分时组频点干扰多目标信号的方法

摘要

本发明提出的一种分时组频点干扰多个目标信号的方法，旨在提供一种无需瞬时干扰所有目标信号频率的干扰方法。本发明通过下述技术方案予以实现：首先将目标信号分为M组，瞬时干扰信号数量分为N个；通过干扰设备主控单元将需要干扰的目标信息输入分组配置单元，将多频点干扰信号通过计算生成为多组分时分组周期性干扰信号，然后通过计算机迭代运算程序软件对每组频点的可能组合进行初相寻优，计算和调整每组信号各频点包络幅值最小的初相，并在分组配置单元中建立初相值数据表，分组配置单元通过查表方式对每组各干扰信号的初相进行赋值，输出到干扰激励单元，通过功率放大器进行功率放大后输出至天线发射，对组网通信设备交替循环实施多频点干扰。

权利要求

1.一种分时组频点干扰多个目标信号的方法，其特征在于包括如下步骤：

首先将目标信号分为M组，瞬时干扰信号数量分为N个，确定分组数和每组频点数；通过干扰设备主控单元将需要干扰的目标信息输入分组配置单元；干扰设备主控单元根据干扰脉冲持续时有效干扰，且持续时间能够破坏通信过程的要求，确定干扰信号频率、干扰占空比及信号周期；主控单元将上述信息输入分组配置单元，分组配置单元根据包络最小原则，将多频点干扰信号按优化后包络幅值从小到大的顺序分为M组，每组有N个不同频率的干扰信号，然后通过计算机迭代运算程序软件对每组频点的可能组合进行初相寻优；分组配置单元根据仿真和实验确定占空比和信号周期，确定各干扰信号频率、分组数和每组频点数，组配置单元根据上述参数以及包络优化原则将干扰信号分为M组，利用干扰设备中分组配置单元计算生成干扰信号分时分组方案，干扰设备主控单元在确保干扰信号脉冲持续期间目标信号的信噪比低于其解调门限，且持续时间能够破坏通信过程的前提下，确定干扰信号频率、干扰占空比、信号周期，并将上述参数输出到分组配置单元；分组配置单元将多频点干扰信号计算生成为多组分时分组周期性干扰信号，并输入干扰激励单元产生优化配置，然后通过计算机迭代运算程序软件对每组频点的可能组合进行初相寻优，计算并调整每组信号各频点包络幅值最小的初相，并在分组配置单元中建立初相值数据表，分组配置单元通过查表方式对每组各干扰信号的初相进行赋值，输出到干扰激励单元，干扰激励单元则根据分组配置单元输入的干扰信号参数，以组为单位循环产生周期脉冲干扰信号，并输出到功率放大器进行功率放大后输出至天线发射，对组网通信设备交替循环实施多频点干扰，其中，M、N为自然数。

2.如权利要求1所述的分时组频点干扰多个目标信号的方法，其特征在于，干扰设备主控单元输入分组配置单元的信息包括干扰信号频率、干扰占空比及信号周期以及需要干扰的目标信息，从而使得分组配置单元能够根据仿真和实验确定占空比和信号周期，确定各干扰信号频率、分组数和每组频点数，进而根据上述参数以及包络优化原则将干扰信号分为M组。

3.如权利要求1所述的分时组频点干扰多个目标信号的方法，其特征在于，多频点干扰信号按包络幅值从小到大的顺序进行分组，每组信号各频率按计算出的最优初相进行初相调整。

4.如权利要求1所述的分时组频点干扰多个目标信号的方法，其特征在于，干扰占空比为1：M、信号周期为MT，则需要干扰的目标信号数L满足M（N-1）

5.如权利要求1所述的分时组频点干扰多个目标信号的方法，其特征在于，分组方案和初相值数据表共同组成干扰信号参数。

6.如权利要求1所述的分时组频点干扰多个目标信号的方法，其特征在于，干扰激励单元接受分组配置单元输出的干扰信号参数，以组为单位循环产生周期脉冲合成干扰信号，每组干扰激励信号包含多个频率，占空比为1：M，信号持续时间为T，周期为MT，最后按顺序循环产生各组干扰信号形成周期脉冲干扰激励信号，输出到连接干扰激励单元的功率放大器放大后通过天线发射,以周期重复的脉冲干扰信号对通信设备交替循环实施干扰。

7.如权利要求1所述的分时组频点干扰多个目标信号的方法，其特征在于，分组配置单元可以通过数字信号处理器DSP实现，干扰信号激励单元可以通过现场可编程逻辑阵列FPGA实现。

8.如权利要求1所述的分时组频点干扰多个目标信号的方法，其特征在于，分组配置单元计算每个频点初相，按0°～360°整数进行组合，寻找包络幅度最小的初相组合，得到所有频点组合最优包络，即包络幅值趋于最小对应的初相值，在分组配置单元中建立数据表。

9.如权利要求1所述的分时组频点干扰多个目标信号的方法，其特征在于，干扰激励单元根据占空比、每组信号频率及初相值参数，生成多频点干扰信号并分组分时输出。

说明书

分时组频点干扰多目标信号的方法

技术领域

[0001] 本发明是关于一种适用于对GSM/CDMA2000/WCDMA等无线组网设备的干扰方法。更具体地说，是关于一种多频点分组干扰多目标信号的方法。

背景技术

[0002] 在网络中心对抗中，每个节点需要同其它多个节点进行通信，对网络中单个节点或多个节点的有效对抗需要同时针对多个目标进行干扰。随着电磁环境的日益复杂多变，单个干扰对抗设备或系统需要对抗的目标大幅增加，尤其是在对抗组网设备时，需要对较多的目标信号同时进行干扰。往常用的针对单个设备或单个信号的干扰方式在新的电子环境下不再适用，针对多个目标信号的有效干扰样式设计变得日益重要。

[0003] 在设计多目标信号的干扰样式时，一般需要在同一时间段内同时对多个目标信号进行干扰。对组网设备进行干扰时，同时段需干扰的目标信号较多，若同时生成与目标信号数量相同的多频点干扰信号，受功率放大器总输出功率的限制，则分配到每个频点上的能量较少，达不到有效压制干扰所需的干信比门限；另一方面，如果将干扰能量集中在部分目标信号上，则其余信号并未有效干扰，则达不到整体压制干扰的目的。另外，根据功率放大器的非线性特性，多频点合成信号的包络幅值若超出了功率放大器的线性区时，会产生较高的交互调成分，降低每个频点干扰信号能量。因此，新的多目标干扰优化设计技术对电子对抗装备的发展有重要意义。

发明内容

[0004] 本发明的任务是针对无线组网设备或者系统干扰时，同时干扰的目标信号数量较多，在干扰功率受限时无法同时为每个目标信号频率分配足够的干扰能量的问题，提供一种无需瞬时干扰所有目标信号频率的干扰方法。

[0005] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种分时组频点干扰多个目标信号的方法，其特征在于包括如下步骤：

[0006] 首先将目标信号分为M组，瞬时干扰信号数量分为N个，确定分组数和每组频点数；通过干扰设备主控单元将需要干扰的目标信息输入分组配置单元；分组配置单元将多频点干扰信号计算生成为多组分时分组周期性干扰信号，并输入干扰激励单元产生优化配置，然后通过计算机迭代运算程序软件对每组频点的可能组合进行初相寻优，计算并调整每组信号各频点包络幅值最小的初相，并在分组配置单元中建立初相值数据表，分组配置单元通过查表方式对每组各干扰信号的初相进行赋值，输出到干扰激励单元，干扰激励单元则根据分组配置单元输入的干扰信号参数，以组为单位循环产生周期脉冲干扰信号，并输出到功率放大器进行功率放大后输出至天线发射，对组网通信设备交替循环实施多频点干扰，其中，M、N为自然数。

[0007] 本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

[0008] 本发明通过分时分组及包络优化原则将多频点干扰信号分组，干扰设备将多频点干扰信号分组后分时发出，按照一定的持续周期，交替循环实施干扰，提高各干扰频点的瞬时功率，使每个目标频率分得较高的能量，达到较高的瞬时干信比，从而使干信比超出目标信号的抗干扰容限，达到对无线组网通信设备的多个目标信号进行干扰的目的。在目标信号数量大于其瞬时干扰信号数量时，采用周期重复的脉冲干扰信号可以对组网通信设备进行有效干扰。在一定程度上解决了干扰设备总功率有限条件下，无法同时持续干扰多个目标信号的问题。对无线组网通信设备而言，无需干扰其每一个信息比特，对部分信息比特的干扰即可阻断其通信过程。

[0009] 本发明分组方法根据包络优化原则进行，干扰设备根据该原则完成分组、最优初相计算和初相调整，设备中干扰信号激励单元产生多频点合成的干扰激励信号时可以减小合成信号的包络幅值，激励信号在输入功率放大器进行功率放大时可有效提高有效功率的利用率。利用分时分组的方法形成多组的周期干扰信号，解决了干扰设备的总功率有限条件下，对多个目标信号的有效干扰问题。

[0010] 调整初相的目的在于，通过该调整可以优化干扰激励信号包络，减小多频点合成信号的包络幅值，可有效提高功率放大器有效功率的利用率，提高压制干扰效能。优化设计时，根据包络优化结果的优劣，多频点干扰信号按优化后包络幅值从小到大的顺序进行分组，每组信号各频点按计算出的合成信号包络幅值最小的最优初相进行初相调整，然后根据调整后初相等参数由干扰激励单元产生激励信号并由功率放大器发射，从而提高各频点干扰信号能量。通过调整初相来优化多频点合成信号包络，使合成信号包络幅度趋于最小，从而保证合成信号波形尽可能在功率放大器的线性范围内，减小了交互调成分，提高了功率放大器有效功率利用率，达到有效干扰。

[0011] 综上所述，通过分时分组的方法，增大了单个频点信号的瞬时功率，提高干信比使其超出目标信号的抗干扰容限；通过按包络优化结果的优劣次序分组的方法，使得每组频点组合的合成信号包络最大限度地得到优化，从而使功率放大器在所有干扰频点上输出功率达到最高，提高的干扰的整体效能；最终达到对组网通信设备交替循环实施多频点干扰，提高对GSM/CDMA2000/WCDMA移动通信网等组网通信设备的压制干扰效能。

附图说明

[0012] 为了进一步说明而不是限制本发明的上述实现方式，下面结合附图给出最佳实施例，从而使本发明的细节和优点变得更为明显。

[0013] 图1是本发明分时组多频点干扰原理框图。

[0014] 图2表示为多频点干扰信号分组及周期重复方式的坐标示意图。

[0015] 图3是多个干扰目标频点按包络优化结果的优劣次序分组示意图。

[0016] 图4是本发明最优初相值数据表格式。

[0017] 图5是本发明前后合成信号的波形图。

具体实施方式

[0018] 参阅图1～图4。在以下描述的一种分时组频点干扰多个目标信号方法的实施例中，根据本发明，首先将目标信号分为M组，瞬时干扰信号数量分为N个。M、N为自然数，确定分组数和每组频点数，同时进行初相参数优化，具体方法是干扰设备主控单元根据干扰脉冲持续时有效干扰，且持续时间能够破坏通信过程的要求，确定干扰信号频率、干扰占空比及信号周期。主控单元将上述信息输入分组配置单元，分组配置单元根据包络最小原则，将多频点干扰信号按优化后包络幅值从小到大的顺序分为M组，每组有N个不同频率的干扰信号，然后通过计算机迭代运算程序软件对每组频点的可能组合进行初相寻优。计算机迭代运算程序软件的功能是根据初相优化规则，结合穷举算法对每组频点的可能组合进行初相寻优，计算每组中不同频率信号的初相。经计算机迭代运算程序软件计算并调整每组信号各频点包络幅值较小的初相后，在分组配置单元中建立初相值数据表，分组配置单元通过查表方式对每组各干扰信号的初相进行赋值，得出优化的多组分时分组周期性干扰信号参数并输出到干扰激励单元，该干扰信号参数包括，分组数M、每组干扰信号频率、占空比和干扰周期。其次，干扰激励单元根据分组配置单元输入的干扰信号参数，以组为单位循环产生周期脉冲干扰信号，并输出到功率放大器进行功率放大后输出至天线发射，以周期重复间隔的脉冲干扰信号，对目标进行干扰。干扰信号的特点是多频点分时分组输出的周期脉冲，能够对组网通信设备交替循环实施多频点干扰。

[0019] 在图1描述的分时组多频点干扰原理中，干扰设备主控单元在确保干扰信号脉冲持续期间目标信号的信噪比低于其解调门限，且持续时间能够破坏通信过程的前提下，确定干扰信号频率、干扰占空比（设为1：M）、信号周期，并将上述参数输出到分组配置单元。干扰设备主控单元将需要干扰的目标信息输入分组配置单元，分组配置单元根据仿真和实验确定的占空比和信号周期，确定各干扰信号频率、分组数和每组频点数。分组配置单元根据上述参数以及包络优化原则将干扰信号分为M组，瞬时干扰信号数量，即每组干扰频点数为N个，可以将干扰信号分组1、干扰信号分组2至…干扰信号分组N。若令MN大于目标信号数量，则干扰频率可以覆盖所有目标信号频率。如图2所示，假设干扰信号共6个，共分为3组，每组有2个不同频率的干扰信号，每组干扰信号持续时间为T，3组干扰信号依序循环发送，则占空比为1：3，周期为3T。分组方案根据包络幅度最小的优化原则确定。其原理为将多频点干扰信号按包络优化、优劣次序分组，即按优化后包络幅值从小到大的顺序进行分组，分组方式如图3所示；每组信号各频率再按计算出的最优初相进行初相调整。初相值表如图4所示。然后将分组数、每组频率及其初相等参数输出到干扰激励单元由其产生干扰激励信号，由功率放大器放大后输出。

[0020] 若有效的占空比为1：M、信号周期为MT，则需要干扰的目标信号L满足M（N-1）

[0021] 分组配置单元按照信号包络最小的原则确定干扰信号分组方案，按优化后包络幅值从小到大的顺序进行分组，每组信号各频点按计算出的合成信号包络幅值最小的最优初相进行初相调整。通过包络优化原则结合穷举算法对每组频点的可能组合进行初相寻优，得到包络幅值最小的分组方案；然后计算每组干扰信号包络幅值最小的初相，并在分组配置单元中建立图4为例初相值数据表，表中共4个信号，分别记录其与每组中首个信号的频差、各信号初相和每组信号合成后的包络的最大值。这样，分组方案和初相值数据表共同组成干扰信号参数，由分组配置单元输出到干扰激励单元产生干扰激励信号。

[0022] 干扰激励单元接受分组配置单元输出的干扰信号参数，以组为单位循环产生周期脉冲合成干扰信号。每组干扰激励信号包含多个频率，占空比为1：M，信号持续时间为T，周期为MT，最后按顺序循环产生各组干扰信号形成周期脉冲干扰激励信号，输出到连接干扰激励单元的功率放大器放大后通过天线发射,以周期重复的脉冲干扰信号对通信设备交替循环实施干扰。以GSM数字移动通信网干扰为例，进行多频点干扰时，将多频点干扰信号分成3组每组持续1～10ms，采用占空比为1：3的分组周期，以周期重复的脉冲干扰信号对GSM数字移动通信网实施干扰，在脉冲持续期间可使通信信号的信噪比低于被干扰目标接收机的解调门限,达到干扰目的。若每组有N个干扰信号，则在总功率只能满足N个频率持续有效干扰时，本方案可以有效干扰3N个移动通信网目标频率。

[0023] 1）硬件设计

[0024] 分组配置单元可以通过数字信号处理器（DSP）实现，干扰信号激励单元可以通过现场可编程逻辑阵列（FPGA）实现，FPGA利用直接数字频率合成技术可以实现任意可物理实现的分时分组的干扰激励信号的产生，此时干扰激励信号数量、分组数和周期仅由硬件性能限制。

[0025] 2)算法设计

[0026] 为减少运算时间，分组配置单元计算每个频点初相，按0°～360°整数进行组合，寻找使合成信号包络幅度最小的初相组合，对每组频点的可能组合进行初相寻优，得到所有频点组合最优包络，即包络幅值趋于最小对应的初相值，在分组配置单元中建立数据表。在运算过程中，依据合成信号的包络表达式推导结论只需计算必要的组合情况。包络表达式推导的组合情况有：

[0027] a）对于等间隔的多载波，即使间隔大小不同，使合成信号包络最优的初相也相同；

[0028] b）对于一组多载波，频率同时增加和减小相同的数值时，使合成信号包络最优的初相不变；

[0029] c）包络函数是周期性的，可以在一个周期的时间内，改变各初相，寻找使包络幅值最小的初相。

[0030] d)将多频点干扰信号根据包络优化结果的优劣次序进行分组。根据运算结果，相同频点数的组合信号包络优化所能达到的幅值从小到大顺序为：等间隔→等间隔+1→两两等间隔→其他，故按此顺序进行分组。

[0031] 3)算法证明

[0032] a）对于等间隔的多载波，即使间隔大小不同，使合成信号包络最优的初相也相同。

[0033] 多载波数字合成信号由多个单频信号组成，单个单频信号可以分别表达为：

[0034] 其中，ω1为基准频率；

[0035] ki为正整数；

[0036] Δω为各单频信号频差的公因数；为信号初始相位。

[0037] 由于

[0038]

[0039] 则多载波数字合成信号Ui可化为：

[0040]

[0041]

[0042]

[0043]

[0044] 则多载波数字合成信号Ui的包络为

[0045] 其中，

[0046] 已知， 是信号初相， 使关于时间t的的最大值最小的 即使包络的最大值尽量的小，便可使合成信号包
络得到优化。

[0047] 从合成信号的包络表达式可以得到如下结论：

[0048] 对于等间隔的多载波，即使间隔大小不同，使合成信号包络最优的初相也相同。

[0049] 即：频点号[k1 k2 k3 k4…]为等差数列的所有组合，最优初相相同。

[0050] 证明：设 可以使频点号[k1 k2 k3 k4…]的合成信号包络的最大值最小，且包络的最大值Am在T时刻取得，则此时，

[0051]

[0052]

[0053] 若频点号变为[mk1 mk2 mk3 mk4…]，则

[0054]

[0055]

[0056] 可以看出，当t＝T/m， 时，该包络的最大值也为Am，合成信号的包络最优。

[0057] b）对于一组多载波，频率同时增加和减小相同的数值时，使合成信号包络最优的初相不变；

[0058] 证明：输入信号可以化简如下：

[0059]

[0060]

[0061]

[0062]

[0063] 令：

[0064]

[0065]

[0066] 则：

[0067]

[0068] 包络为 其中

[0069]

[0070]

[0071] 当多载波的频率从[ω1 ω2 ω3 ω4...]变为[ω1+Ωω2+Ωω3+Ωω4+Ω...]时，输入信号同样可以化简为 包络函数 不变。因此使合成信号包络最优的初相也不变。

[0072] c）包络函数是周期性的，可以在一个周期的时间内，改变各初相，寻找使包络的最大值最小的初相。

[0073] 证明：

[0074] 由于包络函数为 其中

[0075]

[0076]

[0077] 当各初相确定后，A、B的第一项都为常数，其他各项函数都是周期性的，因此包络函数的周期即为各函数周期的最小公倍数。

[0078] 各项的周期分别为： 设Δω＝2π*0.2*106，则各项的周

[0079] 期为，

[0080] 设包络函数周期为T，，则无论ki是多少，只需T=5*10-6s，ki*0.2*106*T都为整数。当ki（i=1,2,…）有公约数时，包络函数的周期可以更小。

[0081] 实施例1

[0082] 使用占空比小于1的周期性脉冲干扰信号下多个GSM/CDMA2000移动通信网小区进行干扰。在已知目标信号数量、频率的前提下，利用干扰设备中分组配置单元计算生成干扰信号分时分组方案，根据方案由干扰激励单元产生占空比小于1的周期性脉冲干扰信号，对多个GSM/CDMA2000/WCDMA移动通信网小区进行干扰，其总的有效干扰信号数量大于瞬时干扰信号数量，其有效干扰的占空比为1：2和1：3，持续周期为1～10ms，若瞬时干扰信号数量为N，则可以对数量小于等于3N的目标信号进行干扰。

[0083] 实施例2

[0084] 参阅图3。以目标可用频点数为30个（等间隔f1，f2，……，f30），同时需干扰的目标信号频点数为12个为例，干扰所需占空比为1:3，则首先将12个频点分成3组，每组4个。分组时，按包络优化结果的优劣次序“等间隔→等间隔+1→两两等间隔→其他”的顺序。

[0085] 参阅图4。分组配置单元迭代运算对每组频点的可能组合进行初相寻优，得到所有频点组合最优包络（即包络幅值趋于最小）对应的初相值，建立数据表。数据表格式参阅图4，其中，f2～f4与f1的相差步长n所对应频率为f1+n×△f，△f=f2-f1。干扰激励单元根据占空比、每组信号频率及初相值等参数，生成多频点干扰信号并分组分时输出。初相调整前后合成信号的波形参见图5。干扰激励单元输出干扰信号到功率放大器，由功率放大器进行功率放大后发射，实施干扰。

[0086] 如图5可知，初相调整后，合成信号包络较平稳，包络幅值较小，因此更容易保持在功率放大器的线性区内，产生的交互调成分较少。

[0087] 以上结合附图对本发明进行了详细描述，但需要指出的是，上述实例所描述的是仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，比如在干扰激励生成时，分组配置单元调整输出到干扰激励单元的干扰信号参数，可以将脉冲的持续时间、周期及占空比变为不同于示例的其他值。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。