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具有强抗干扰性的快速跳频捕获方案设计(下)
 
作者:赵花荣 赵明生 罗康生   来源:清华大学    点击数:251   更新时间:2008-3-27
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2.2.3 抗干扰性
   
抗干扰性主要表现为误捕获率和漏捕获率,而快速出局式捕获方法基于快速出局淘汰的思想,与滑动相关法相比,不会增大误捕获率,所以只需研究其漏捕获率。下面针对单频连续干扰,同时存在R=aL个单频干扰,且这些干扰等概率的分布在L个频
隙中的情况进行研究。
    假设在某个频隙,存在幅度为As的目标信号,其同频干扰幅度为Ai,As,与Ai之间的相角θ在[0,2π]区间均匀分布,则As和Ai的合成信号幅度表达式为



    设相关之后的判决器可检测的门限电平为A,则若AV<A,造成频点漏检,此时有



    每个频隙出现干扰的概率为a,所以每个频隙的漏检概率为



    若在一个跳频周期内有H个以上频隙被漏检,将造成系统的漏捕获,则系统漏捕获概率为



其中:
    快速出局滑动法与经典滑动相关法相比,可能会由出局判决的误淘汰而造成漏捕获,从而引入一个很小的漏检概率增量。出局规则为连续M个未捕获时,这个增量与总漏检频隙个数小于H,且连续漏检频隙个数大于等于M的概率相关。为了便于分析,将M的取值范围限定为(H/2,H)。
    连续漏检的频隙有且只有M个,总漏检频隙个数小于H的概率为


    连续漏检的频隙有且只有M+1个,总漏检频隙个数小于H的概率为



    即使恰好存在连续不少于M个频点被干扰以致漏检,也需这些频点中的M个都落在出局判决区间内才能造成系统的漏捕获,所以:
    只有M个连续漏检存在时,系统漏捕获概率为μM=l/L;
    只有M+1个连续漏检存在时,系统漏捕获概率为μM+1=2/L。
    快速出局滑动捕获法比经典滑动相关捕获法的漏捕获概率增量为



其中:i代表连续漏检频隙数;j代表总漏检频隙数。


3 计算机仿真


3.1 改进方法与经典方法的性能对比
   
在无干扰条件下,取出局参数M=0.2L,对跳频序列长度L从8~256取值时的情况进行了仿真,得到匹配滤波法、滑动相关法和快速出局滑动法3种捕获方法的捕获时间期望值对比曲线,如图3所示。



    从图3中的对比曲线中可以看出,快速出局滑动法与经典滑动相关法相比,节省了大量的捕获时间,在M=0.2L时,其捕获时间期望约为经典滑动法的20%。


3.2 出局参数M取值对捕获性能的影响
   
在L=128,a=0.30,Pl=0.10的情况下,取H=L×(a+Pl)/2,仿真得到M的取值范围在(H/2,H)之间时,漏捕获概率的增量与M值的关系曲线如图4所示。图5给出了同等条件下捕获时间的节省量与M值的关系曲线。
    由图4可见,在上述情况下漏捕获概率的增量仅在10-14数量级,且当M/H>0.58时漏捕获概率的增量更小,实际应用中可以忽略不计;由图5可见。捕获时间期望的节省量随着M的增大会减小,但是变化的幅度很小,在6 500~7 300个频隙之间,若跳频通信系统的跳速为50跳/s,则可节省捕获时间在130 s~140 s,捕获时间节省量相当可观。



4 出局参数M值的选取
    快速出局参数M的选择要对捕获时间期望和抗干扰性两个因素进行综合考虑。M太小抗干扰性差,M太大又会导致改进的效果(在缩短捕获时间上)不够明显。
    由图4、图5可知,即使在比较恶劣的通信环境下,例如30%的频点被干扰并且频点漏检概率高达10%的情况,取M=0.6H也能保证在基本不增加漏捕获概率的前提下节省大量的捕获时间。经过多次仿真实验,当出局参数取M=O.6H左右时,可保证系统在具有最高级别的抗干扰性的同时,具有快速捕获速度。
    实际应用中,在军用方面结合自适应跳频等手段可使当前所用频率集受严重干扰的可能性变小;民用和商业应用方面,可通过不同应用的频谱划分,以及相关运营和职能单位的统筹优化,控制跳频系统不受太严重的干扰。此时,为了更大限度地节省捕获时间,使系统更快地实现捕获,可以考虑根据实际情况取较小的M值。



5 结  论
   
通过对匹配滤波法和滑动相关法2种具有最高级别抗干扰性的跳频捕获方法的性能分析和对比,基于抗干扰性强、捕获时间短、系统结构简单3项指标的综合要求,提出了快速出局式捕获法。该方法是基于快速出局的思想对滑动相关法的一种改进方法。快速出局式捕获法与经典方法在捕获时间期望值、误捕获概率、漏捕获概率和系统复杂性等各个方面的性能参数仿真结果对比表明,该法不但保持了最高级别的抗干扰性,还具有接近于匹配滤波法的快速捕获速度,以及与滑动相关法接近的简单系统结构,是一种理想的跳频捕获方法。
    本文还对出局参数的选取进行了量化分析和结合实际情况的讨论,给出了一个保守的建议取值M=0.6H。具体应用中还需根据系统的设计指标要求来折衷考虑捕获速度和抗干扰性,以确定更适合具体应用的出局参数,以及更有效的出局规则。




[1]



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