通信干扰

通信干扰的基本概念1.通信干扰的作用和任务通信干扰是为了阻止通信方的信息传输，有目的地在通信信道上向敌方接收机发射通信接收方不需要的噪声或其他干扰信号，使通信接收方无法正确接收通信信号，从而达到破坏其信息传输目的所采取的电子行动。随着军事通信系统的网络化，尤其是以美军为代表提出的网络中心战军事思想的实施，对通信干扰提出了更大的挑战。通信干扰的基本概念2.通信干扰机的组成通信干扰的基本概念3.通信干扰的工作流程通信干扰的基本概念自适应干扰抵消器原理通信干扰方程1.干扰的三个重要概念：干信比、干扰压制系数与干通比干信比—接收机输入端的干扰信号与通信信号的功率比值。干扰压制系数—针对某一具体通信信号的接收方式达到有效干扰所必需的干信比。干通比—干扰机能够获得有效干扰时的干扰距离与通信压制距离之比的最大值。通信干扰方程2.通信干扰基本方程：干信比方程由自由空间传播公式可得，在通信接收机输入端的通信信号功率为：同样，在通信接收机输入端的干扰信号功率为：124ttrrtsrcPGGPd124jjrrjjrjPGGPd通信干扰方程通信接收机输入端的干信比为：自由空间传播条件下的干信比与干通比的平方成反比。平地传播条件下的干信比为：平地传播条件下的干信比不仅与干通比的四次方成反比，而且还与干扰天线与通信发射天线的高度比的平方成正比。2111jrjjrrjcsrttrrtjPPGGdjsrPPGGd42222jrjjrrjjcsrttrrtjtPPGGhdjsrPPGGdh通信干扰方程通信信号的传播模式为平地传播，干扰信号传播模式为自由空间传播，这时的信干比为：通信信号的传播模式为自由空间传播，干扰信号传播模式为平地传播，这时的干信比为：222213214jrjjrrjcsrttrrtjrtPPGGdjsrPPGGdhh22224214jrjjrrjcrjsrttrrtjPPGGdjsrhhPPGGd通信干扰方程实际干信比计算时，还要考虑天线极化损耗La和带宽失配损耗Lb。如果接收机带宽为Br，干扰信号带宽为Bj，则带宽失配损耗为：考虑损耗时的干信比公式只需在以上各式的基础上再乘以(LaLb)就行了，比如考虑损耗时的自由空间传播干信比公式为：brjLBB2111jrjjrrjcabsrttrrtjPPGGdjsrLLPPGGd通信干扰方程如果假设通信接收天线是水平全向的，则有：Grj=Grt，这时公式可简化为：通常把发射机输出功率P与发射天线增益G的乘积PG称为发射机有效辐射功率，用ERP来表示，则上式也可表示为：2111jrjjrcabsrttrjPPGdjsrLLPPGd2111jrjcabsrjtERPPdjsrLLPERPd通信干扰方程3.干扰功率的计算自由空间传播模式下所需的干扰功率为：将上式中干信比用压制系数kj来代替，并用干通比r=dj/dc代入可得：211()()jjtabERPkERPrLL2111()()jjtcabdERPjsrERPdLL通信干扰方程平地传播模式下所需的干扰功率为：其他两种传播模式下所需的干扰功率为：2421()()tjjtrabhERPkERPrhLL22431()()4rtjjtjabhhERPkERPrdLL224411()()4cjjtrjabdERPkERPrhhLL通信干扰方程4.干扰压制区分析自由空间传播方式下，干扰功率确定，干扰机所能达到的干通比为：平地传播方式下干扰机所能达到的干通比为：212()1()jjabctjdERPrLLdERPk4224()1()jjjabctjtdERPhrLLdERPkh通信干扰方程一旦干扰对象确定、干扰机性能也确定下来后，以上两式的右边实际上为一常数，将该常数分别设为c1和c2，则上述两式可表示为：不失一般性，把c1和c2统一用c来表示，则有：注意常数c只取决于干扰机和干扰对象及其传播路径。21jcdcd22jcdcd2jcdcd通信干扰方程干扰机、通信发射机和通信接收机的布局用图来表示：通信干扰方程设干扰机与通信发射机之间的距离djt为d，则由图可得：由于，即：2jcddc当c=1时，则有：即当c=1时，干扰有效区的边界为一直线，该直线位于干扰机与通信发射机连线的中线位置如图所示：22jdxy22cdxdy2222xycxdy12xd通信干扰方程通信干扰方程当c≠1时，则有：即干扰有效区边界为一圆，该圆的圆心位于x轴上。当c＞1时，边界圆的圆心位于正x轴上，由于大于d，所以该圆的圆心位于通信发射机的右侧。22211cdcxydcc1cdc1cdc通信干扰方程通信干扰方程当c1时，则有：最佳干扰理论1.AM信号的最佳干扰设AM信号为：干扰信号为：不考虑噪声影响，并设信号初相为0，到达通信接收机输入端的合成信号为：0cosAMcstAmttcosjjjtJtttAMxtstjtcoscoscjjAmttJttt最佳干扰理论利用三角恒等式可得：其中：对于采用非相干解调的接收机，一般都采用包络检波器解调，这时解调器的输出即为合成信号的包络R(t)。在R(t)表达式中的后两项是干扰信号的作用项，干扰是否有效主要取决于这两项所起的作用大小。下面分几种干扰样式来讨论。coscxtRttt12222cosjcjRtAmtJtAmtJtttsinarctancosjcjjcjJttttAmtJttt最佳干扰理论(1)单频干扰单频干扰时J(t)、φj(t)均为常数，即J(t)=J，φj(t)=φ。如果假设单频信号与通信信号载频相同即ωj=ωc且φ=0，则合成信号的包络为：当ωj≠ωc，φ≠0时，假设干扰信号较小，即满足：包络表达式中的平方根用泰勒级数展开，只取前两项可得：RtAJmt2AmtJtcosjcjRtAmtJttt最佳干扰理论单频干扰时有：只要Δω=ωj-ωc落在音频带宽内，将对通信信号形成单音干扰。但是由于人耳很容易抑制单音干扰，单音干扰不易产生好的干扰效果。所以，对AM信号不宜采用单频干扰样式。cosjcjRtAmtJtt最佳干扰理论(2)调幅干扰采用调幅干扰时的合成信号包络为：式中，代入可得：包络检波器的输出噪信比为：cosjcjRtAmtJttjjJtAmtcoscosjjcjjjcjRtAmtAtmtt2212jojsoPmtPmt最佳干扰理论包络检波器的输入干信比为：包络检波器的输出噪信比与输入干信比的关系为：从上式可见，AM信号的调制深度越深，其抗干扰能力越强，同样AM干扰信号的调制深度越深，其干扰能力也越强。如果双方都采用最大调幅度即100％，这时有：2222jijjsiPAmtPAmt22221121josojjAmtPjsrPAmt最佳干扰理论此时有：即包络检波器输出端的解调噪信比只有输入干信比的一半。22222jjAAmtmt12josoPjsrP最佳干扰理论(3)双边带干扰采用双边带干扰时的合成信号包络为：式中J(t)=mj(t)，包络检波器的输出噪信比为：输入干信比为：cosjcjRtAmtJtt2212jojsoPmtPmt222jijsiPmtPAmt最佳干扰理论包络检波器的输出噪信比与输入干信比关系为：与调幅干扰相比，双边带干扰的输出噪信比少了一个大于1的分母，因此双边带干扰信号有更好的干扰效果。比如采用100％的调幅度时有：22112josoPAjsrPmt32josoPjsrP最佳干扰理论(4)调频干扰采用调频干扰时的合成信号包络为：式中J(t)=Aj为常数，包络检波器的输出噪信比为：输入干信比为：cosjcjRtAmtJttttjftkmd2212jojsoPAPmt222jijsiPAjsrPAmt最佳干扰理论包络检波器的输出噪信比与输入干信比关系为：由此可见，对AM信号干扰时，调频干扰样式与双边带干扰样式所得到的输出噪信比是一样的。由于双边带干扰信号不是等幅波，其峰值功率受限于干扰发射机。所以，实际中对AM干扰使用最多的还是调频干扰样式。22112josoPAjsrPmt最佳干扰理论当干扰信号比通信信号大，即满足：合成信号包络用泰勒级数展开，只取前两项可得：合成信号包络没有独立的通信信号分量，只有受到其频差调制的信号项。所以，只要干扰信号电平足够大，无论采用何种干扰样式均能对AM信号起到干扰压制效果。从此分析也可得出：对AM信号增大干扰功率可以大大提高干扰的有效概率。2JtAmtcosjcjRtJtAmttt最佳干扰理论上面讨论的是AM解调采用非相干解调时的情况，如果通信接收机采用相干解调，则解调器的输出信号为：上式中忽略了可以被后续滤波器滤除的直流项和高频项。这样解调输出的干扰信号功率为：解调输出的通信信号功率为：0coscytxtt011cos22jcjmtJttt218joPJt214soPmt最佳干扰理论解调器的输出噪信比为：输入干信比为：相干解调器的输出噪信比与输入干信比的关系为：可见当通信接收机采用相干解调时，其输出噪信比与非相干解调时采用调频干扰的情况是一样的，而且与采用什么干扰样式无直接关系。2212josoPJtPmt222JtjsrAmt22112josoPAjsrPmt最佳干扰理论综上分析可以得出：对AM信号的最佳干扰为噪声调频干扰，为使调频信号带宽与AM信号相适应，应采用窄带调频即调频指数mf1，此时的调频信号带宽与AM信号带宽是一样的。但考虑到干扰信号载频与通信信号载频不可能完全一致，为使干扰信号能量能全部进入解调输出滤波器，调频干扰信号带宽应适当减小。最佳干扰理论2.FM信号的最佳干扰设FM信号为：式中：干扰信号为：所以合成信号为：cosFMcsstAtttsftkmdcosjjjtJtttFMxtstjtcoscoscsjjAttJttt最佳干扰理论利用三角恒等式可得：其中：当调频解调器采用鉴频器解调时，其输出正比于合成信号的瞬时频率f(t)：为便于分析，分小干扰和大干扰两种情况来考虑。coscxtRttt122212cosjcjsJtJtRtAtttAA