0 引言

復雜電磁環境下的現代戰場上，存在著很多人為干擾，這些有針對性的干擾信號會嚴重地影響我方在戰場上的信息傳輸。現今對抗干擾的方法有擴頻通信、信道糾錯編碼等技術。其中作為擴頻通信中的跳頻通信，以其抗干擾、抗衰落、抗截獲等優良性能，在軍事通信中有著及其重要的地位。

跳頻通信中，跳頻同步策略對于系統的性能指標有著極大的影響，是系統可靠性的關鍵所在。由于跳頻同步策略中用到的頻點數量相對隨機跳的頻點數量少得多，而且由于其重復性很高，極易受到敵方的偵測和干擾，給系統的可靠性帶來極大的隱患。通常的同步頭法和自同步法的跳頻同步策略，很難抵抗敵方的單音和多音干擾，而精確時鐘法易受時鐘漂移的影響，同步的精度不夠，不利于在可靠性要求極高的軍用通信中使用。

在敵方偵測到我同步跳頻點并開始加以干擾的過程中，我方有少許時間是可以有效通信的，故我方認為對于最先接收到的信息給予較高的信任度，在后續的信號處理中起到很重要的作用;同時我方需要能夠僅用幾位有效的頻點信息就能夠完成同步跳轉隨機跳的工作（跳頻同步），其余信息可以作為剔出干擾的校驗信息，故設計策略要求在獲得較少的有效頻點峰值信息的情況下，可以有效地完成跳頻同步工作的要求，所以需要在同步頭序列中加入定位信息。

1 跳頻同步頭的設計

為了完成提出的在獲得較少有效頻點峰值信息的情況下，可以有效地完成跳頻同步工作，需要設計發送端同步跳的跳頻序列。

若使用跳頻同步搜索方法，接收端在獲得有效頻點峰值信息的時候，可以從中獲得的信息有：

頻點信息，即F1，F2，F3，F4;頻點的前后順序關系，即F1頻點接的是F2頻點，而不是其他頻點;頻點之間的間隔信息，即F1與F3之間的間隔為一跳。

將發送端頻點序列設計成F1，F1，F2，F3，F4，F3，F2，F1，F3，即按照上面的3條信息分析，由此序列中任意的兩個頻點的信息，都完全可以確定它們在此序列的位置。由于發端序列中任意兩個頻點所確定的位置信息是惟一的，故可以推斷出當前收到的頻點信息與同步跳轉隨機跳位置之間的距離，亦可以給出同步跳轉隨機跳的時間信息，這是所需要的，而且以同樣頻點組成的這樣的序列有很多組，可以保證發端同步序列在頻點確定的情況下可以有較大的選擇空間。

2 系統框架

跳頻系統的總體框圖如圖1所示。

其中頻點跟蹤同步、同步跳轉隨機跳定時信息的確定及抗干擾處理是此處提出算法策略的重點。由于本文算法是從接收到能量峰值、頻點值和峰值之間的距離來提取所需要的信息，而不是頻點傳送的調制信息，故本文的算法策略對于調制方式沒有限定，可以很好地和現行的各種調制解調方式相結合。

　3 核心算法

本文算法主要分為以下幾個部分，系統框圖如圖2所示。

3.1 接收端峰值的計算

接收端以4倍發端速度在F1，F2，F3，F4四個頻點上進行循環，并且對接收到的信號進行下變頻，求出其能量，同時記下峰值出現的時刻值，由發送端同步頻點序列的設計可知，同一頻點連續的峰值個數不會超過兩個，此一點是去除單頻干擾的信息的簡單方法。如圖3所示。

3.2 接收端峰值信息模板

根據發端頻點序列，設計接收端4個模板序列，分別代表本地接收頻點與發端頻點的四種對齊方式，如圖4所示。其中F1～F4代表4個頻點的峰值，一代表沒有峰值出現的情況。這4個模板代表了接收端4種可能的與發送端頻點對齊產生峰值信息的組合形式。用本地實際收到的頻點峰值信息組合與4個模板的比較，可以迅速地確定收到的頻點峰值信息在序列中的位置，同時給出同步跳轉隨機跳的時間信息。

3.3 接收端頻點峰值信息組合

由設計的發送端序列的性質可知，接收端頻點峰值的任意組合均可正確地給出同步跳轉隨機跳的時間信息，所以為了充分利用得到的頻點信息，提高抗干擾能力，故對收到的頻點峰值信息進行組合。每收到一個新的頻點峰值信息以一定的概率與之前收到的頻點峰值信息進行組合，保證最先收到的頻點峰值信息有最大的權重。

3.4 利用頻點信息的不同組合計算時間信息

由3.3節得到的各種頻點峰值信息的組合分別和本地產生的4個模板進行滑動相關，得到組合序列在模板中的位置，從而得到同步跳轉隨機跳時所需要的時間信息。由于正確的頻點峰值信息的任意組合，他們在序列中所指示的位置是確定的，干擾頻點的峰值信息他們的組合在序列中所指示的位置是不確定的，是發散的。所以當接收到一定數量的頻點峰值信息后，將這些峰值信息進行全組合，然后在序列中搜索他們所指示的跳轉位置，取這一步中指示跳轉位置最多的那個作為同步跳轉隨機跳的跳轉位置。

在這步中，由于全組合的數量隨著峰值信息的增多快速增長，計算量也隨著顯著增長。為了減小計算量，在保證抗干擾性能的前提下，采用一種參與計算的頻點峰值信息數量自適應的方法，即以現有頻點峰值信息的全組合所指示的跳轉位置是否收斂為依據，若不能夠明顯收斂（此處以指示收斂位置是其他位置數量的3倍以上為明顯收斂），則再接收一個頻點峰值信息參與組合和計算，直到滿足明顯收斂要求為止。

3.5 剩余的頻點信息作為校驗

由3.4節得到了所需要的同步跳轉隨機跳的時間信息，在這之后收到的頻點峰值信息可以作為上一步得到的時間信息正確性的校驗。

4 性能分析及仿真結果

本位提出的算法是利用頻點峰值和他們之間的距離信息作為判定的依據，故對指定頻點上的信息能否正確接收不敏感。相對于干擾掉指定頻點上所攜帶的信息，干擾掉指定頻點上的能量信息是困難的，所以它有較強適應性。性能分析分為兩個部分：一是系統的抗干擾性能，另一個是系統同步時間的性能指標。

4.1 抗干擾性能分析

跳頻同步系統主要有三種不同類型的干擾，分別為寬帶低密度干擾、窄帶高密度干擾和假冒同步干擾。寬帶低密度干擾需要較大的功率才能達到干擾效果，干擾效率低;窄帶高密度干擾，利用較高的干擾能量壓制部分頻點，對受壓制的頻點有較強的干擾能力，但受干擾的頻帶能夠覆蓋跳頻同步頻點的概率較小，干擾效率也不高;假冒干擾，干擾方使用被干擾方的同步頻率發送速率、格式和代數結構都合法的假冒同步信息。這種干擾有可能造成頻繁的虛警，破壞同步系統的正常工作。對跳頻同步系統抗干擾能力可以從捕獲概率和虛警概率兩個方面去考察。

由前述算法介紹可知，假設系統共有n個正確的峰值信息用于計算跳轉位置，則共有

組的組合可以正確給出跳轉位置，又假設系統正確接收到的頻點峰值信息有k個，則共有

組能夠正確給出跳轉位置的組合。因為受到干擾而漏收、錯收的頻點峰值信息的組合所給出的跳轉位置或者不存在，或者是發散的，不會對判斷正確的跳轉位置帶來太大的影響。

圖5仿真的是正確頻點峰值信息個數與干擾頻點峰值信息個數不同組合情況下對正確跳轉位置的影響。

4.2 系統的時間指標分析

系統同步時間是指完成同步所需的時間。在基于定時快速掃描駐留同步過程中。同步時間就是同步頭的時間，本系統在理想情況下4個頻點峰值信息就可以準確地完成同步跳轉隨機跳的時間信息的計算，同步時間非常的短。圖6給出了系統同步時間與參與計算的頻點峰值信息個數之間的關系。

4.3 系統復雜性分析

基于定時信息的跳頻同步方式，在縮短同步捕獲時間方面優于等待搜索式和位移等待式自同步方式;在可靠性方面優于精確時鐘定時同步方式;在節省頻率資源方面優于插入導頻頭同步方式。但在收端的快速掃描駐留同步過程中，頻率合成器頻率轉換時間要短，頻率跳變速率需增至4倍，而且對同步頭的檢測判斷過程中相應地增加了信號處理的復雜性。因此這種同步方式性能的提高是以增加頻率合成器的技術難度和運算復雜度為代價的。

5 結論

本文針對跳頻系統中同步環節薄弱的問題，給出了一種抗干擾能力強的快速跳頻同步算法。算法的實現過程中充分考慮了先接收到的頻點峰值信息的優先權，使得該算法更加適合實際的應用環境。算法有較好的抗干擾性能，且同步時間短，能夠在復雜電磁環境中較好地解決跳頻系統同步頭易受干擾的問題。