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ds/fh混合扩频信号捕获技术的研究

DS/FH混合扩频信号捕获技术的研究

作者：武国强北京交通大学

学位级别：硕士

ds/fh(Direct Sequence/Frequency Hopping)是一种结合直接序列扩频与跳频特点的混合扩频技术。与直接序列扩频信号和跳频信号相比,ds/fh混合扩频信号具有更强的隐蔽性和抗干扰性,在航天测控等领域正得到广泛采用。捕获技术是扩频通信... 详细信息

ds/fh(Direct Sequence/Frequency Hopping)是一种结合直接序列扩频与跳频特点的混合扩频技术。与直接序列扩频信号和跳频信号相比,ds/fh混合扩频信号具有更强的隐蔽性和抗干扰性,在航天测控等领域正得到广泛采用。捕获技术是扩频通信的关键技术之一,更是ds/fh混合扩频信号处理技术的核心。因此,ds/fh混合扩频信号捕获技术的研究具有重要的意义。在综述了国内外扩频信号捕获技术研究现状的基础上,针对测控信号的特点,设计并实现了 ds/fh混合扩频信号的捕获算法,主要工作如下:1.阐述了扩频系统的基本原理,给出了直接序列扩频、跳频及ds/fh混合扩频系统的模型,并分析了不同扩频系统的特点;2.为了避免对直扩码相位、跳频码以及载波频率分别进行同步,本文在研究了传统的直接序列扩频信号和跳频信号的捕获算法的基础上,设计了一种直扩码与跳频码相互关联的ds/fh混合扩频的信号结构;3.针对测控信号大动态、低信噪比的特点,提出了一种基于PMFFT(分段匹配滤波器与快速傅里叶变换)的ds/fh混合扩频信号捕获算法,并利用MATLAB仿真平台对该算法进行了仿真分析,给出了该算法各个性能指标的表达式;4.利用VHDL编程语言,在FPGA(现场可编辑门阵列)硬件平台上对本文提出的ds/fh混合扩频信号捕获算法进行电路设计与开发,实现了 ds/fh混合扩频信号的捕获功能;5.利用ChipScope逻辑分析仪对基于PMF_FT的ds/fh混合扩频信号捕获算法进行了测试。测试结果表明,在直扩码速率为4.5MHz,跳频速率为9000HoPs/S,信噪比为-30dB的条件下,基于PMF-FFT的ds/fh混合扩频信号捕获算法能够稳定的实现对ds/fh信号的捕获。

关键词： ds/fh混合扩频匹配滤波器相关运算捕获技术

深空测控ds/fh混合扩频信号捕获技术研究与实现

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深空测控DS/FH混合扩频信号捕获技术研究与实现

作者：毛良驹电子科技大学

学位级别：硕士

深空测控通信系统是深空探测活动中信息保障的核心，为进一步增强系统的抗干扰性能，ds/fh混合扩频已成为未来测控体制的发展趋势，作为测控系统建立通信的基本问题，实现ds/fh混合扩频信号的直接捕获是该体制走向实际应用的前提。然... 详细信息

深空测控通信系统是深空探测活动中信息保障的核心，为进一步增强系统的抗干扰性能，ds/fh混合扩频已成为未来测控体制的发展趋势，作为测控系统建立通信的基本问题，实现ds/fh混合扩频信号的直接捕获是该体制走向实际应用的前提。然而，将ds/fh混合扩频技术引入深空测控的特殊应用领域，给信号捕获技术研究提出新的、更高的挑战： (1)深空通信距离遥远、信道恶劣，致使接收信号微弱，定时误差大;(2)测控目标高动态特性，导致接收信号的多普勒效应加剧;(3)测控业务要求高精度，使得扩频伪码趋于选择无周期的混沌序列并提高码率，增加了捕获难度。为此，本文针对ds/fh体制深空测控系统的关键技术之一——ds/fh混合扩频信号捕获技术展开研究，具体包括：第一，针对深空测控的具体场景，讨论并量化其特殊性给信号捕获带来的影响。考虑最远为4108km的通信距离，12km/s的飞行器速度，结合下行链路预算，分析了接收信号的信噪比、时间不确定度、多普勒及其变化率等需求指标，选择使用周期为15年的ds/fh混合扩频伪码。第二，针对搜索区间和捕获时间的约束条件，设计详细捕获方案。基于多普勒频率分槽和大规模并行相关思想，提出一种多通道搜索策略，采用10个捕获通道，每个通道采用100路并行相关器，在最长20s内完成多普勒频移为100kHz、时间不确定度为500,000chips的相位搜索。第三，针对接收信号载噪比约束条件，给出捕获方案的相干-非相干积分联合检测策略。研究了相干积分和非相干积分算法，分析了二者的信噪比增益以及积分时间制约因素，设计采用500μs的相干积分和2ms的非相干积分，可以共获取39dB的信噪比提升。第四，结合深空测控系统地面设备的研制，完成捕获方案的工程实现验证。以FPGA为主要实现器件，对捕获方案处理算法和执行流程进行详细设计、板级验证，并在深空信道模拟器中进行捕获测试，捕获成功概率大于90%，平均捕获时间小于20s，满足设计指标。论文工作为深空测控通信ds/fh混合扩频信号捕获技术提供理论和方法支撑，研究成果已经得到工程验证，具有理论和实用价值，可应用于我国下一代混合扩频体制测控通信系统中。

关键词：深空测控 ds/fh混合扩频捕获 FPGA

一种ds/fh混合扩频的抗干扰波形设计方法

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舰船电子对抗 2023年第4期46卷 32-39页

作者：蔡武张世超邱硕丰陈凯翔闵柏成中国船舶集团有限公司第七二三研究所江苏扬州225101

现行的测控系统常采用直接序列扩频(dsSS)测控体制,实现相对简单,随着低截获概率(LPI)信号检测技术的不断发展,直接序列扩频测控系统面临着严重的威胁,抗干扰能力较差。针对此问题,提出了一种直接序列(ds)/跳频(fh)混合扩频的抗干扰波... 详细信息

现行的测控系统常采用直接序列扩频(dsSS)测控体制,实现相对简单,随着低截获概率(LPI)信号检测技术的不断发展,直接序列扩频测控系统面临着严重的威胁,抗干扰能力较差。针对此问题,提出了一种直接序列(ds)/跳频(fh)混合扩频的抗干扰波形设计方法。该方法采用大区域同步(LAS)码作为ds/fh混合扩频信号的扩频序列,并增加了载波跳变的功能。首先综合了2种方式的优点,对信号进行建模。然后通过模糊函数理论,结合ds/fh混合扩频信号自身特性,分析了信号的固有抗干扰性能。最后建立了3种常见的压制式噪声干扰模型,验证了ds/fh混合扩频信号的抗干扰效果。仿真结果表明,采用本文所提的波形设计方法,信号经匹配接收后信干比得到了良好的改善,满足在阻塞式干扰环境下的抗干扰需求,提高了测控系统的保密性以及抗干扰能力。

关键词： ds/fh混合扩频模糊函数阻塞式干扰抗干扰

基于FFT和相干累积的ds/fh测控信号捕获算法

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计算机应用研究 2017年第2期34卷 548-551,560页

作者：陈啸李广侠李志强朱文明解放军理工大学通信工程学院南京210007

为解决相干跳频和直接序列扩频结合的抗干扰测控信号在大时差大多普勒条件下快速捕获的问题,采用基于FFT并行相关的分段码相关算法,实现积分时长为单个跳频段的快速码相位滑动相关;采用相位补偿算法,补偿各个跳频段间因时间差、跳频频... 详细信息

为解决相干跳频和直接序列扩频结合的抗干扰测控信号在大时差大多普勒条件下快速捕获的问题,采用基于FFT并行相关的分段码相关算法,实现积分时长为单个跳频段的快速码相位滑动相关;采用相位补偿算法,补偿各个跳频段间因时间差、跳频频率和多普勒导致的相位差,实现了较大多普勒频偏条件下跳频段之间的相干累加。与非相干累加相比,本算法消除了大时差大多普勒条件对信号长时间相干累积的影响,在某信号体制下检测性能提升9 d B,代价是算法复杂度随捕获时间分辨率的增加而线性增加10倍。本算法可改变搜索精度,能灵活适应不同应用背景下扩频应答机的计算资源限制,目前已经应用于某卫星系统的测控应答机。

关键词： ds/fh混合扩频测控信号捕获相干累积 FFT滑动相关相位补偿

基于延时相乘及其改进算法的ds/fh信号率线检测

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电讯技术 2012年第3期52卷 338-341页

作者：张磊孟凡计胡建平王玉文电子科技大学空天科学技术研究院成都611731 中国西南电子技术研究所成都610036

针对ds/fh(直扩/跳频)混合扩频信号截获和参数估计问题,提出了一种基于延时相乘结合自适应滤波和分段自相关的新方法。该算法首先将输入信号进行自适应滤波以提高信噪比,滤波后送入延时相乘器,最后将乘积后数据分段进行自相关,通过分析... 详细信息

针对ds/fh(直扩/跳频)混合扩频信号截获和参数估计问题,提出了一种基于延时相乘结合自适应滤波和分段自相关的新方法。该算法首先将输入信号进行自适应滤波以提高信噪比,滤波后送入延时相乘器,最后将乘积后数据分段进行自相关,通过分析谱图即可检测ds/fh混合扩频信号的码速率谱线。计算机仿真显示,改进的算法不但能适应低信噪比(-20 dB)条件下ds/fh混合扩频信号的检测,而且同时能够实现对码速率的估计。该方法所用算法简单,适合采用硬件设计实现,且如果是合作目标信号,搜索时间短,实时性强。

关键词： ds/fh混合扩频信号检测延时相乘分段自相关自适应LMS滤波器

ds/fh扩频系统中多普勒频偏估计算法研究

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DS/FH扩频系统中多普勒频偏估计算法研究

作者：白瑞洁哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

在现代电子战的通信对抗领域中,扩频通信技术扮演着极其重要的角色。扩频通信通过扩展信号的带宽换取信噪比上的好处,使信息可以在很低的信噪比下进行传输,从而降低了信息被截获的可能性,是一种重要的低截获概率技术。其中,ds (Direct S... 详细信息

在现代电子战的通信对抗领域中,扩频通信技术扮演着极其重要的角色。扩频通信通过扩展信号的带宽换取信噪比上的好处,使信息可以在很低的信噪比下进行传输,从而降低了信息被截获的可能性,是一种重要的低截获概率技术。其中,ds (Direct Sequence,直接序列)/fh (Frequency Hopping,跳频)混合扩频技术由于其良好的低截获、抗多径、抗远近效应且易于同步等的优点,近几十年越来越受到关注。目前,对扩频技术的研究多数以ds或fh等单一扩频体制为主,对ds/fh混合扩频技术的研究还不足,主要集中在对部分模块的研究,而对整体系统性能的分析与研究并不多见。另外,由于扩频通信一般用于卫星、军事领域,移动台和基站的相对高速运动会造成几十kHz甚至几百kHz的多普勒频率偏移,会使接收端相干解调后的基带信号中仍存在具有该频偏的信号,从而造成接收端的误码。为此,本文重点研究了一种完整的混合扩频通信系统,并研究了针对该系统的多普勒频偏估计及纠正算法,使混合扩频技术的性能更能符合实际通信环境。本文完成的主要工作包括:首先,基于MATLAB建立了一个ds/fh混合扩频通信系统仿真模型,研究了系统的几个关键环节,分别为信号的DPSK调制、纠错编译码、扩频码的设计和接收机的选择。并详细的研究了系统基于相关检测的同步方案,分别分析了跳频图案的同步和跳频时刻的同步及后续的扩频解调。其次,在设定的参数下,通过仿真实验,验证了系统可以实现混合扩频的性能,同时对用于同步的相关检测的性能进行了验证。然后研究了 ds/fh混合扩频系统在加性高斯白噪声下的误码率性能,计算机仿真结果表明,采用34dB的理论扩频处理增益可实现29dB的信噪比改善,且在采用相关检测以获得跳频同步前提下,系统可以实现在信噪比为-17dB时达到1(-3数量级的误码率性能。再次,在ds/fh扩频系统仿真模型的基础上,研究了几种基于频域FFT的频偏估计算法。针对FFT (Fast Fourier Transform)存在的栅栏效应,研究了复调制Zoom-FFT(细化的FFT)频偏估计算法和迭代频偏估计算法,并将平方变换法应用于需要数据辅助的迭代频偏估计算法,提出了一种改进的基于迭代的非数据辅助频偏估计算法。实验表明,复调制Zoom-FFT算法的频偏估计范围很大,但是估计精度不高,而改进的迭代算法捕获范围较小,但是在有效的估计频偏范围内,算法估计精度很高。针对复调制Zoom-FFT和改进的迭代算法的优缺点,提出了一种结合二者的改进频偏估计方法,实验表明,改进的算法兼具高的估计精度和大的估计范围。然后,在ds/fh扩频系统仿真模型的基础上,研究了基于最大功率搜索的频偏估计算法,分析了其估计原理。在算法思想的基础上,针对算法随频偏估计范围增大而运算速度有很大下降的情况下,提出了一种改进的算法。实验表明,改进的最大功率搜索算法频偏估计范围和估计精度性能均较好,且运算速度相比于改进前有了很大的提高。最后,研究了本文提出的频偏估计算法在ds/fh扩频系统中的应用,基于建立的频偏估计与补偿模型,分别研究了基于FFT和最大功率搜索的算法对系统的多普勒频偏进行估计与补偿的性能。计算机仿真结果表明,系统信噪比为-19dB以上时,两种改进算法均可以对频偏造成的误码率性能的损失给出较好的补偿。

关键词： ds/fh混合扩频多普勒频偏估计 Zoom-FFT 迭代算法最大功率搜索

ds/fh-MSK系统在部分频带干扰下的性能分析

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无线电通信技术 2003年第4期29卷 4-5,56页

作者：余晓刚徐辉王华匡镜明北京理工大学现代通信实验室北京100081

ds/fh混合扩频通信系统由于综合了直接序列扩频和跳频的优点,在抗干扰通信中有着广泛的应用。分析了ds/fh混合扩频与MSK调制相结合的通信体制在Rician信道中的系统性能,并通过仿真得出了在部分频带干扰情况下改变不同的参数所引起系统... 详细信息

ds/fh混合扩频通信系统由于综合了直接序列扩频和跳频的优点,在抗干扰通信中有着广泛的应用。分析了ds/fh混合扩频与MSK调制相结合的通信体制在Rician信道中的系统性能,并通过仿真得出了在部分频带干扰情况下改变不同的参数所引起系统的性能变化曲线。

关键词： ds/fh混合扩频 MSK调制 Rician信道部分频带干扰扩频通信

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自组织网直扩/跳频关键技术研究与实现

自组织网直扩/跳频关键技术研究与实现

作者：赵俭解放军信息工程大学

学位级别：硕士

本文围绕基于3G技术的移动自组织网物理层实现展开。首先介绍了移动自组织网络的结构和特点，对自组织网的物理层功能、通信体制和硬件平台结构作了概述：随后针对基于3G技术的移动自组织网的突发通信传输模式，设计实现了数字AGC(自动... 详细信息

本文围绕基于3G技术的移动自组织网物理层实现展开。首先介绍了移动自组织网络的结构和特点，对自组织网的物理层功能、通信体制和硬件平台结构作了概述：随后针对基于3G技术的移动自组织网的突发通信传输模式，设计实现了数字AGC(自动增益控制)模块和射频控制单元：紧接着在分析了跳频关键技术的基础上，设计实现了一个ds／fh混合扩频信号源并在自行设计的硬件平台上完成了各模块的调试，测试结果表明该信号源工作稳定，达到了设计要求。

关键词：数字AGC 射频控制单元跳频关键技术 ds/fh混合扩频

基于跳扩结合的军用超短波电台抗干扰性能改进研究

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基于跳扩结合的军用超短波电台抗干扰性能改进研究

作者：孙倩南昌航空大学

学位级别：硕士

直扩/跳频（ds/fh）混合扩频通信系统通过把直接序列扩频技术和跳频扩频技术相结合，不仅利用直接序列扩频使信号的功率谱密度低于噪声功率谱密度，从而达到保密的目的，而且利用跳频扩频获得了超大的频谱宽度，使系统具有很强的抗干扰... 详细信息

直扩/跳频（ds/fh）混合扩频通信系统通过把直接序列扩频技术和跳频扩频技术相结合，不仅利用直接序列扩频使信号的功率谱密度低于噪声功率谱密度，从而达到保密的目的，而且利用跳频扩频获得了超大的频谱宽度，使系统具有很强的抗干扰能力。在本论文中，主要研究了ds/fh混合扩频通信系统六个方面的问题：扩频序列的产生、调制方式的选择、干扰模式的应用、仿真模型的建立、抗干扰性能的分析以及抗干扰电台改进性设计。本论文的主要研究内容和所做的工作如下： 1、对各种扩频序列的特性分析及比较。将扩频通信系统中所能使用的各种扩频序列进行分析比较，并归纳总结了各自的优缺点和适用性。最终选取具有代表性的m序列、Gold序列、Walsh序列以及混沌序列作为扩频序列，以研究ds/fh混合扩频通信系统的抗干扰性能。 2、对各种数字调制方式的特点分析与比较。在分析了多种数字调制方式特点的基础上进行比较，同样总结出各自的优缺点。最终选取BPSK、QPSK、16PSK、2FSK、MSK以及GMSK这六种调制作为ds/fh混合扩频通信系统的调制方式，来进一步研究系统的抗干扰性能。 3、对超短波通信的干扰模式及其抗干扰措施的针对性研究。分析了各种干扰模式，归纳了不同抗干扰技术措施的应用特点，确定选取对跳、扩频通信威胁严重的扫频、跟踪以及扫频与跟踪叠加的三种干扰作为对ds/fh混合扩频通信系统的干扰模式。 4、建立ds、fh和ds/fh混合扩频通信系统的仿真模型。依据跳、扩频通信系统各自的组成，采用MATLAB/Simulink搭建了ds、fh和ds/fh混合扩频通信系统的仿真模型，并对模型中的关键子模块进行了设计分析。 5、对ds/fh混合扩频通信系统的抗干扰性能进行了仿真比较。主要从四个方面进行了比较研究，一是不同扩频序列对系统抗干扰性能的影响，二是不同调制方式对系统抗干扰性能的影响，三是不同干扰模式对系统抗干扰性能的影响，四是不同扩频系统抗干扰性能的特点比较。通过在不同扩频增益、不同跳频速率下对混合扩频系统的误码率进行仿真，得出了一些有利于对超短波电台抗干扰性能进行改进的结论。 6、对军用超短波抗干扰电台性能的改进性设计。依据本文对扩频通信系统所得的各种仿真结论以及对军用超短波抗干扰电台工作机理分析研究的基础上，指出现有电台在抗干扰性能方面的不足之处，并给出了改进性的建议与初步设计方案。这对于发挥军事通信电台的战斗效能、提高其战斗力具有重要意义。

关键词： ds/fh混合扩频扫频干扰跟踪干扰抗干扰指标扩频序列扩频调制