复杂电磁环境下低截获通信关键技术研究与实现

摘要

随着信息化时代的到来，电子对抗（Electronic Countermeasures，ECM）作为信息化战场的主要标志，活跃在现代化战争的舞台上。各种军用和民用的电子设备，使得现代战场空间中的电磁环境变得非常恶劣，给通信带来严峻挑战。在复杂电磁环境下，如何进行安全可靠的通信传输，并防止信息被敌方截获和侦收，是电子战能否胜利的关键。因此，本文围绕复杂电磁环境下的低截获概率（Low Probability of Interception，LPI）通信传输波形主要做了如下工作： 第一，介绍了扩频通信系统的相关知识，包括其理论基础及性能指标，各种伪随机噪声（Pseudo Noise，PN），以及直接序列扩频系统、跳频通信系统、多进制扩频系统的基本原理。然后概述了低截获概率通信系统，给出通信系统的场景模型，并对低截获概率进行分析，给出相应措施。 第二，结合实际应用场景，给出系统整体设计方案，描述了帧结构的设计和整个链路的信号处理流程。针对传统通信信号中固定参数造成传输波形容易被检测的弱点，本文通过引入时变的通信参数，设计了一种可以有效地降低截获概率的非平稳信号波形，并给出可实现的构造方案和相关参数设计。同时，对具有优良抗截获性能的多进制扩频系统进行讨论，提出关键技术的设计方案。最后对系统全链路进行MATLAB仿真分析。 第三，在系统硬件平台上，对整个链路收发关键技术进行原理分析，并完成基于现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）的系统实现，主要包括：循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check，CRC）、信道编译码、交织与解交织、多进制扩频与解扩、加扰与解扰、组帧、成型滤波、数字变频等模块。同时，完成锁相环、模数转换、数模转换等外围芯片接口的配置以及硬件平台的调试，确保各芯片能够正常工作。最后，搭建系统的实际测试平台，进行功能验证和系统通信性能测试，并分析测试结果。测试结果表明，整个系统链路功能实现正确，实际误码性能与MATLAB仿真结果接近，满足系统的指标要求。

目录

缩略词表

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状及发展趋势

1.3论文结构安排

第二章 系统基本原理

2.1引言

2.2扩频通信系统基本原理

2.2.1理论基础及性能指标

2.2.2伪噪声序列

2.2.3传统扩频系统

2.2.4多进制扩频系统

2.3低截获概率通信系统概述

2.3.1通信系统场景模型

2.3.2低截获概率分析

2.4本章小结

第三章 系统整体方案设计与关键技术研究

3.1引言

3.2系统整体方案与设计分析

3.2.1系统应用场景和设计分析

3.2.2帧结构设计

3.2.3信号处理流程

3.3信号波形非平稳设计

3.3.1原理及构造方法

3.3.2参数设计

3.4扩频关键方案设计及仿真分析

3.4.1关键方案设计

3.4.2仿真分析

3.5本章小结

第四章 系统物理层的FPGA设计与实现

4.1系统硬件平台介绍

4.2收发机关键技术FPGA实现

4.2.1循环冗余校验模块

4.2.2信道编译码模块

4.2.3交织与解交织模块

4.2.4多进制扩频与解扩模块

4.2.5加扰与解扰模块

4.2.6组帧模块

4.2.7成型滤波模块

4.2.8数字变频模块

4.3芯片配置与控制

4.3.1时钟管理芯片

4.3.2数模转换芯片

4.3.3模数转换芯片

4.4资源开销

4.5系统实际功能测试

4.5.1测试场景

4.5.2数字闭环测试

4.5.3误比特性能测试

4.5.4抗频偏能力测试

4.6本章小结

第五章 总结与展望

5.1全文总结

5.2后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果