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直扩测控系统中的窄带干扰抑制技术研究

付江志  
【摘要】:测控通信系统在航空、航天领域的广泛应用,使其由普通的通信系统扩展到具有遥控、遥测、跟踪等多种功能。直接序列扩频技术由于具有功率谱密度低、信号隐蔽性好、距离分辨率高、多址通信能力强、抗干扰/噪声能力强等特点,成为现代测控系统最常用的通信体制。直接序列扩频系统本身所固有的扩频增益可以抑制信道中有意或无意的干扰,但是由于频率资源有限,当遇到大功率窄带干扰或干扰信号中心频率与直扩信号中心频率近似时,单纯依靠增大扩频增益并不能进行有效抑制。因此研究如何在恶劣的环境下提高测控系统的抗窄带干扰能力具有重要意义。 目前对于窄带干扰的抑制主要体现在干扰消除和干扰规避两个方面。其中干扰消除的实现是以计算量的增加或信号能量损失为代价的,而干扰规避是以系统复杂度的增加来达到抑制干扰而不降低通信质量的。根据测控系统的特点,本文主要对干扰规避技术进行研究。以往的规避技术主要集中在时域、空域和频域,并没有利用到扩频序列的码域特性。本文首次对根据序列码域特性实现干扰规避的技术进行研究,即通过设计具有不同频谱结构的扩频序列,采用不同的通信方式使直扩测控系统实现对窄带干扰的规避。 首先,本文通过对m-W (m-Walsh)复合序列的研究,得出了不同m-W复合序列信号频谱变化的规律。在对二进制扩频序列信号研究的基础上,根据复合序列的生成方式和相关特性,以及m序列和Walsh序列的特点,研究了m-W复合序列的频谱结构,总结出m-W复合序列具有频谱可控的特性,为直扩系统利用码域特性实现窄带干扰的规避提供理论基础。 其次,针对高斯信道中存在的少数窄带干扰,提出了通过使用不同的m-W复合序列实现对窄带干扰规避的方法。该方法是在确定窄带干扰频率位置的情况下,通过设计m-W复合序列作为扩频序列,使受窄带干扰影响的信号能量最小,达到对窄带干扰规避的效果。实验仿真表明,利用m-W复合序列的规避技术可有效降低干扰对信号的影响,实现了对窄带干扰的抑制。 然后,针对高斯信道中的固定式窄带干扰和时变或多频干扰,提出了自适应跳码直扩抗干扰方法。该方法将m-W复合序列与跳码直扩技术相结合,使直扩信号具有DS-FH特性,并利用链路质量分析和序列更换算法,使直扩系统具有自适应规避窄带干扰的能力。实验仿真表明,对于固定式窄带干扰、时变或多频干扰,采用自适应方式的跳码直扩系统具有很强的抗干扰能力。 再次,针对高斯信道中的瞄准式窄带干扰,提出了基于码域特性的频率分集抗窄带干扰方法。该方法将m-W复合序列与正交多码扩频技术相结合,利用不同的m-W复合序列在频域具有不同频谱结构的特点,对相同的信息使用不同m-W复合序列进行多路并行扩频,得到频率分集的效果,进一步利用分集合并技术提高系统的抗窄带干扰能力。实验仿真表明,当瞄准式窄带干扰影响部分频率时,通过对分集的多路信息进行适当合并,可有效提高系统的抗干扰能力。 最后,对于速率较高且频带受限的测控系统,在信道中窄带干扰较多,可用于规避干扰的m-W复合序列较少的情况下,提出了基于m-W复合序列的多进制(M-ary)正交扩频技术。本文在传统M-ary正交扩频的基础上,将m-W复合序列与其相结合,产生新的M-ary正交扩频方式,重点对其结构特点、传输效率、高斯信道下的误码率和抗窄带干扰能力进行了研究。理论分析和实验仿真表明,相比于传统M-ary扩频技术,基于复合序列的M-ary正交扩频技术可在传输效率或系统复杂度方面具有明显优势,进一步通过采用m-W复合序列的规避技术,可使M-ary扩频系统的抗窄带干扰能力大大提高。


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