在一个较宽的频率内, 这样就可以保证信号不受其他通信条件的影响,或者直接扩展频率带宽,跳频技术可以解决多路径、衰落的通信问题,抵抗衰落能力非常强。

2.3 差错控制技术

在现代短波通信系统中, 传输业务日益多样化,比如数据传输、控制命令传输等,由于短波传输受到的大气层、人为干扰较大,因此信息编码发生错误概率较大,数据传输过程中也会出现丢包和出错的情况,为了能够对付这种方面的干扰,可以采取差错控制技术。 差错控制技术主要分为自动重发请求、 前向纠错和混合纠错等。 当接收方收到的数据包经校验存在错误时,可以向发送端发送数据出错问题, 发送方接收到通知之后,根据自动重发请求再次发送数据包。 接收方发送接收的数据包存在错误,并且可以获取发生错误的码元,使用前向纠错技术进行改正。 混合纠错集成了自动重发请求和前向纠错两种技术的优势,如果错误较少且容易获取错误码元,采用前向纠错;如果错误较多且无法获取错误码元,使用自动重发。 差错控制技术可以有力地保证短波通信数据的正确性和完整性。

2.4 分集技术

短波通信环境非常复杂, 通信信道的使用非常密集,不同信道的衰落情况不同,有的信道存在较强的信号, 可以从多径信号中选择两个及以上的信号进行组合,也被称为分集技术。 分集技术是用来补偿衰落信道损耗而采取的技术措施,它通常通过两个或更多的接收天线来实现,同均衡器类似,分集技术在不增加传输功率和带宽的前提下, 来改善无线通信信道的传输质量。分集通过多个信道(时间、频率或者空间)接收到承载相同信息的多个副本,接收机使用多个副本包含的信息能比较正确地恢复出原发送信号。 如果不采用分集技术,在噪声受限的条件下, 发射机必须要发送较高的功率,才能保证信道情况较差时的信道链接。 在短波通信中,固定台站和移动台的接收机都可以采用分集技术,分集技术包括频率、路由、时间、空间和角度分集等,分集技术通常采用多重接收技术,能够将接收到的信号进行选择性组合,从而使得信号传输质量更高,提高短波通信的信噪比,确保通信传输质量。

3 短波通信抗干扰技术发展趋势

近年来,短波通信应用发展很快,在军、民通信领域具有重要的地位,并且短波通信技术也得到了改进。 目前,短波通信抗干扰技术发展趋势包括几个方面。

(1)单一自适应技术向全自适应技术方向发展 。

短波通信技术已经得到了广泛的应用,尤其是随着现代通信技术的快速发展,短波通信集成了其他的软硬件通信技术,成为一种高效的集成通信技术,单一自适应技术已经无法满足传输抗干扰需求,因此可以与软件无线电、智能天线、多输入多输出、软件天线、空分编码、数字波束成形等技术进行融合,形成一种全自适应短波通信系统。

(2)短波抗干扰技术从低速窄带向高速宽带发展。

为了能够提高短波通信抗干扰能力, 需要提高短波通信的调制速率和增加传输信号带宽, 但是由于采用前向纠错、加密等措施,降低了数据传输速率,因此短波通信必须同时满足抗干扰和高速传输的需求。

(3)短波通信抗干扰技术可视化、智能化。

随着软件开发技术的快速提升, 模拟通信技术已经逐渐向数字通信转变, 有效地实现了无线通信的便捷性和可利用性。 为了更好地满足任务需求,短波通信逐渐向可视化、智能化方向发展,以便能够实时性地查看通信频道资源,选择低干扰信道进行组合和传输,提高短波抗干扰能力。

(4)跳频码序列优化。

目前,跳频抗干扰技术发展过程中,其采用的伪随机码通常为M序列、Gold序列、Walsh序列等, 固定的序列无法更好地优化、提升抗干扰能力,非常容易导致跳频通信存在某些缺陷,近年来,利用非线性动力学混沌理论,寻找更好的跳频码序列,可以提高通信抗干扰技术。

4 结束语

自适应技术、跳频技术、分集技术、差错控制技术等短波通信抗干扰技术是一系列关键的技术,已经引起了国内外通信学家的研究和改进, 针对短波通信的频域、空间域、时域、功率域、速度域等多个方面,投入了大量的人力、财力和物力,研究短波通信存在的弊端和弱点。经过多年的研究, 通信学家提出了自适应填写技术、猝发通信技术、纠错编码技术、交织编码技术、协作分集、MIMO系统、跳频技术、直接扩频技术等抗干扰技术 。 同时,随着短波通信需求的不断增加,通信频谱资源变得越来越紧缺,为了提高通信频谱资源利用率,许多信道都采用分时复用、频分复用技术技术,以提高频谱利用率,导致通信信道遭受的噪声更加严重。 通信信道抗干扰技术必将得到更多的研究和改进,以更好地满足短波通信需求。

摘要：短波通信通过大气层进行传播,不需要中间设备,具有较强的抗毁能力,适用于各种复杂环境下的远距离通信。因此在通信领域特别是军事领域得到了广泛的应用,并在军用通信领域占有重要地位。随着短波通信技术的不断发展,短波通信应用领域越来越宽,空间电磁频谱日趋复杂,短波通信面临的干扰越来越多、越来越复杂。短波信号的传播过程是一个在电离层内多次反射的过程,因此容易受到空间环境的干扰。为了抵抗通信干扰,人们提出了自适应技术、跳频技术、差错控制技术和分集技术等抗干扰技术,增强短波通信抗干扰能力,提高短波通信传输的稳定性和可靠性。

短波电台抗干扰技术 第5篇

1 隐式马尔科夫模型

隐式马尔科夫模型[3,4,5,6] (Hidden Markov models, HMM) 是马尔科夫链的一种, 它的状态不能直接观察到, 但能通过观测向量序列观察到, 每个观测向量都是通过某些概率密度分布表示为各种状态, 每一个观测向量是由一个具有相应概率密度分布的状态序列产生。所以, 隐马尔可夫模型是一个双重随机过程, 具有一定状态数的隐马尔可夫链和显示随机函数集。其中, 马尔科夫链描述了状态的转移, 一般用转移概率矩阵描述;而一般随机过程描述状态和观测序列间的关系, 用混淆概率矩阵描述。一个完整的隐式马尔科夫可被定义为一个五元组:λ = (S, V, Π, A, B) , 其定义如下:

有限状态集合:S ={s1, s2, …, sN}。

有限观察符号集合:V ={v1, v2, …, vM}。

初始状态的概率分布:Π={πi}, i∈S。

状态转移概率矩阵:AN×N={aij}, i, j∈S。

观察符号发射概率分布:BN × M={bik}, i ∈ S, k ∈ V。

2 基于HMM的PACTOR协议比特流识别技术

2.1 PACTOR协议数据包格式分析

对于一个完整的PACTOR数据包, 根据PACTOR协议[7]的数据单元格式, 其最开始的8 个比特位是头字节, 它的值是固定的01010101 (0x55) 。如果在比特流中有8 个比特位值为0x55, 那么就代表该比特流中有可能存在使用PACTOR协议的数据包。同时, PACTOR数据包中第74~76 (波特率为100) 或170~172 (波特率为200) 比特位被定义为data type, 其作用是标识数据包中DATA的类型。

综上, 可知该字段指定中的内容是可以预期的, 因此可以优先考虑采用模式匹配算法中的快速模式匹配算法 (Knuth-Morris-Pratt Algorithm, KMP) [8,9], 对数据包中的比特流进行预处理。

2.2 数据预处理

根据PACTOR协议数据包的格式特征, KMP算法首先对源比特流文件进行一次扫描, 得到了在原文件中静态特征Header出现的位置。并根据这些位置对原比特流进行切割, 最终得到多个以0x55 开头的子比特流。

接着, 读取各个子比特流中在位置Status byte字段的Data type上出现的3 位比特值。由于该位置的值已由PACTOR帧格式定义, 所以为了简化HMM模型, 按照表1所示规则对各子比特流进行量化。通过特征位的量化值, 得到了符合隐式马尔科夫模型的观察符号序列。

2.3 HMM模型的建立

为简化模型, 减少计算量, HMM模型中采用离散型随机变量构建模型参数[10]。

有限状态集合中具有2 个元素:0 (若该序列采取PACTOR协议) 、1 (若该序列未采取PACTOR协议) ;有限观察符号集合中具有4 个元素, 具体定义如下所示:

其余模型参数均为随机生成, 并由计算得出。HMM的训练过程在ΔP (V|λ) < ε = 0.01时完成迭代, 训练时每次迭代产生新的调整后重估模型公式如下:

式中 αt (i) , βt (i) 分别为模型在t时刻的前向、后向变量。在训练HMM模型时, 前向变量、后向变量均可能由于计算值过小而被误认为0, 为了解决这个问题, 采用取自然对数的方法, 以确保训练计算中的变量值均处在可用范围内。

3 实验结果与分析

在试验中, 按照前述的识别技术, 构造了一个2状态、4符号的HMM模型, 并采用Visual C++6.0编程实现, 其KMP处理程序[11]如下:

测试主界面如图1 所示。

这里选用抓取到的任意一部分PACTOR数据包作为训练数据, 另一部分作为测试数据, 同时将部分其他协议数据包作为混淆数据。此外, 为了验证本算法不仅对完整数据包有效, 也对抓取到的非完整数据包有效, 采取将部分数据包内的数据进行删减的方法。通过调整混淆比, 分别在完整数据包和非完整数据包下进行了7 组方案测试。同时, 为了避免训练集对实验结果带来影响, 每组均选取同等数量的训练数据和测试数据。测试结果如图2 所示。

由图2 可以看出, 完整数据包情况下, PACTOR数据包的识别率均在80%以上, 在非完整数据包情况下, PACTOR协议的识别率较完整数据包情况的测试结果有所下降, 但也达到了70%以上。随着测试数据样本中PACTOR协议所占比重的减小, 识别率均略有下降。而且在PACTOR协议所占比率减小的情况下, 测试比率有所波动, 这是由于混淆数据中所存在的部分冗余数据影响到预处理时快速模式匹配算法所导致的。同时, 在实验中发现, 它仅需扫描一次源比特流就能得到建立HMM所需的数据, 并且不需要记录特定模式串在源比特流中的位置信息, 这就减少了对数据库的访问和操作, 进而降低了I/O操作的时间消耗。因此该技术是可行并且有效的。

4 结语

比特流识别未知短波电台协议是一个全新的课题。本文提出的基于HMM的比特流协议识别技术, 首先采用KMP对比特流进行处理分类, 接着定义了data type数据位量化规则, 从而初始化了HMM模型中各个参数, 并将随机采集到的数据一部分应用到HMM模型的训练中, 随之将训练后的模型应用到具体的测试过程中。实验结果表明, 该技术不仅能够从比特级实现对协议的分析和识别, 而且解决了传统协议识别算法面对不完整数据包时遇到的不同瓶颈与难题。因此, 具有一定的实用价值。但该技术也有不足, 在预处理数据时仅仅采用静态的模式识别算法并不可靠, 下一步的研究工作可以考虑采用数据挖掘的方法对比特流进行处理, 以改进该技术。

参考文献

[1]聂东举, 叶进, 闫坤, 等.基于SVM算法的短波通信协议识别技术[J].系统工程与电子技术, 2013, 35 (5) :1307-1311.

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短波电台抗干扰技术 第6篇

1 电磁干扰的类型

广播中的电磁干扰可以分为传导干扰、辐射干扰。其中传导干扰指的就是在中短波广播发射信号的传输过程中电磁信号利用传输介质进行干扰, 这属于比较少见的干扰情况。而辐射干扰确是日常生活中短波广播发射信号最常见的一种类型, 重要指的就是干扰源利用空间形成的信号对中短波广播发射信号的干扰。辐射干扰主要是利用电磁干扰源对信号进行控制, 然而电磁干扰源又可以分为人为干扰和自然干扰这两种方式。人为干扰指的就是各种电磁设备之间产生的信号干扰因素, 自然干扰主要指的就是大自然中原本就存在着的自然噪声。同时还可以根据电磁干扰的属性进行划分, 可以分为功能型, 以及非功能型。

2 中短波广播发射中电磁干扰的主要类型分析

2.1 被测信号的干扰。

从日常生活中, 可以清楚地了解到目前被测信号的干扰是中短波广播发射中的电磁干扰主要类型之一。这一类型可以分为共模干扰、常态干扰。从理论上来讲, 共模干扰指的就是说在转换器的端口上, 它存在着两个共同的干扰电压, 并且造成这种干扰的原因有直流电压、交流电压。常态干扰指的就是造成干扰的噪声, 同时在被测信号上出现叠加的现象。这里指的干扰噪声是出现的频率快并且没有任何规律的交变信号。而被测信号指的就是出现的频率波动不大的交流信号, 或者是能起到作用的直流信号[1]。被测信号在干扰过程中, 所得的分析就是让技术人员重视在整个监控系统中, 并且是在共模干扰的情况下, 如果被测信号为单端输入, 那么其电压将会变成常态干扰。从这里就可以清楚地知道, 想要避免常态干扰信号的形成, 就必须使用两个输入端口的方式预防干扰。

2.2 程序干扰。

从理论上可以知道除了被测信号的干扰, 程序的干扰也是中短波广播发射中电磁干扰的重要类型之一[2]。由于现在我国出现了许多自动化设备, 从而使得我国很多的广播发射在进行信号的传输的过程中也使用的是自动化控制的方法。由于中短波发射台一直处在一个比较复杂的电磁环境当中, 虽然箱体、编程逻辑控制器等本身都自带着抗电磁干扰的功能, 但是在实际的运行当中由于电位接地、屏蔽等工作出现了失误, 从而出现工控机、可编程控制器等都会发生电磁干扰。了解到出现这种失误的原因之后, 当再次出现这种情况时可以采用屏蔽电缆, 或者是屏蔽部分的可编程逻辑控制器等方式对中短波广播发射中的电磁干扰加以控制。

2.3 线间耦合干扰。

从理论上可以知道电容性耦合、电磁性耦合、电感性耦合都属于线间耦合干扰, 在发生中短波广播发射中的电磁干扰的时候, 这些干扰形式都会在不同的程度上影响信号的传输, 同时在回路中过程中会产生电磁场, 从而导致了电感性耦合加强了电磁场的干扰, 对中短波广播发射中的电磁产生重大的干扰[3]。

2.4 地面干扰。

属于地面发射设备, 假如这些地面发射设备本身信号就有问题, 它们的杂散指标没有在规定的范围之内, 那么信号波中肯定含有杂波, 或者含有谐波。同时由于设备当中的变频器等设备, 在设置的过程中出现问题, 也会造成信号波的噪声太大, 从而影响了中短波广播发射的传输效果。

3 中短波广播发射中的抗电磁干扰的相关技术

随着我国科技的不断发展, 中短波广播发射中的抗电磁干扰技术不断得到完善, 但是电磁干扰的现象也越来越严重, 逐渐已经成为影响中短波广播发射中的电磁干扰的主要因素, 这就要求相关的技术人员加强对中短波广播发射中的抗电磁干扰技术的不断研发。

3.1 中短波广播发射中的抗电磁干扰共模干扰技术。

从以上的可以清楚地了解到对于共模干扰技术形成的原因可以采取两种不同的抗干扰技术。其中的一种方面就是利用模数转换器的前置放大器, 从而使得双端输入的运算放大器得到使用, 这样就可以在中短波广播发射的过程中, 假如出现共模干扰的时候, 就可以通过模拟负载来识别, 并且被测信号也可以使用[4]。但是共模干扰也难以形成有效的回路, 从而使得共模干扰也被降低了。所以从实际中可以看出, 这种抗干扰模式还需要进一步的加强, 但是如果使用数字铝箔技术, 那么将会出现非常好的抗干扰效果。

3.2 中短波广播发射中的抗电磁干扰常态干扰技术。

俗话说:“擒贼先擒王, 射人先射马。”这就意味着在对中短波广播发射中的电磁干扰进行控制的时候, 应该从源头进行控制。控制措施主要是对被测信号进行控制, 将被测信号的频率控制在相应的范围之内, 这是技术人员需要注意的重中之重。当常态干扰的频率高于被测信号时, 需要将被测信号中的干扰信号通过低通滤波器进行控制, 这样在特定的情况下也是可以起到抗干扰的效果。同样的问题, 当常态干扰频率与被测信号相同时, 或者是接近时, 也可以通过滤波器来降低中短波广播发射中的电磁干扰现象的出现。

3.3 中短波广播发射中的电磁干扰的线性耦合技术。

从以上可以清楚地了解到线性耦合是通过中短波广播发射台, 它的职能控制预计监测系统发出, 或者是进出信号而进行的。从而可以将干扰源有效的控制在规定的范围之内, 从而有效的降低干扰的形成。这里的干扰源主要是将信号源控制住, 它的手段是先使用双绞线, 或者是同轴电缆将中短波广播发射中的信号传输的途径进行全面的扩大, 从而有效的避免线形形成耦合而对中短波广播发射台中的信号进行干扰。同时, 可以使用西方先进的技术手段对其生成的信号源进行屏蔽, 这样可以从根本上杜绝了电磁干扰的产生, 但是这样的方式, 成本太高, 一般情况下是不会使用的。

结束语

从以上可以看出来, 我国在中短波发射技术上虽然取得了一定的成就, 但是在电磁干扰方面还有很大的缺陷。并且中短波广播发射技术的难点就是对电磁干扰的防范。同时在很大的程度上阻碍了我国中短波信号发射技术的快速发展。因此一定要将中短波广播发射中的抗电磁干扰技术认真进行研究, 并提出有效的措施, 从而保证我国广播行业的快速发展。

参考文献

[1]田军.中短波广播发射台的电磁干扰及其应对措施[J].硅谷, 2015, 2:126, 232.

[2]蒋东华.中短波广播发射台电磁干扰及抗干扰措施[J].电子世界, 2014, 14:83.

[3]李君.浅析中短波广播发射台的电磁干扰与解决方法[J].现代工业经济和信息化, 2015, 6:41-42, 50.

短波电台的降噪 第7篇

短波通信是波长在100米~10米之间, 频率范围3MHz~30MHz的一种无线电通信技术。尽管新型无线电通信系统不断涌现, 短波这一古老和传统的通信方式仍然受到全世界普遍重视。首先, 无论哪种通信方式, 其抗毁能力和自主通信能力与短波无法媲美。其次, 在山区、戈壁、海洋等地区, 超短波覆盖不到, 主要依靠短波。另外, 与卫星通信相比, 短波通信不用支付话费, 运行成本低。但是短波通信发射电波要经电离层的反射才能到达接收设备, 由于电离层的高度和密度容易受昼夜、季节、气候等因素的影响, 所以短波通信的噪声较大。

二、短波电台的噪声分类

短波电台的噪声分为插入噪声、背景混杂噪声和附加噪声。插入噪声就是在两段话音之间的噪声, 现在大多数短波电台都可以解决插入噪声问题, 但是当插入噪声大于话音时, 就会使噪声被当成话音输出到耳机, 从而影响收听。背景混杂噪声就是与话音混杂在一起的背景噪声。比如对着话筒说话时, 话筒边上的车辆喇叭声就是背景混杂噪声。这种噪声必须通过数字信号处理技术解决。附加噪声时由于安装电台的地点、位置、安装条件等方面的原因所产生。比如电离层产生电磁波动, 周边移动基站的辐射, 因为接地不好产生的交流声音。

三、静躁分类

在短波模拟话音通信中, 背景噪声的存在使话音质量降低, 让人听起来费劲费解, 所以必须进行静躁处理。静躁技术分为模拟静躁和数字静躁。

四、模拟静躁的原理及缺点

模拟静躁又称音节式静躁。音节式静躁为纯硬件电路静躁, 国内外早期的短波电台多采用这种方式降低噪音。音节式静躁都设置有静躁门限及静躁档位, 不同的档位静躁门限不同, 当信号低于门限时, 耳机内无声音输出, 当信号高于门限时, 耳机才有声音输出。

总之, 现在对噪声处理的难点如下:1、静躁开关开启后, 能消除两段通话之间的插入噪声, 但是当插入噪声或者通话声不规律时, 短波电台很容易误判。后果是有可能听到噪声或者漏听通话声。2、如果背景噪声和通话声叠加在了一起, 就很难分辨声音。

五、未来的发展方向:数字降噪

数字静躁是在模拟静躁的基础上发展起来的。数字静躁更多的是靠软件实现功能。根据软件算法不同, 数字静躁也分为很多种。数字静躁与模拟静躁一样, 也存在静躁门限和静躁档位的问题, 但数字信号的门限是通过软件设置。

数字降噪电路的工作过程如下:输入的语音信号和噪声信号经过信号调整电路后, 进入模数转换电路对语音和噪声混合信号进行高速采样;数字信号处理器根据算法对采样数据进行分析和运算, 再通过数模转换器输出处理结果信号。

数字降噪其实既包括降噪又包括静躁。可以有效的消除插入噪声和背景混杂噪声。数字降噪先对输入的某一段混合信号进行判读, 如果判读出来混合信号全是噪声, 则开启静躁功能, 把这一段混合信号全部抑制掉, 这样就消除了插入噪声;如果判读出来混合信号既有话音又有噪声的话, 则经过软件算法把噪声抑制掉, 这样就消除掉了背景混杂噪声。

数字降噪对混合信号的判断是重要的一环。数字降噪对静躁门限大小的设置不是固定, 而是一个波动的。这样在一段信号是纯噪声时, 又可以消除大噪声又可以消除小噪声。这个波动的门限值的设置是更重要的一环。由于人类发出声音时, 声带的变化不大, 声音的变化也连续, 所以话音可以认为在 (10ms~30ms) 这段时间内是稳定的, 能量和频谱也是稳定的。所以当混合信号的能量大小能超过阈值并维持一段时间时, 则判读为话音, 则信号予以通过。如果判读为噪声, 则信号予以消除。

当判读为话音后, 话音信号内很可能混杂着噪声。这时我们可以使用动态调节降噪法。因为在判断出来这段信号是以话音为主是大信号, 噪声为辅是小信号后, 可以通过降低小信号的能量来抑制噪音。简单来讲就是使用增益随着输入电平的变化而变化的放大器, 其增益是输入电平的函数。放大器的处理对象是声音的振幅, 能取得调整声音动态范围的效果。当输入信号增大到门限电平以后, 放大器的增益提高。使用此放大器降噪, 可以把是小信号的噪声信号降到最低。

六、结束语

数字降噪有效提高降低了短波通信的背景噪声, 使用者基本不再被电台的大噪声干扰, 但是由于电路的复杂性会带来一定话音失真。以后随着硬件技术和算法的进步, 会使失真度降低到可以忽略的程度。

摘要：短波通信具有通信距离远、机动性好、顽存性强等独特的优点, 但它同样存在信道不稳定、背景噪声大等弱点。为了提高短波通信的质量, 除采用自适应、跳频等技术外, 有效降低电台的背景噪声也是改善短波电台通信质量的有效方法。

关键词：短波通信,背景噪声,模拟静躁,数字静躁,数字降噪

参考文献

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[2]吴利民、王满喜、陈功.认知无线电与通信电子战概论.北京.电子工业出版社.2015