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

    現(xiàn)有的抗干擾測(cè)試技術(shù)，并沒有針對(duì)單臺(tái)通信裝備的快速測(cè)試手段和設(shè)備。這對(duì)實(shí)現(xiàn)各種短波通信裝備平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)的抗干擾性能檢測(cè)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(duì)調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，對(duì)通信裝備抗干擾性能測(cè)試主要存在以下一些問(wèn)題[2-4]：
    (1) 對(duì)通信裝備抗干擾性能指標(biāo)的測(cè)試是在理想信道的假設(shè)前提下進(jìn)行的，沒有進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的抗干擾測(cè)試。
    (2)對(duì)通信裝備性能指標(biāo)的測(cè)試重視定頻，輕視跳頻，或者缺少跳頻性能測(cè)試手段。
    (3)對(duì)通信裝備抗干擾性能的測(cè)試缺乏快速有效的手段。
    綜合上述問(wèn)題，對(duì)通信裝備所處的電磁環(huán)境進(jìn)行數(shù)字建模和仿真，研制相應(yīng)的干擾信號(hào)環(huán)境合成模擬器，對(duì)通信裝備抗干擾性能做出快速、有效評(píng)估，便顯得十分迫切[5]。
1 短波通信裝備面對(duì)的主要干擾
    短波通信裝備需要面對(duì)的干擾主要包括其本身產(chǎn)生的干擾、自然干擾、組網(wǎng)運(yùn)行時(shí)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(guò)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(duì)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(duì)信號(hào)進(jìn)行截獲、分選、分析的基礎(chǔ)上，確定干擾對(duì)象，引導(dǎo)干擾發(fā)射機(jī)發(fā)射瞄準(zhǔn)式干擾的一種干擾方式。這種干擾方式對(duì)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(jìn)行跳頻，以減少干擾方在每跳上的干擾時(shí)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(shí)要求很大的干擾功率，在戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用上一般把整個(gè)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(zhǎng)期以來(lái)，人們總是想辦法使信號(hào)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(tái))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(diǎn)加以說(shuō)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(hào)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(lái)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(cuò)概率傳輸信息，甚至在信號(hào)被噪聲湮沒時(shí)，也可以相應(yīng)地增加信號(hào)帶寬來(lái)保持可靠通信。這說(shuō)明了跳頻通信的優(yōu)越性，即用展寬頻譜來(lái)?yè)Q取信噪比的改善。

    式(3)說(shuō)明對(duì)于傳輸一定寬?駐F的信息來(lái)說(shuō)，信噪比和帶寬是可以互換的，它同樣證實(shí)了可以利用增加帶寬的方法來(lái)?yè)Q取信噪比改善這一客觀規(guī)律。這就是調(diào)頻電臺(tái)抗干擾研究的理論依據(jù)。
3 復(fù)雜電磁環(huán)境通信測(cè)試研究
3.1 復(fù)雜電磁信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)
    復(fù)雜電磁環(huán)境信號(hào)比較多元，以梳狀干擾信號(hào)、可變跳速信號(hào)和定頻調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生為例介紹其產(chǎn)生技術(shù)。
　 (1) 梳狀譜信號(hào)的產(chǎn)生
　 梳狀譜信號(hào)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(shí)現(xiàn)跳速可變常用的方法主要有兩種：一種是在時(shí)鐘頻率一定的情況下，控制每跳時(shí)鐘的個(gè)數(shù)；另一種方法是每跳時(shí)鐘的個(gè)數(shù)一定，控制時(shí)鐘的頻率。由于數(shù)據(jù)組跳需要有與跳信號(hào)同步的時(shí)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(shí)鐘頻率，并控制每跳時(shí)鐘的個(gè)數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)跳頻速率的可變。
    (3) 多模式調(diào)制器
    通常使用一個(gè)旋轉(zhuǎn)箭頭在水平軸上的投影可以更加有效地描述一個(gè)(實(shí))調(diào)制信號(hào)，如下式：
    
3.2 復(fù)雜電磁環(huán)境下通信測(cè)試研究
    復(fù)雜電磁環(huán)境下通信測(cè)試的關(guān)鍵是根據(jù)不同的干擾信號(hào)確定不同的測(cè)試策略，這里主要應(yīng)用了比對(duì)法測(cè)試，即與理想環(huán)境下的關(guān)鍵通信指標(biāo)進(jìn)行比較，分析不同干擾條件對(duì)通信指標(biāo)的影響。一般步驟如下:
      (1) 針對(duì)不同的干擾制式，定義信干比。
　   (2) 采用比對(duì)法測(cè)試，重點(diǎn)研究頻譜測(cè)試方法及相關(guān)的算法，針對(duì)的測(cè)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(duì)法測(cè)試，接收機(jī)性能測(cè)試，主要是通信裝備在不同的工作模式下，針對(duì)不同的干擾制式，下列指標(biāo)會(huì)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(jì)
    該測(cè)試平臺(tái)包括上位機(jī)和主機(jī)兩個(gè)部分。其中，主機(jī)是測(cè)試平臺(tái)的信道模擬和電臺(tái)測(cè)試設(shè)備。上位機(jī)與主機(jī)之間通過(guò)USB通信接口連接。上位機(jī)是運(yùn)行平臺(tái)控制軟件的計(jì)算機(jī)(一般為便攜式計(jì)算機(jī))，通過(guò)USB接口對(duì)主機(jī)進(jìn)行控制，圖形化模擬顯示電磁環(huán)境，實(shí)時(shí)獲取和分析數(shù)據(jù)，顯示測(cè)試狀態(tài)和測(cè)試結(jié)果，并提供數(shù)據(jù)管理和分析功能。
    平臺(tái)總體框圖如圖4所示。系統(tǒng)由兩條電纜與被測(cè)短波電臺(tái)相連接，分別連接電臺(tái)射頻口和電臺(tái)音頻口。系統(tǒng)核心部分包括：信號(hào)混合網(wǎng)絡(luò)和干擾環(huán)境模擬。信號(hào)混合網(wǎng)絡(luò)按照各種信號(hào)要求的干信比對(duì)信號(hào)進(jìn)行加權(quán)合成，合成后的信號(hào)作為激勵(lì)源回放到被測(cè)電臺(tái)對(duì)其進(jìn)行測(cè)試激勵(lì)。干擾環(huán)境模擬首先實(shí)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(tái)的頻段范圍；波形回放通道把混合信號(hào)網(wǎng)絡(luò)合成的波形回放為模擬波形；主控單元自動(dòng)控制抗干擾測(cè)試流程，主控單元還要負(fù)責(zé)接收上位機(jī)的控制命令和測(cè)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(jì)
    系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)借鑒軟件無(wú)線電技術(shù)的理論和實(shí)際應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)，采用如圖5所示的硬件結(jié)構(gòu)，以滿足抗干擾測(cè)試的要求。

    研究軟硬件的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)，輔以仿真驗(yàn)證、板級(jí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)信號(hào)的全數(shù)字化處理，使得抗干擾測(cè)試平臺(tái)具有可擴(kuò)展性和靈活性。
    (2)信號(hào)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(jì)與實(shí)現(xiàn)。在FPGA中實(shí)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(diǎn)。FPGA采用硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)階段即可對(duì)電路模型進(jìn)行功能和時(shí)序仿真，保證所設(shè)計(jì)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(cè)試算法需要變化和升級(jí)時(shí)，F(xiàn)PGA器件可以很好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在線升級(jí)。
    (3) 存儲(chǔ)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(chǔ)器且對(duì)成本敏感的應(yīng)用中，即SDRAM相對(duì)便宜，但需要進(jìn)行行刷新、行打開管理、延時(shí)及其他操作。
　(4) 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)方案。上位機(jī)軟件采用人機(jī)交互的模式，主要實(shí)現(xiàn)如下的功能：
　①在定頻通信模式下主要進(jìn)行鄰信道、中頻、鏡頻干擾和阻塞干擾。
　②在跳頻模式下進(jìn)行掃頻、碰撞、阻塞和梳狀干擾。
4.2 測(cè)試平臺(tái)主機(jī)設(shè)計(jì)
4.2.1 主機(jī)設(shè)計(jì)方案
　測(cè)試平臺(tái)的主機(jī)實(shí)現(xiàn)信道模擬和性能指標(biāo)的測(cè)試，包括下列功能模塊[7-8]：
　(1) 發(fā)信機(jī)接口模塊：完成發(fā)信機(jī)的控制，音頻激勵(lì)、以及定頻和跳頻信道跟蹤和功率測(cè)量功能。
　(2) 寬帶噪聲干擾模塊：實(shí)現(xiàn)有色或無(wú)色寬帶噪聲干擾源；
　(3) 常規(guī)干擾模塊：實(shí)現(xiàn)窄帶、掃頻、碰撞、阻塞、梳狀等干擾源，多個(gè)模塊可實(shí)現(xiàn)干擾組合，最多可插4個(gè)常規(guī)干擾模塊；
　(4) 功率合成模塊：完成信號(hào)和干擾的功率合成以及幅度控制，產(chǎn)生指定信干比信號(hào)，并輸出到接收機(jī)；
　(5) 收信機(jī)接口模塊：實(shí)現(xiàn)上位機(jī)接口和通信、平臺(tái)主機(jī)的控制、收信機(jī)波形采集和信號(hào)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(cè)試平臺(tái)主機(jī)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)，通過(guò)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(shí)現(xiàn)，其功能實(shí)現(xiàn)框架圖如圖8所示。設(shè)計(jì)使用FPGA內(nèi)部NCO等功能，實(shí)現(xiàn)指定頻率和帶寬的窄帶或?qū)拵А⒍l或跳頻干擾源。各個(gè)干擾模塊受控于背板模塊，可單獨(dú)開啟和關(guān)閉。

    音頻信號(hào)分析功能采用DAQ+DSP方案實(shí)現(xiàn)。能實(shí)時(shí)分析收信機(jī)的音頻性能，并采用虛擬示波器的方式顯示在上位機(jī)。
4.2.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)方案
    上位機(jī)軟件采用人機(jī)交互的模式，主要實(shí)現(xiàn)如下的功能：
　 (1)在定頻通信模式下主要進(jìn)行鄰信道、中頻、鏡頻干擾和阻塞干擾。
　 (2)在跳頻模式下進(jìn)行掃頻、碰撞、阻塞和梳狀干擾。
　  短波通信裝備抗干擾性能測(cè)試平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)針對(duì)短波通信裝備抗干擾性能指標(biāo)的快速、智能化測(cè)試。以片上系統(tǒng)的方式實(shí)現(xiàn)干擾環(huán)境模擬和信號(hào)混合尚屬首創(chuàng)。采用高速數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)短波通信裝備抗干擾性能的軟件化測(cè)試，并可通過(guò)軟件重構(gòu)適應(yīng)新的測(cè)試需求。該平臺(tái)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(duì)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(xiàn)
[1] 朱麗娟. 短波差分跳頻電臺(tái)的抗干擾性能[J]. 艦船科學(xué)技術(shù),2008,30(2):68-71.
[2] 李國(guó)建, 張海勇.短波跳頻電臺(tái)抗干擾性能[J]. 火力與指揮控制，2004(29):30-33.
[3] 朱昱,劉樹文, 甄濤,等. 信息攻擊對(duì)導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能的影響研究[J]. 火力指揮與控制，2004(29):33-35.
[4] 楊紅娃. 無(wú)線通信網(wǎng)干擾有效性準(zhǔn)則初探[J]. 中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào),2010(2):165-168.
[5] 陳國(guó)龍, 張德運(yùn), 王曉東.通信網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)估的一種算法[J]. 小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),2000,21(12):1248-1251.
[6] 李飛飛, 蘇延川, 王鵬. 基于DSP的FPGA配置方法研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù),2011,34(24):60-62.
[7] 雒寶鵬, 王仲生, 張鵬程. 干擾方針測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2007,15(7):876-879.
[8] 常海.短波通信同步干擾分析[J].信息技術(shù),2012(2):30.