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直接序列扩频(DSSS)技术是当今信息社会较为先进的无线电通信技术之一,其已广泛运用于军事通信和民用领域,如卫星全球定位,深空探测和军事战术通信等。扩频技术因为有着良好的隐蔽性、保密性和抗干扰特性被某型号扩频通信系统予以使用。但随着现代干扰技术的迅速发展,以音频、杂乱脉冲干扰为代表的强窄带干扰(NI,Narrowband Intereference)已经开始威胁DSSS通信系统的安全。受干扰容限的限制,DSSS系统无法对抗来自主瓣的强窄带干扰,则本文在此背景下,重点研究窄带干扰(音频和杂乱脉冲)数学模型的建立与DSSS系统抗干扰的性能、时域干扰抑制技术和变换域干扰抑制技术。
首先,研究窄带干扰数学模型的建立与DSSS系统抗干扰的性能。本文给出了音频干扰模型和传统AR二阶窄带干扰模型表达式及自相关函数矩阵表达式,研究了传统AR窄带干扰模型在多载频和实极点上建模和工程应用的问题,分析了DSSS系统对单频干扰、窄带干扰的抑制性能,进行了DSSS通信系统抗单音干扰ADS(Advanced DesignSystem)仿真试验。
其次,结合干扰侦查组合提供的干扰先验信息,本文在时域提出了改进自回归(AR,Auto Regressive)二阶重极点干扰模型,并提出了基于该模型的有限长双边抽头维纳插值滤波器杂乱脉冲窄带干扰抑制算法,推导了基于改进AR二阶重极点干扰模型的自相关函数表达式,分析并仿真了在该模型下DSSS通信系统同步互相关峰值的改善,仿真结果表明该算法能有效抑制杂乱脉冲对DSSS通信系统的干扰。与传统的AR模型相比,该模型在多载频和实极点两个方面具有更好的工程应用价值。由于干扰侦查组合存在无法避免的测量频偏,本文还详细分析了测量频偏对该干扰抑制算法的影响并得出了干扰频偏容限。
然后,针对时域干扰抑制技术需要依赖干扰侦查组合提供窄带干扰先验信息的问题,本文利用变换域干扰抑制技术对干扰模型的不敏感,并结合离散余弦变换(DCT)对杂乱脉冲窄带干扰的压缩特性、扩频码伪随机信号的近白噪声特性和窄带干扰信号干扰频率和干扰能量分布不均匀的特性,提出了基于DCT的部分拟指数分布门限杂乱脉冲窄带干扰抑制算法。该算法采用DCT后受干扰影响最小的一段数据来构造干扰检测门限,提高了对杂乱脉冲窄带干扰的抗干扰能力,减少了强窄带干扰对干扰检测门限的影响,避免了无干扰时对信号的损伤。仿真结果表明该算法能有效抑制杂乱脉冲窄带干扰并存在基于FFT变换的快速算法,因此具有很好的工程实现价值。
同时,为了进一步模拟整个扩频通信系统受干扰的环境,本文基于安捷伦公司的ADS软件搭建了扩频通信系统抗干扰仿真平台。通过对ADS现有模块的二次开发,本文搭建了DSSS信号发生调制模块、发射机模块、接收机模块等,开发了新的ADS干扰信号发生模块、同步互相关模块和干扰抑制滤波算法模块,进行了扩频通信链路的模拟仿真以验证该平台的有效性。通过该仿真平台可以有效模拟完整的扩频通信抗干扰链路,并对上文所提时域和DCT域干扰抑制算法进行验证,从而达到减少外场实验次数,加快研发周期,节约硬件资源的目的。
最后,为了实际验证所提出干扰抑制算法的有效性,本文结合两台安捷伦8267信号源、功率合成器、泰克频谱分析仪、NI(National Instrument)公司的数据录取设备、扩频通信系统抗干扰仿真平台和某型号扩频通信系统的实际外场数据进行了DCT域干扰抑制算法的半实物仿真。仿真结果表明该干扰抑制算法能有效的抑制杂乱脉冲窄带干扰,取得了满意的结果。