對2PSK和QPSK通信信號的干擾仿真本科畢業(yè)論文

1、對2psk和qpsk通信信號的干擾仿真摘要：在通信信號干擾的設(shè)計試驗過程中，通信信號干擾的仿真設(shè)計具有靈活性好、經(jīng)濟等優(yōu)點，為對通信信號的干擾研究工作帶來了很大的便利。本文以matlba為實現(xiàn)工具，*（做了什么），*（結(jié)論）。本通信干擾系統(tǒng)主要針對二進制相移鍵控、正交相移鍵控這兩種通信信號的調(diào)制解調(diào)進行了干擾仿真和建模。實現(xiàn)了兩種信號的時域和頻域圖形的繪制，以及在各種噪聲干擾情況下的誤碼率分析。根據(jù)仿真過程中的數(shù)據(jù)信息，分析了不同調(diào)制樣式和不同噪聲大小以及調(diào)制解調(diào)過程中各種參數(shù)對通信信號性能的影響。完成兩種信號的通信建模計算，得到調(diào)制和解調(diào)過程中的時域波形和頻譜，直觀顯示出各種參數(shù)對通信的影響

2、。主要設(shè)計一個通信平臺，能模擬這兩種通信信號的調(diào)制和解調(diào)，實現(xiàn)在平臺上進行參數(shù)的輸入和輸出等交互功能。關(guān)鍵詞：二進制相移鍵控； 正交相移鍵控； 調(diào)制； 解調(diào)； 仿真； matlab； 誤碼率the interference of simulation and implementation of 2psk and qpsk communication signalssimulation of the interference impact on 2psk and qpsk signalsabstract：in the design and test of the communication si

3、gnal interference,simulation of communication signal interference have many advantages,such as good flexibilities, economy e.g. and it takes great convenience to the research of communication signal interference.this communication jamming system is mainly with simulation and modelling to mo- dulatio

4、n and demodulation of two kinds of signals:2psk,qpsk. it realizes graphics protr- action of time and frequency domain,and ber(bit error rate) analysis in various noise circumstance.according to the simulation process data information,we analyzed the effects of different modulation pattern, noise lev

5、el and modulating parameters to communication.complete two signal communication model calculation, to get the time domain waveform and spectrum in modulation and demodulation process.through these,its convenient to vis- ual display the effects of parameters to modulation modes.design a communication

6、 plat- form,simulating modulation and demodulation of two kinds of signals based on the matlab.key words: 2psk, qpsk, modulation, demodulation, simulation, matlab, ber目 錄第1章 緒 論11.1 引言11.2 通信對抗的含義和任務11.3 無線電通信對抗及其發(fā)展趨勢21.3.1 無線電通信的發(fā)展歷史21.3.2 無線電通信的發(fā)展趨勢31.4 本課題任務31.5 設(shè)計應用領(lǐng)域31.6 論文章節(jié)安排3第2章 2psk和qpsk的調(diào)制

7、解調(diào)模型52.1 概述52.2 數(shù)字通信系統(tǒng)的模型52.3 數(shù)字信號調(diào)制解調(diào)原理62.3.1 2psk信號的調(diào)制與解調(diào)62.3.2 qpsk信號的調(diào)制與解調(diào)82.4 本章小結(jié)11第3章 數(shù)字信號的通信干擾原理123.1 通信干擾的基本概念123.2 數(shù)字通信干擾特點及一般過程133.2.1 數(shù)字信號通信干擾的特點133.2.2 數(shù)字信號通信干擾的一般過程133.2.3 影響干擾效果的因素153.3 數(shù)字通信干擾的基本原理和干擾樣式153.3.1 數(shù)字通信干擾的基本原理153.3.2 通信干擾樣式163.4 本章小結(jié)18第4章 2psk和qpsk信號的平臺仿真194.1 概述194.2 gui程

8、序設(shè)計194.2.1 gui簡介194.2.2 gui設(shè)計原則和步驟194.2.3 設(shè)計中所用控件204.3 仿真平臺的主要功能214.4 界面顯示和用戶控制224.5 2psk和qpsk信號的調(diào)制解調(diào)264.6 仿真實驗304.6.1 2psk仿真實驗304.6.2 qpsk仿真實驗334.7 本章小結(jié)37第5章 2psk和qpsk信號的噪聲性能分析385.1 概述385.2 對2psk信號的干擾效果仿真分析385.2.1 對2psk的單音信號干擾仿真385.2.2 對2psk的窄帶噪聲干擾仿真415.3 對qpsk信號的干擾效果仿真分析455.3.1 對qpsk的單音信號干擾仿真455.3

9、.2 對qpsk的窄帶噪聲干擾仿真465.4 分析2psk和qpsk在不同干擾樣式下的噪聲性能475.5 本章小結(jié)48結(jié) 論49致 謝50參考文獻51附錄1 外文文獻的中文翻譯53附錄2 外文復印件58附錄3 設(shè)計中的相關(guān)程序60第1章 緒 論1.1 引言軍事思想和通信技術(shù)的不斷發(fā)展和變革，使得通信對抗的作用和地位越來越突出?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭中，為了保證在惡劣的電子環(huán)境中，我方能集中力量獲取電磁優(yōu)勢，就需要在保證己方通信系統(tǒng)正常工作的前提下，對敵方無線電通信系統(tǒng)實施電子干擾，降低其通信傳輸效率，擾亂或破壞敵方的信息傳輸過程，從而迫使敵方通信系統(tǒng)無法正常工作。通信對抗是最早使用的電子戰(zhàn)手段，早期隨著無線

10、電電報在軍事通信中應用，迄今為止，已伴隨人類戰(zhàn)爭史走過了一個多世紀?；仨倌?，從1905年日俄戰(zhàn)爭首次使用通信偵查開始，到最近二十多年來的歷次高技術(shù)局部戰(zhàn)爭中美軍大量使用的各種先進的通信對抗裝備，通信對抗經(jīng)歷了從無到有，由弱變強，從支援保障手段發(fā)展成為主動進攻性武器的歷程。在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)場上，1系統(tǒng)及其運行環(huán)境全球信息柵格（gig）等信息網(wǎng)絡(luò)體系是建立在通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的。而無線電通信，如衛(wèi)星通信，指揮和協(xié)同通信，數(shù)據(jù)鏈通信等戰(zhàn)場通信網(wǎng)歷來都是戰(zhàn)爭中指揮、控制和信息溝通的主要手段。通信對抗已構(gòu)成現(xiàn)代戰(zhàn)爭中信息網(wǎng)絡(luò)對抗的主要內(nèi)容，對獲取電磁優(yōu)勢取得戰(zhàn)爭勝利有著舉足輕重的作用。1.2 通信對抗的含義

11、和任務無線電通信對抗是為消弱、破壞敵方無線電通信系統(tǒng)的使用效能和保護己方無線電通信系統(tǒng)使用效能正常發(fā)揮所采取的措施和行動的總稱。因此，通信對抗是敵我雙方在軍事領(lǐng)域進行的、為作戰(zhàn)行動直接服務的電子對抗活動。其實質(zhì)是敵我雙方在通信領(lǐng)域內(nèi)為爭奪電磁頻譜的使用權(quán)和控制權(quán)而展開的爭斗。通信對抗包括通信偵查和通信干擾。通信偵查的目的一方面在于獲取敵方通信情報，以了解敵方的軍事意圖和無線電設(shè)備的技術(shù)水平，為本方的軍事決策和制定相應的通信對抗裝備提供依據(jù)；另一方面在于根據(jù)所截獲的信號信息分析對方的通信信號工作頻率、調(diào)制方式、調(diào)制參數(shù)和對通信設(shè)備的定位，了解戰(zhàn)場的電子態(tài)勢，引導干擾機對關(guān)鍵節(jié)點實施有效干擾。通信

12、干擾則是人為的使用輻射電磁能量的辦法，對對方無線電通信過程進行壓制和破壞，消弱或阻斷敵方信息網(wǎng)絡(luò)信息的“神經(jīng)”和“血管”（如指揮通信、情報通信等）2。通信對抗的基本任務3是：通過陸、海、空等各種電子平臺的電子偵察裝備，搜索和截獲、檢測處理、測向定位、分類識別和記錄存儲敵方的無線電通信信息，獲取與之相關(guān)的戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)特征和參數(shù)以及兵力部署和作戰(zhàn)意圖等軍事情報，為我方?jīng)Q策和部署作戰(zhàn)行動提供支援；在關(guān)鍵時刻和重點區(qū)域運用電子攻擊手段，對敵指揮系統(tǒng)、通信和控制系統(tǒng)進行電子干擾，破壞和擾亂其在整個信息網(wǎng)絡(luò)體系中對信息的獲取、傳輸、交換和利用，消弱其作戰(zhàn)指揮、相互協(xié)同和武器控制能力，造成其通信中端，指揮混亂

13、，從整體上瓦解敵方的戰(zhàn)斗力，確保己方順利完成作戰(zhàn)任務。1.3 無線電通信對抗及其發(fā)展趨勢1.3.1 無線電通信的發(fā)展歷史20世紀初，無線電通信接收機被用來作通信以外的目的截獲敵方無線電通信信號以獲取情報。1905年的日俄戰(zhàn)爭中，雙方均對敵方的艦艦和岸艦間的無線電通信進行偵聽。一戰(zhàn)初期，發(fā)明了對無線電臺進行測向和定位的無線電測向技術(shù)并用于作戰(zhàn)。當時主要對無線電通信進行偵察、測向和定位。二戰(zhàn)中，無線電通信干擾開始有組織的被用于作戰(zhàn)。1941年9月，英國第8軍在利比亞戰(zhàn)場的大規(guī)模進攻中，利用裝在轟炸機上的通信干擾機，對德國隆美爾裝甲縱隊司令部與坦克群之間的無線電通信進行干擾，一度使德軍的裝甲縱隊產(chǎn)生

14、混亂。1942年12月，英國皇家空軍夜襲德國城市曼海姆和柏林的戰(zhàn)斗中，對德國引導其夜間殲擊機的通信實施干擾，延誤和迷惑了德軍對夜間殲擊機的引導，有效地減少了英軍轟炸機的損失。戰(zhàn)后，無線電通信干擾在技術(shù)裝備和軍事應用方面都有了進一步的發(fā)展。在相當長的一段時間內(nèi)，一些大國長期十分重視偵察敵方的無線電通信，從中獲取軍事和技術(shù)情報。他們認為從敵方通信信號中獲取情報比干擾敵方地方通信更為有利，并且擔心在對敵方通信進行干擾時可能會影響己方的無線電通信指揮與協(xié)同作戰(zhàn)，因而無線電干擾在這一段時間發(fā)展緩慢。80年代以后，各國專家認識到：在以合同作戰(zhàn)為主要作戰(zhàn)形式的現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，指揮控制系統(tǒng)中的通信鏈路一旦中斷或被

15、破壞，將嚴重影響部隊的整體作戰(zhàn)能力；由于無線電通信保密技術(shù)的改善，想及時有效的獲取地方情報已經(jīng)變得十分困難。因此，無線電干擾的研究和發(fā)展也加強了。總之，在最近二十多年來，通信對抗已受到各國青睞，得到了長久進步和快速發(fā)展4。1.3.2 無線電通信的發(fā)展趨勢 與通信系統(tǒng)的發(fā)展相適應，通信對抗設(shè)備也朝著頻譜更寬、搜索速度更快以及多平臺、一體化的方向發(fā)展。歸納來說，無線電通信對抗的發(fā)展趨勢是：1） 在跳頻、擴頻通信領(lǐng)域，發(fā)展寬頻帶、高搜索跟蹤速度與超大干擾功率的新一代偵察、測向與干擾設(shè)備，發(fā)展新體制通信對抗設(shè)備；2） 通信對抗設(shè)備朝著多平臺、一體化的方向發(fā)展；3） 多功能、模塊化電子設(shè)備中的部件朝著小

16、型化、模塊化、標準化、系列化方向發(fā)展，電子設(shè)備的功能也向多元化發(fā)展；4） 通信對抗向數(shù)字化、軟件化方向發(fā)展。通信對抗系統(tǒng)作為信息化部隊的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是集偵察、測向、干擾等設(shè)備于一體的有機組合，能發(fā)揮出單機無法實現(xiàn)的優(yōu)越對抗功能，其發(fā)展受到各國軍界的普遍重視。1.4 本課題任務完成對數(shù)字通信系統(tǒng)和gui的理論介紹，建立2psk和qpsk的調(diào)制解調(diào)仿真平臺模型。仿真產(chǎn)生音頻干擾信號、窄帶噪聲干擾信號。將生成的干擾信號加載到不同的數(shù)字調(diào)制模型中去，計算其解調(diào)后的傳輸誤碼率，通過大量的仿真和數(shù)據(jù)計算，分析兩種干擾對2psk和qpsk信號的傳輸誤碼率的影響。利用matlab完成設(shè)計。1.5 設(shè)計應用領(lǐng)域設(shè)

17、計主要用于實驗室建設(shè)，由于現(xiàn)階段學院實驗室在mpsk數(shù)字信號干擾方面的軟件和硬件平臺不夠完善，缺少這一部分的軟件仿真平臺，給正常的教學授課帶來不便。因此，本設(shè)計主要用于以后教師在mpsk主要針對2psk和qpsk的信號形成、干擾效果仿真和誤碼率分析等方面的教學工作的展開。1.6 論文章節(jié)安排論文共分為五個章節(jié)，以下是各個章節(jié)的內(nèi)容安排：第1章 ：緒論。主要介紹通信對抗的發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢，介紹了通信對抗的基本任務以及本設(shè)計的設(shè)計任務和應用領(lǐng)域，并對章節(jié)安排做簡要概述。第2章 ：2psk和qpsk的調(diào)制解調(diào)模型。主要介紹了數(shù)字通信系統(tǒng)的模型。針對2psk和qpsk，分析了其調(diào)制解調(diào)模型。第3章

18、：數(shù)字信號的通信干擾原理。主要介紹通信干擾的一般過程和干擾特點以及干擾原理。對設(shè)計中用到的單音干擾信號和窄帶高斯噪聲信號作了理論分析和給出了相應波形。第4章 ：2psk和qpsk信號的平臺仿真。主要利用gui程序設(shè)計，建立2psk和qpsk的仿真界面，并對2psk和qpsk進行仿真試驗。第5章 ：2psk和qpsk進行噪聲性能分析。主要分析通信過程中在不同噪聲情況下的誤碼率。第2章 2psk和qpsk的調(diào)制解調(diào)模型2.1 概述 本章主要分析2psk和qpsk基本理論和調(diào)制解調(diào)模型。首先簡單介紹了數(shù)字通信系統(tǒng)的一般模型，然后討論2psk和qpsk的基本調(diào)制方式以及調(diào)制解調(diào)的實現(xiàn)方法，并給出仿真波

19、形。2.2 數(shù)字通信系統(tǒng)的模型 19世紀開始發(fā)展電通信以來，通信技術(shù)發(fā)展的很快，特別是20世紀50年代以后發(fā)展更為迅速。從最早的語言通信方式到信息時代的高速通信網(wǎng)絡(luò)的建立?，F(xiàn)代通信已經(jīng)成為支撐現(xiàn)代經(jīng)濟、政治最重要的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之一。傳遞信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總和稱為通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)的一般模型5如圖2-1所示。圖2-1 通信系統(tǒng)的一般模型對于數(shù)字通信系統(tǒng)來說，發(fā)送設(shè)備可以分為信道編碼與信源編碼兩部分；接收設(shè)備可以分為信道解碼和信源解碼兩部分，如圖2-25所示。圖2-2 數(shù)字通信系統(tǒng)的組成信源編碼是把連續(xù)消息變換為數(shù)字信號；而信道編碼則是使數(shù)字信號與傳輸媒介匹配，提高傳輸?shù)目煽啃院陀行?。一個典型

20、的數(shù)字通信系統(tǒng)可能包含三種基本的信息變換過程，即編碼/解碼、加密/解謎、調(diào)制/解調(diào)處理。三種處理可以根據(jù)系統(tǒng)要求進行選擇。1) 編碼/解碼變換通信系統(tǒng)中的編碼/解碼變換按照其目的分為信源編碼和信道編碼，信源編碼的任務是把信源發(fā)出的信息轉(zhuǎn)換為二進制信息流，以提高通信系統(tǒng)的傳輸速率。而信道編碼是為了減少傳輸過程中的錯誤而采取的編碼措施，是為了提高通信系統(tǒng)傳輸信息的可靠性。2) 加密/解密當需要保密通信時，可以對所傳輸?shù)男畔⑦M行人為“擾亂”，以滿足要求。3) 調(diào)制/解調(diào)調(diào)制在通信系統(tǒng)中有兩種重要作用，調(diào)制的主要作用是將基帶信號的頻譜搬移到射頻上去，使信號變換為適合于信道傳輸或者實現(xiàn)信道復用的頻帶信號

21、；其次，它可以提高系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃院陀行浴Ｔ谕ㄐ畔到y(tǒng)中，發(fā)送設(shè)備通常需要調(diào)制過程，而接收設(shè)備中需要解調(diào)過程，調(diào)制和解調(diào)兩者是互逆的。2.3 數(shù)字信號調(diào)制解調(diào)原理數(shù)字基帶信號在無線信道中并不能直接進行基帶傳輸將編碼后的數(shù)字脈沖信號直接送入傳輸媒介中進行傳輸。必須用數(shù)字信號對載波進行調(diào)制，即把數(shù)字基帶信號的功率譜搬移到載頻附近，從而形成數(shù)字頻帶調(diào)制信號。如同傳輸模擬信號時一樣，傳輸數(shù)字基帶信號時也有三種基本的調(diào)制方式：幅度鍵控（ask）、頻移鍵控（fsk）和相移鍵控（psk）。其分別通過控制載波的幅度，頻率和相位，從而產(chǎn)生數(shù)字調(diào)制信號。數(shù)字基帶信號可以是二進制的，也可以是多進制的，因此，又可以分

22、為二進制數(shù)字調(diào)制和多進制數(shù)字調(diào)制。本文主要研究二進制相移鍵控（2psk）和四進制相移鍵控（qpsk）。2.3.1 2psk信號的調(diào)制與解調(diào)在二進制數(shù)字調(diào)制中，當正弦載波的相位隨二進制數(shù)字基帶信號離散變化時，則產(chǎn)生二進制相移鍵控（2psk）信號。在二進制相移鍵控中，載波的相位隨調(diào)制信號1或0而變化，通常用相位和來分別表示1或0。二進制相移鍵控已調(diào)信號的時域表達式6為 （2-1）式（2-1）中，與2ask及2fsk時的不同，在2psk調(diào)制中應選擇雙極性。即： （2-2）因此，在某個信號間隔內(nèi)觀察2psk已調(diào)信號時，若是幅度為1寬度為的矩形脈沖，則有 （2-3） 式（2-3）中可以看出，當發(fā)送二進制

23、符號為1時，此時已調(diào)制信號取0相位；當發(fā)送二進制符號為0時，此時已調(diào)制信號取相位。當數(shù)字信號傳輸速率與載波頻率間有確定的倍數(shù)關(guān)系時，典型的波形如圖2-3所示。圖2-3 2psk信號的時域波形和功率譜（雙邊帶）一般情況下二進制相移鍵控信號的功率譜密度由離散譜和連續(xù)譜組成，其結(jié)構(gòu)與二進制幅度鍵控信號的功率譜密度類似，帶寬是基帶信號帶寬的兩倍。當0與1出現(xiàn)概率相等時，不存在離散譜。2psk信號的調(diào)制原理圖7如圖2-4所示。其中圖2-4（a）是采用模擬調(diào)制的方式產(chǎn)生2psk信號，圖2-4（b）是采用數(shù)字鍵控的方法產(chǎn)生2psk信號。設(shè)計中主要利用模擬調(diào)制的方式形成2psk通信信號。在產(chǎn)生2psk信號時應

24、該注意，2psk是雙極性非歸零碼的雙邊帶調(diào)制。 （a） 相乘法 （b）相位選擇法圖2-4 2psk調(diào)制原理圖2psk信號可以看做是雙極性基帶信號作用下的dsb調(diào)幅信號。因此，它的解調(diào)必須采用相干解調(diào)。其相干解調(diào)器模型如圖2-5所示。2psk信號的相干解調(diào)實際上是輸入已調(diào)信號與本地載波信號進行極性比較的過程。由于2psk信號實際上是以一個固定初相的未調(diào)載波為參考，因此，解調(diào)時如何得到同頻同相的同步載波尤為重要。如果同步載波的相位發(fā)生變化，如0相位變?yōu)橄辔换蛳辔蛔優(yōu)?相位，則恢復的數(shù)字信息就會發(fā)生“0”變“1”或“1”變“0”，從而造成錯誤的恢復。這種因為本地參考載波倒相，而在接收端發(fā)生錯誤恢復的

25、現(xiàn)象稱為“倒”現(xiàn)象或“反向工作”現(xiàn)象。由于絕對相移容易產(chǎn)生相位模糊。因此，在實際應用中應用較少，但并不影響我們對其理論研究。圖2-5 2psk信號的相干解調(diào)模型2.3.2 qpsk信號的調(diào)制與解調(diào)m進制相位調(diào)制的一般表達式為： （2-4）式中，是受信息調(diào)制限制的相位參數(shù)，它將取可能的m種相位（）之一。在多進制相移鍵控中，最常用的是四進制的相移鍵控，也稱為正交相移鍵控，其頻帶利用率是2psk的兩倍，因為在單個的調(diào)制碼中有2個比特被發(fā)射。載波的相位取值共4個，它們的間隔相等。qpsk利用載波的四種不同相位來表示數(shù)字信息。其中每一種載波相位代表兩個比特信息，因此每個載波相位都可以用兩個二進制碼元的組

26、合來表示。例如載波相位取,和四種，它們分別對應于信息10、00、01和11，也可以采用,，和四種相位。兩種情況下的qpsk信號的二維星座圖如2-6所示。圖2-6 qpsk二維星座圖 qpsk正交調(diào)制器方框圖5如圖2-7所示：圖2-7 qpsk正交調(diào)制器它可以看成由兩個2psk調(diào)制器構(gòu)成。輸入的串行二進制信息序列經(jīng)串并變換，分成兩路速率減半的序列，再由電平發(fā)生器分別產(chǎn)生雙極性二電平信號和，它們分別用作同相和正交基帶信號，然后對和進行調(diào)制，相加后即可得到qpsk信號。圖2-8畫出了典型波形。（a）兩路2psk信號及合成的qpsk信號（b）qpsk信號頻譜 圖2-8 qpsk的典型波形由圖2-8（a

27、）可見，qpsk信號可以看作兩個載波正交2psk信號合成行成的，因此，它可以采用和2psk信號類似的方法進行解調(diào)，即由兩個2psk信號相干解調(diào)器構(gòu)成，解調(diào)原理如圖2-9所示。同相支路和正交支路分別優(yōu)勝相干解調(diào)方式解調(diào)，并行得到和，經(jīng)過抽樣判決和并/串變換，將上下兩支路的得到的并行數(shù)據(jù)恢復成串行數(shù)據(jù)。假設(shè)不考慮噪聲和傳輸中的相位模糊情況下，輸入到調(diào)制器的qpsk信號可以表示為： （2-5）圖2-9 qpsk信號正交解調(diào)器其中，。上下兩支路，兩路相乘器輸出分別為： （2-6）經(jīng)過低通濾波輸出分別為： （2-7）抽樣判決其的判決準則如表2-17所示。表2-1 相干正交解調(diào)的判決準則符號相位的極性的極

28、性判決器輸出a判決器輸出b可見，判決器是按極性來判決的。即正取樣值為1，負取樣值為0。兩路抽樣判決器輸出a、b，再經(jīng)過并/串變換器就可恢復串行數(shù)據(jù)信息。2.4 本章小結(jié)本章主要介紹了數(shù)字通信系統(tǒng)模型，討論分析了2psk和qpsk的調(diào)制解調(diào)原理。給出了2psk和qpsk信號的時域波形和頻譜。分析了其時域和頻域特征。為后期工作提供理論依據(jù)。第3章 數(shù)字信號的通信干擾原理3.1 通信干擾的基本概念 通信干擾是以破壞或者擾亂敵方通信系統(tǒng)的信息傳輸為目的，而采取的電子攻擊行動的總稱。通信干擾系統(tǒng)通過發(fā)射與敵方通信信號相關(guān)聯(lián)的一些特定形式的電磁信號，破壞或者擾亂敵方無線電通信過程，導致敵方信息網(wǎng)絡(luò)體系中“

29、神經(jīng)”和“血管”的信息傳輸能力消弱或者癱瘓。信息時代的今天，由于軍事信息在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的作用越來越大，從而使以破壞和攻擊敵方信息傳輸為目的的通信干擾在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的地位和作用也日益重要。下面介紹通信干擾技術(shù)常見的幾個基本概念8：1) 信號和信息數(shù)字信號在傳輸過程中傳遞的并非信息，而是信號。信號是信息的載體，信息是信號的一種屬性，信號內(nèi)容不確定性的統(tǒng)計量度，信號內(nèi)容不確定性程度越高，其所含的信息量也就越大。2) 干擾目標通信干擾的對象是敵方的通信接收系統(tǒng)，目的在于消弱和破壞其通信接收系統(tǒng)對信號的感知、截獲以及信息的傳輸和交換能力，但它并不消弱或破壞發(fā)送信號的設(shè)備。3) 有效干擾目前為止，還沒有找到任

30、何一種有效的方法能阻止信號傳送的接收方，唯一可行性的辦法就是在通信信號到達通信接收機時在其中加入干擾信號，這樣在解調(diào)過程中所形成的干擾信號以及雜散分量會對敵方采集正確的信息形成干擾。通信干擾的有效性一般表現(xiàn)為：通信壓制即干擾完全壓制有用信息，使得敵方接收的有用信息幾乎為零或者完全接收不到信息；通信破壞即干擾沒有完全壓制有用信息，但會造成敵方在解調(diào)信息時出現(xiàn)大量的誤碼，通信效能降低；通信阻滯和通信欺騙。3.2 數(shù)字通信干擾特點及一般過程3.2.1 數(shù)字信號通信干擾的特點對無線數(shù)字通信過程的干擾是在無線電通信技術(shù)誕生時就已經(jīng)客觀存在了，如天電干擾、工業(yè)干擾，但是人為有意的無線電干擾卻是在無線數(shù)字通

31、信技術(shù)成功應用于軍事戰(zhàn)爭之后才研究發(fā)展起來的。所以無線數(shù)字通信干擾從其誕生之日起就具有十分明顯的特點。通信干擾具一般有以下特點1,9：1) 主動進攻性通信干擾的目的不在于傳送某種信息，而是為了擾亂和破壞敵方的軍事通信過程。通信干擾是以敵方的通信接收系統(tǒng)為直接攻擊目標，千方百計地侵入到敵方通信系統(tǒng)內(nèi)部去。因此，無線電通信干擾是有源的、積極的、永遠是主動的進攻的。2) 先進性、靈活性和預見性通信干擾每時每刻都以敵方為對象，因此它必須跟蹤敵方通信技術(shù)的最新發(fā)展，并且要設(shè)法超過它，只有這樣才能開發(fā)出克制敵方的通信干擾設(shè)備來。所以無線電通信干擾是一項技術(shù)含量非常高的，在無線電通信領(lǐng)域高科技技術(shù)頂峰上進行

32、較量的、十分艱巨而困難的工作。作為對抗性武器，通信干擾技術(shù)必須具備敵變我變的能力，現(xiàn)代戰(zhàn)場情況瞬息萬變，為了長期立于不敗之地，通信干擾系統(tǒng)的開發(fā)和研究必須注重功能的靈活性和發(fā)展的預見性。3) 技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)綜合性信息技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的需要，軍事通信已經(jīng)從過去單獨的、分散的、局部的點對點的樹形結(jié)構(gòu)，發(fā)展成為聯(lián)合的、一體的、全局的以數(shù)字技術(shù)為核心的通信指揮系統(tǒng)。因此通信對抗已經(jīng)不再是局部的、個別的、點對點的行動了，它已是合同作戰(zhàn)的一員，是綜合電子戰(zhàn)系統(tǒng)中不可缺少的組成部分，是實施體系對抗的主力。3.2.2 數(shù)字信號通信干擾的一般過程通信干擾系統(tǒng)由通信偵察引導設(shè)備、干擾控制和管理設(shè)備、干擾信號產(chǎn)生

33、設(shè)備、功率放大器、天線等組成。通信干擾系統(tǒng)的組成框圖4如圖3-1所示。 通信偵察引導設(shè)備主要用于偵察截獲目標信號，分析其信號參數(shù)，為干擾產(chǎn)生設(shè)備提供被干擾對象的信號參數(shù)、干擾樣式和干擾參數(shù)，還可以進行方位引導和干擾功率管理支持。它的另外一個作用是對被干擾的目標信號進行監(jiān)視，檢測其信號參數(shù)和工作狀態(tài)的變化，即時調(diào)整干擾策略和參數(shù)。圖3-1 通信干擾系統(tǒng)組成框圖 干擾控制和管理設(shè)備該設(shè)備是偵察引導和干擾產(chǎn)生之間的紐帶。它管理和控制整個干擾系統(tǒng)的工作，并且根據(jù)偵察引導設(shè)備提供的被干擾目標的參數(shù)，進行分析形成干擾決策，對干擾資源進行優(yōu)化和配置，選擇最佳干擾樣式、控制干擾功率和方向，以最大限度地發(fā)揮干擾

34、機的性能。 干擾信號產(chǎn)生設(shè)備該設(shè)備主要根據(jù)干擾引導參數(shù)產(chǎn)生干擾激勵信號，形成有效的干擾樣式。 功率放大器該設(shè)備是干擾系統(tǒng)中的大功率設(shè)備，其作用是把小功率的干擾激勵信號放大到足夠大的電平。 發(fā)射天線發(fā)射天線是干擾設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換器，它把功率放大器輸出的電信號轉(zhuǎn)換為電磁波能量，并且向指定空域輻射。由上所述可以知道，無線電數(shù)字通信干擾的一般過程如下：1) 偵察接收敵方無線電數(shù)字通信信號，分析其技術(shù)參數(shù)，測定要干擾的目標方向和位置，從而確定合適的干擾樣式和參數(shù)。2) 由干擾管理和控制設(shè)備根據(jù)引導設(shè)備提供的引導參數(shù)，形成干擾決策，按照既定的干擾樣式啟動干擾。3) 實施一段時間干擾后，暫時停止干擾，對被干擾

35、信號進行檢測，判斷其狀態(tài)。在干擾過程中不斷檢驗干擾效果，使干擾參數(shù)保持在干擾效果最佳的參數(shù)上。3.2.3 影響干擾效果的因素在干擾過程中，敵方一定會采取一些技術(shù)或戰(zhàn)術(shù)上的抗干擾措施，我方則應根據(jù)“敵變我變”的原則，采取相應的措施和對策。因此，通信干擾的過程是一個尖銳復雜的斗爭過程。而影響干擾效過的因素總結(jié)起來有以下幾點10： 干擾發(fā)射機的功率及天線的增益、效率和方向性對干擾效果的影響至關(guān)重要。 干擾頻率與目標信號頻率的重合度對干擾效果的影響也是非常重要的。 發(fā)射的干擾信號的樣式以及參數(shù)的影響主要表現(xiàn)在干擾的效率上。 敵方接收機的形式以及技術(shù)性能對干擾效果的影響也很大。3.3 數(shù)字通信干擾的基本

36、原理和干擾樣式3.3.1 數(shù)字通信干擾的基本原理因本設(shè)計主要針對數(shù)字通信中的2psk和qpsk信號的干擾仿真研究，因此在論述通信干擾的基本原理時，只對通信干擾作用于數(shù)字通信系統(tǒng)作分析，而略去了通信干擾對模擬通信系統(tǒng)的原理論述。1) 數(shù)字通信的基本形式及弱點4,11數(shù)字通信系統(tǒng)是一種斷續(xù)信息傳輸系統(tǒng)，是傳輸二進制比特信號的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。如圖3-2所示。而數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息實際上是一個編碼的脈沖序列，在這個序列中，通常包含前、后保護間隔（保護段）及同步段和信息段。 任何一個與信號功率相近的干擾脈沖進入數(shù)字接收系統(tǒng)都可以攪亂原來的編碼體系，從而有效地增加誤碼率。圖3-2 對數(shù)字通信系統(tǒng)的脈沖

37、干擾2) 干擾數(shù)字通信的可行途徑干擾數(shù)字通信的可行途徑一般有兩種：其一是擾亂其接收的信息，使傳輸誤碼率增加到不能容忍的程度。其二是破壞數(shù)字通信系統(tǒng)中接收設(shè)備與發(fā)信設(shè)備之間的同步。傳輸誤碼率的增加意味著正確傳輸?shù)男畔⒘繙p少和通信線路的效能降低，當誤碼率達到某一值時，我們就認為通信已被破壞，干擾有效。破壞同步則會使數(shù)字通信中斷，雖然多數(shù)系統(tǒng)在丟失同步后，可以在短時間內(nèi)恢復，但有效干擾造成的持續(xù)或反復失步仍可使數(shù)字通信系統(tǒng)癱瘓。3.3.2 通信干擾樣式1、 單音干擾信號12單音干擾就是干擾信號只發(fā)射一個正弦波，因此，它是一個單頻連續(xù)波。單音干擾又叫做點頻干擾。單音干擾時域表達式為： （3-1）式中，

38、是干擾角頻率，通常它與被干擾信號的載波角頻率相同。單音信號的功率譜是在干擾頻率處的單根譜線。其時域波形和頻譜如圖3-3所示。圖3-3 單音干擾的時域波形和頻譜2、 窄帶高斯噪聲信號13窄帶高斯噪聲是指高斯白噪聲通過以為中心的窄帶系統(tǒng)時所形成的噪聲形式。隨機包絡(luò)和隨機相位都是相對于緩慢變化的余弦波，若用表示窄帶高斯噪聲，則 （3-2）將式（3-2）展開，則有 （3-3）其中 （3-4）式（3-3）表明，窄帶高斯噪聲可以用兩個正交載波分量組合來表示。其中是同相分量，是正交分量。其時域和頻域波形如圖3-4所示。窄帶高斯噪聲的特點是頻譜局限在附近很窄的頻率范圍內(nèi)，其包絡(luò)和相位都在作緩慢隨機變化。（a）

39、窄帶高斯噪聲的頻譜 （b）窄帶高斯噪聲時域波形圖3-4 窄帶高斯噪聲的頻譜及波形圖3-5 窄帶高斯噪聲的產(chǎn)生模型和都是低通型的噪聲，窄帶高斯噪聲的產(chǎn)生模型如圖3-5所示。由模型（3-5）可知，當噪聲信號和正交載波分量相乘后可得到： （3-5） 經(jīng)過低通濾波器后得到正交分量，同理也可以得到同相分量。將同相分量和正向分量相加后就可以得到窄帶高斯噪聲。3.4 本章小結(jié)本章前面主要介紹了通信干擾的一些基本概念，就通信干擾的特點、通信干擾的一般過程和影響干擾效果的因素等方面做了簡要說明。介紹了數(shù)字信號的干擾原理以及設(shè)計中所用的單音信號和窄帶高斯信號的形成原理和方法，為后面的設(shè)計提供理論依據(jù)。第4章 2p

40、sk和qpsk信號的平臺仿真4.1 概述現(xiàn)代無線電技術(shù)尤其在數(shù)字通信方面的快速發(fā)展，使得數(shù)字通信系統(tǒng)的研究經(jīng)費越來越高，對通信系統(tǒng)各部分的研究也變得更加困難。如果對通信系統(tǒng)的研究全部用實際設(shè)備來完成的話，所帶來的人力、物力、財力的花費都是巨大的且研究周期增加，不利于科學研究的進行。模擬仿真所具有的經(jīng)濟、靈活等特點使得其逐漸成為通信系統(tǒng)設(shè)計、分析過程中不可或缺的重要手段。本章利用matlab仿真軟件，進行2psk和qpsk的仿真平臺設(shè)計14，并對這兩種數(shù)字信號進行仿真試驗。4.2 gui程序設(shè)計4.2.1 gui簡介gui（graphical user interfaces ）即程序的圖形化界面

41、，由各種圖形對象組成。在這種用戶界面下，用戶的命令和對程序的控制是通過“選擇”各種圖形對象來實現(xiàn)。其編輯方法一般有兩種：一種是直接用程序編寫；另外一種利用圖形界面設(shè)計工具設(shè)計出圖形界面。其難點在于圖形界面的編寫和部分函數(shù)的回調(diào)，但可以方便用戶對程序設(shè)計的關(guān)鍵步驟進行理解。創(chuàng)建matlab 圖形用戶界面必須具由以下三個基本元素15：組件、圖象窗口以及事件發(fā)生時的回應。4.2.2 gui設(shè)計原則和步驟所謂gui程序設(shè)計，簡單地說就是使應用程序具有圖形用戶界面，以方便用操作。gui設(shè)計原則和一般步驟為16：簡單的說，一個好的界面應遵循以下3個原則：簡單性即設(shè)計的界面力求簡化，去除不必要的功能，能直觀

42、顯示出程序所具有的功能；一致性即設(shè)計的界面風格應與之前設(shè)計的保持一致；習常性即新界面設(shè)計時采用人們熟悉的標志和符號，便于用戶操作。其一般制作步驟為17：a. 分析界面所要求實現(xiàn)的主要功能，明確設(shè)計任務；b. 在稿紙上繪出界面草圖，并站在使用者的角度來審查草圖；c. 按構(gòu)思的草圖，上機編寫或制作界面，并檢查之；d. 編寫界面動態(tài)功能的程序，對功能進行逐項檢查。4.2.3 設(shè)計中所用控件本文主要通過程序設(shè)計，來實現(xiàn)兩種數(shù)字信號的gui仿真平臺搭建，以下主要介紹設(shè)計中所用的用戶控件。用戶控件18,19主要用了單功能按鍵（pushbutton）、無線電選擇按鈕（radiobutton）、雙位按鍵（to

43、gglebutton）、可編輯文本框（edit text）、靜態(tài)文本框（static text）。單功能按鍵：屬性值為pushbutton，其作用為上帶文字標示的矩形；“按”“放”操作時會引起凹凸變化。單功能選擇時用。其典型的調(diào)用格式為：hpush=uicontrol(gcf,style,push,.unit,normalized,position, , , ,string, ); %按鍵的位置，大小和名稱set(hpush,callback,回調(diào)的語句)； %按鍵引起的回調(diào)無線電選擇按鈕：屬性值為radiobutton，帶文字標示的小圓圈；“開”“關(guān)”狀態(tài)用圈內(nèi)黑白點表示。多項“互斥”功能選

44、擇時用。其典型的調(diào)用格式為：hr=uicontrol(gcf,style,radio,. string, （文字標識） ,. %按鍵的名稱 position, , , , ); %按鍵的位置和大小set(hr,value,get(hr,max); %方括號中是回調(diào)的語句 set(hr,callback,. set(hr1,value,get(hr,max),. . );雙位按鍵：屬性值為togglebutton，上帶文字標示的矩形；“開”“關(guān)”狀態(tài)用凹凸表示。兩狀態(tài)切換選擇用。其調(diào)用格式為：ht=uicontrol(gcf,style,toggle,. %制作雙位按鍵 string, ,. %

45、按鍵的名稱 position, , , , ,. %按鍵的位置和大小 callback, ); %回調(diào)語句可編輯文本框：屬性值為edit text，方框，可使合法的matlab語句、程序輸入運行?？呻S意輸入運行指令程序。其典型的調(diào)用格式為：hedit=uicontrol(gcfstyle,text,.position, , , , ,.string,噪聲方差);set(hedit,callback, ); %引起回調(diào)的語句靜態(tài)文本框：屬性值為static text，方框，其中文字純粹做注釋說明用。其典型的調(diào)用格式為：uicontrol(style,text,.position, , , , ,

46、. %文本框的位置string, ); %引號中是文本的名稱4.3 仿真平臺的主要功能本仿真平臺主要利用gui設(shè)計實現(xiàn)。平臺的主要功能是能夠?qū)崿F(xiàn)通信過程中各個時段的時域波形和頻譜繪制，定性的得到噪聲和通信系統(tǒng)的各個參數(shù)對信號在各個時段的時域波形和頻譜的影響，以及信號恢復的影響。鑒于本人水平，軟件只能實現(xiàn)在圖形界面的參數(shù)的輸入，以及輸出相應時段的波形和誤碼率。其中還有很多其他外加功能有待完善。對于用戶來說其功能可以表述為以下操作步驟：a. 打開程序，初始化。運行程序界面，并在上面對載波頻率、噪聲方差或噪聲幅度進行初始化；b. 選擇時域或頻域。程序中初始化torf為0時顯示時域各時段波形，為1時顯

47、示頻域各時段波形。主要利用gui程序設(shè)計中的無線電選擇按鈕控件，進行選擇按鈕的設(shè)置；c. 計算出各時段的信號波形。主要將程序中的各個波段的函數(shù)利用返回值調(diào)用到gui程序中，并將其顯示出來；d. 選擇某個時段的圖形顯示。主要利用gui中的單功能按鍵，設(shè)置各個時段的選擇按鈕，實現(xiàn)程序的可視化操作；e. 可以根據(jù)需要從步驟b反復操作；f. 退出程序。平臺的整體結(jié)構(gòu)可以拓展應用到其他數(shù)字信號和模擬信號的仿真設(shè)計中，由于二進制鍵控調(diào)制（2psk）和多進制鍵控調(diào)制（qpsk） 有相當大的區(qū)別，因此沒有將二個系統(tǒng)平臺整合到一起研究，但是仿真平臺的總體結(jié)構(gòu)框架相同7,20-23。結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。圖4-1

48、仿真平臺結(jié)構(gòu)圖4.4 界面顯示和用戶控制由于2psk和qpsk調(diào)制和解調(diào)樣式不同，因此為這兩種數(shù)字信號分別設(shè)計了各自的界面，2psk和qpsk界面的風格統(tǒng)一并且包含了各自的特點。以2psk信號的界面設(shè)計為例，在界面的左半邊為圖形顯示區(qū)，按鍵控制區(qū)分布在右半邊。下面以2psk信號的gui界面設(shè)計為例作相關(guān)介紹。所設(shè)計的仿真界面如圖4-2所示。該仿真界面具有以下功能： 從編輯框輸入噪聲方差或噪聲幅度，輸出誤碼率； 通過無線電選擇按鍵選擇計算時域或是頻域的譜線； 通過單功能按鍵選擇輸出什么時段的圖形； 通過單功能按鍵選擇圖形是否一直保持； 通過雙位按鍵選擇圖形是否開啟網(wǎng)格。圖4-2 2psk的gui

49、界面以下是產(chǎn)生2psk圖形仿真界面的gui_bpsk.m文件：%變量初始化clc;clear;n=0; %系統(tǒng)進入時默認的噪聲方差或噪聲幅度為0torf=0; %默認的時域和頻域選擇值為0代表選擇時域 fc=1000;rb=500;%默認的載波頻率為1000hz，信息速率為500b/sac=1; %載波幅度為1d=1 0 1 1 0 1 0 1 0 1;str1=t;str2=v; %輸出圖形的坐標軸說明y1,y2,y3,y4,t,t1=bpsk_tf_func2(n,torf,d,rb,fc,ac);clf resetset(gcf,unit,normalized,position,0.2,

50、0.2,0.7,0.4);%設(shè)置圖形的位置和歸一化顯示set(gcf,defaultuicontrolunits,normalized);h_axes=axes(position,0.1,0.2,0.6,0.6);%設(shè)置曲線在圖形上的位置set(gcf,defaultuicontrolhorizontal,left);%設(shè)置缺省用戶控件單位屬性值%以下時頻轉(zhuǎn)換的文本框uicontrol (style,text,.string,時域或頻域:,.position,0.85,0.4,0.14,0.1,.horizontal,left);%以下建立時頻轉(zhuǎn)換的選擇按鈕hr1=uicontrol(gcf,

51、style,radio,. string,時域,.position,0.85,0.3,0.14,0.1);set(hr1,value,get(hr1,max);set(hr1,callback,.set(hr1,value,get(hr1,max),. set(hr2,value,get(hr2,min),. torf=0;,.str1=t;,.str2=v;,.y1,y2,y3,y4,t,t1=bpsk_tf_func2(n,torf,d,rb,fc,ac);hr2=uicontrol(gcf,style,radio,.string,頻域,.position,0.85,0.2,0.14,0.1,.callback,.set(hr1,value,get(hr1,min),. set(hr2,value,get(hr2,max),. torf=1;,.str1=f;,.str2=h(f);,.y1,y2,y3,y4,t,t1=bpsk_tf_func2(n,torf,d,rb,fc,ac);%以下制作雙位按鍵ht=uico