CN106877903B - 一种基于混合跳频的二维信息隐匿抗干扰通信方法 - Google Patents

一种基于混合跳频的二维信息隐匿抗干扰通信方法 Download PDF

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Abstract

一种基于混合跳频的二维信息隐匿抗干扰通信方法，包括下述步骤：1）、采用差分跳频体制将第一维信息数据依据G函数规则产生跳频序列，并按照跳频序列产生频率变化的载波信号；将第二维信息数据利用FSK方式调制到频率变化的载波信号上，得到混合跳频的二维信息隐匿抗干扰通信信号，通过天线发射；2）、对接收基于混合跳频的二维信息隐匿抗干扰通信信号进行STFT变换得到频域结果，通过对频域结果进行频点检测，按照G‑1函数规则得到第一维信息数据；对每跳信号进行FSK解调，得到第二维信息数据，实现二维信息隐匿抗干扰通信。本发明通过将差分跳频体制与常规跳频体制相结合，提高通信过程的隐匿性、抗干扰性和信道容量，节省功率消耗。

Description

一种基于混合跳频的二维信息隐匿抗干扰通信方法
技术领域
本发明涉及到一种基于混合跳频的二维信息隐匿抗干扰通信方法，属于通信技术领域。
背景技术
跳频技术是最常用的扩频技术之一，跳频通信系统的收发双方传输信号的载波频率按照特定规则进行离散变化，具有抗截获能力强、抗干扰性强的优点，在现代军事通信，特别是战术抗干扰电台中得到了广泛应用。世界各国对跳频技术的发展十分重视，美军的先进极高频AEHF卫星通信系统、军用短波电台CHESS系统中均采用了跳频技术；此外，跳频技术在室内无线通信、卫星通信、水下通信和雷达等民用领域也得被广泛应用。
常规跳频信号的载波频率受伪随机序列控制，根据伪随机序列状态的变化产生跳频图案，利用跳频频率集与跳频图案间映射关系设定每跳跳频信号的载波频率。伪随机序列在短时间内无周期性，但在长时间内仍存在周期性，通过对跳频信号进行长时间的接收和周期性分析，可检测出跳频图案，增加了常规跳频通信系统被干扰的风险。差分跳频信号的载波频率受G函数和被传输的信息数据决定，根据上一跳差分跳频信号所在频点和当前传输信息数据，按照G函数规则产生跳频图案，由于传输信息数据具有不确定性，因而跳频图案具有随机性，具有更低的被截获率和更高的抗干扰性。
目前，针对跳频信号的干扰方法主要有：全频带干扰、部分频带干扰、单频干扰、多频干扰和跟踪式干扰。在所有时间内对整个频带范围施放大功率干扰信号，即为全频带干扰；在某几个相邻或不相邻的频带上施放长时间大功率的干扰，即部分频带干扰；在某一个固定频率上施放长时间的大功率干扰信号，即为单频干扰；在某几个固定频率上施放长时间的大功率干扰，即多频干扰；依照跳频图案的规律跟踪施放大功率干扰，即为跟踪式干扰。全频带干扰覆盖整个跳频频带范围，对常规跳频通信系统和差分跳频通信系统均能达到较好的干扰效果，但由于覆盖频带范围宽，消耗功率大，干扰效率低。部分频带干扰覆盖跳频频带范围的一部分，可对落入覆盖频带范围的跳频信号造成干扰，对常规跳频通信系统和差分跳频通信系统均能达到较好的干扰效果，消耗功率低于全频带干扰。单频干扰对某一频率施放大功率信号，仅对跳至该频率的跳频信号造成影响，对常规跳频通信系统和差分跳频通信系统的干扰效果较差。多频干扰同时对某几个频率施放大功率信号，对跳至这几个频率的跳频信号造成影响，干扰效果优于单频干扰。跟踪式干扰对当前跳信号所在频率进行检测，并将干扰信号频率变换至当前跳信号频率，对常规跳频通信系统的干扰效果较好，对差分跳频通信系统的干扰效果较差。
发明内容
本发明要解决的问题是信息的隐匿和抗干扰传输，提供一种基于混合跳频，本发明通过将差分跳频体制与常规跳频体制相结合，提高通信过程的隐匿性、抗干扰性和信道容量，节省功率消耗。
采用的技术方案是：
一种基于混合跳频的二维信息隐匿抗干扰通信方法，包括下述步骤：
1）、基于差分体制的第一维信息数据跳频信号产生
首先，输入第一维信息数据；其次，设定G函数初始参数，并根据G函数扇出系数依次读取第一维信息数据；然后，按照G函数规则和读取的第一维信息数据，依次产生跳频序列；最后，根据跳频序列映射得到对应的跳频频率，并产生基于差分跳频体制的第一维信息数据跳频信号。
2）、基于跳频体制的第二维信息数据复合调制
首先，输入第二维信息数据；其次，输入当前时刻基于差分体制的第一维信息数据跳频信号；最后，将第二维信息数据以FSK方式调制到基于差分体制的第一维信息数据跳频信号每跳载波上，实现基于跳频体制的第二维信息数据复合调制，得到基于混合跳频的二维信息隐匿抗干扰通信信号，并通过天线发射。
3）、基于STFT和G-1函数的第一维信息数据解调
首先，利用天线接收基于混合跳频的二维信息隐匿抗干扰通信信号；其次，对接收信号进行STFT处理依次得到不同时间的频域结果；接下来，按时间顺序依次对频域结果进行频点检测，得到接收信号频率随时间变化结果；最后，根据G-1函数规则对接收信号频率随时间变化结果进行检测，解调出第一维信息数据。
4）、基于频点检测的第二维信息数据解调
首先，输入接收信号频率随时间变化结果；其次，根据每跳接收信号所在频率，对接收信号进行FSK解调，得到第二维信息数据。
采用差分跳频体制进行第一维信息传输，采用常规跳频体制进行第二维信息传输，实现信息隐匿抗干扰通信。
本发明的工作原理是：
首先，采用差分跳频体制将第一维信息数据依据G函数规则产生跳频序列，并按照跳频序列产生频率变化的载波信号；然后，将第二维信息数据利用FSK方式调制到频率变化的载波信号上，得到基于混合跳频的二维信息隐匿抗干扰通信信号，通过天线发射；进一步，利用天线接收基于混合跳频的二维信息隐匿抗干扰通信信号，对接收信号进行STFT变换得到频域结果，通过对频域结果进行频点检测，按照G-1函数规则得到第一维信息数据；最后，利用频点检测结果，对每跳信号进行FSK解调，得到第二维信息数据，实现二维信息隐匿抗干扰通信。
本发明的效果和益处是：首先，通过将差分跳频体制和常规跳频体制相结合，得到的基于混合跳频的二维信息隐匿抗干扰通信信号在时域和频域上仅呈现与常规跳频信号相同的频率随时间变化特性，对于非合作方不易发觉采用G函数规则传输的第一维信息数据，具有较强的隐蔽性和反侦察性；其次，基于混合跳频的二维信息隐匿抗干扰通信信号同时传输二维信息数据，但信号带宽和发射功率与常规跳频信号相同，节省了发射功率，提高了通信容量和带宽利用率；最后，对于常规跳频通信系统有效的跟踪式干扰信号，仅能对基于混合跳频的二维信息隐匿抗干扰通信信号中的第二维信息数据造成干扰效果，而无法干扰采用差分跳频体制传输的第一维信息数据，抗干扰性好。
具体实施方式
一种基于混合跳频的二维信息隐匿抗干扰通信方法，包括下述步骤：
1、基于差分体制的第一维信息数据跳频信号产生
基于差分体制的第一维信息数据跳频信号产生具体包含3步：
1）、输入第一维信息数据；
2）、按照G函数规则和输入的第一维信息数据，产生跳频序列；
3）、按照跳频序列产生基于差分跳频体制的第一维信息数据跳频信号。
（1）输入第一维信息数据
第一维信息数据数学模型如下：
参数设定：
①第一维信息数据集合：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
②第一维信息数据元素：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
输入第一维信息数据：
①
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
。
（2）产生跳频序列
参数设定：
①第一维信息数据映射结果：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
；
②频点偏移量：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
；
③单跳信号频率序号：
Figure DEST_PATH_IMAGE016
；
④起始跳频频率序号：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
；
⑤跳频序列：
Figure DEST_PATH_IMAGE020
。
产生跳频序列：
①
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，传输数据映射；
②
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，计算下一跳频点偏移量；
③
Figure DEST_PATH_IMAGE030
，计算下一跳差分跳频信号频率序列；
④
Figure DEST_PATH_IMAGE032
，得到跳频序列。
（3）产生基于差分体制的第一维信息数据跳频信号
参数设定：
①基于差分体制的第一维信息数据跳频信号：
Figure DEST_PATH_IMAGE034
；
②跳频频率集：
Figure DEST_PATH_IMAGE036
；
③单跳驻留时间：
Figure DEST_PATH_IMAGE038
；
④载波振幅：A。
产生基于差分体制的第一维信息数据跳频信号：
①
Figure DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure DEST_PATH_IMAGE042
，跳频频率映射；
②
Figure DEST_PATH_IMAGE044
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure DEST_PATH_IMAGE026A
，
Figure DEST_PATH_IMAGE028A
，产生差分跳频信号。
2、基于跳频体制的第二维信息数据复合调制
基于跳频体制的第二维信息数据复合调制具体包含2步：
1）、输入第二维信息数据；
2）、将第二维信息数据与差分跳频信号进行复合调制。
（1）输入第二维信息数据
第二维信息数据数学模型如下：
参数设定：
①第二维信息数据集合：
Figure DEST_PATH_IMAGE050
；
②第二维信息数据元素：
Figure DEST_PATH_IMAGE052
；
输入第二维信息数据：
①
Figure DEST_PATH_IMAGE054
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE056
，
Figure DEST_PATH_IMAGE026AA
。
（2）将第二维信息数据与差分跳频信号进行复合调制
参数设定：
①复合调制信号：
Figure DEST_PATH_IMAGE059
；
②频点偏移：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE061
。
产生复合调制信号：
①
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE063
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE046A
，
Figure DEST_PATH_IMAGE026AAA
，
Figure DEST_PATH_IMAGE028AA
。
3、基于STFT和G-1函数的第一维信息数据解调
基于STFT和G-1函数的第一维信息数据解调具体包含3步：
1）、基于STFT的接收信号时频分析；
2）、差分跳频信号频点判决；
3）、基于G-1函数的第一维信息数据解调。
（1）基于STFT的接收信号时频分析
参数设定：
①采样间隔：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE068
；
②采样时长：
Figure DEST_PATH_IMAGE070
；
③单位冲激信号：
Figure DEST_PATH_IMAGE072
；
④采样点序号：
Figure DEST_PATH_IMAGE074
；
⑤时间段序号：
Figure DEST_PATH_IMAGE076
。
接收信号时频变换：
①
Figure DEST_PATH_IMAGE078
，
Figure DEST_PATH_IMAGE080
，
Figure DEST_PATH_IMAGE082
接收信号采样；
②
Figure DEST_PATH_IMAGE084
，
Figure DEST_PATH_IMAGE086
，STFT时频变换。
（2）差分跳频信号频点判决
参数设定：
①频域能量阈值：
Figure DEST_PATH_IMAGE088
；
②过阈值频点集合：
Figure DEST_PATH_IMAGE090
；
③复合调制信号频率集合：
Figure DEST_PATH_IMAGE092
。
频点判决：
①
Figure DEST_PATH_IMAGE094
，能量过阈值频点检测；
②
Figure DEST_PATH_IMAGE096
，识别复合调制信号频率。
（3）基于G-1函数的第一维信息数据解调
参数设定：
①连续时间段复合调制信号频率序列：
Figure DEST_PATH_IMAGE098
；
②跳频序列：
Figure DEST_PATH_IMAGE100
;
③接收信号连续时间段频点偏移量：
Figure DEST_PATH_IMAGE102
；
④解算第一维信息数据符号：
Figure DEST_PATH_IMAGE104
；
⑤解算第一维信息数据：
Figure DEST_PATH_IMAGE106
。
第一维信息数据解调：
①
Figure DEST_PATH_IMAGE108
跳频序列映射；
②
Figure DEST_PATH_IMAGE110
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE080A
且
Figure DEST_PATH_IMAGE113
，计算接收信号连续时间段频点偏移量；
③
Figure DEST_PATH_IMAGE115
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE117
，频点偏移量除以2并下取整，解算第一个符号位；
④
Figure DEST_PATH_IMAGE119
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE121
，频点偏移量模2，解算第二个符号位；
⑤
Figure DEST_PATH_IMAGE123
，符号反映射得到传输的第一维信息数据。
4、基于频点检测的第二维信息数据解调
参数设定：
①第二维信息数据：
Figure DEST_PATH_IMAGE125
。
第二维信息数据解调：
①
Figure DEST_PATH_IMAGE127
，解调第二维信息数据。

Claims (1)

1.一种基于混合跳频的二维信息隐匿抗干扰通信方法，包括下述步骤：
1）、采用差分跳频体制将第一维信息数据依据G函数规则产生跳频序列，并按照跳频序列产生频率变化的载波信号；然后，将第二维信息数据利用FSK方式调制到频率变化的载波信号上，得到基于混合跳频的二维信息隐匿抗干扰通信信号，通过天线发射；
2）、利用天线接收基于混合跳频的二维信息隐匿抗干扰通信信号，在信号接收过程中，对接收基于混合跳频的二维信息隐匿抗干扰通信信号进行STFT变换得到频域结果，通过对频域结果进行频点检测，按照G-1函数规则得到第一维信息数据；最后，利用频点检测结果，对每跳信号进行FSK解调，得到第二维信息数据，实现二维信息隐匿抗干扰通信；其特征在于:
A、基于差分体制的第一维信息数据跳频信号产生
基于差分体制的第一维信息数据跳频信号产生具体包含3步：
1）、输入第一维信息数据；
2）、按照G函数规则和输入的第一维信息数据，产生跳频序列；
3）、按照跳频序列产生基于差分跳频体制的第一维信息数据跳频信号；
（1）输入第一维信息数据；
第一维信息数据数学模型如下：
参数设定：
①第一维信息数据集合：
Figure 462788DEST_PATH_IMAGE001
；
②第一维信息数据元素：
Figure 232161DEST_PATH_IMAGE002
；
输入第一维信息数据：
①
Figure 533829DEST_PATH_IMAGE003
，其中
Figure 159983DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 953626DEST_PATH_IMAGE005
；
（2）产生跳频序列；
参数设定：
①第一维信息数据映射结果：
Figure 526690DEST_PATH_IMAGE007
；
②频点偏移量：
Figure 948444DEST_PATH_IMAGE008
；
③单跳信号频率序号：
Figure 886444DEST_PATH_IMAGE009
；
④起始跳频频率序号：
Figure 26439DEST_PATH_IMAGE010
；
⑤跳频序列：
Figure 403193DEST_PATH_IMAGE012
；
产生跳频序列：
①
Figure 554820DEST_PATH_IMAGE013
，传输数据映射；
②
Figure 53935DEST_PATH_IMAGE014
，其中
Figure 353329DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 471458DEST_PATH_IMAGE016
，计算下一跳频点偏移量；
③
Figure 602225DEST_PATH_IMAGE017
，计算下一跳差分跳频信号频率序列；
④
Figure 147607DEST_PATH_IMAGE018
，得到跳频序列；
（3）产生基于差分体制的第一维信息数据跳频信号
参数设定：
①基于差分体制的第一维信息数据跳频信号：
Figure 731035DEST_PATH_IMAGE019
；
②跳频频率集：
Figure 184013DEST_PATH_IMAGE020
；
③单跳驻留时间：
Figure 700445DEST_PATH_IMAGE021
；
④载波振幅：A；
产生基于差分体制的第一维信息数据跳频信号：
①
Figure 151149DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 425135DEST_PATH_IMAGE023
，跳频频率映射；
②
Figure 9701DEST_PATH_IMAGE024
，其中
Figure 990426DEST_PATH_IMAGE025
，
Figure 2244DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 492088DEST_PATH_IMAGE016
，产生差分跳频信号；
B、基于跳频体制的第二维信息数据复合调制；
基于跳频体制的第二维信息数据复合调制具体包含2步：
1）、输入第二维信息数据；
2）、将第二维信息数据与差分跳频信号进行复合调制；
（1）输入第二维信息数据；
第二维信息数据数学模型如下：
参数设定：
①第二维信息数据集合：
Figure 755711DEST_PATH_IMAGE026
；
②第二维信息数据元素：
Figure 449997DEST_PATH_IMAGE027
；
输入第二维信息数据：
①
Figure 367138DEST_PATH_IMAGE028
，其中
Figure 818979DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 417450DEST_PATH_IMAGE015
；
（2）将第二维信息数据与差分跳频信号进行复合调制；
参数设定：
①复合调制信号：
Figure 231822DEST_PATH_IMAGE030
；
②频点偏移：
Figure 726389DEST_PATH_IMAGE031
；
产生复合调制信号：
①
Figure 196684DEST_PATH_IMAGE032
，其中
Figure 926743DEST_PATH_IMAGE025
，
Figure 470988DEST_PATH_IMAGE016
；
C、基于STFT和G-1函数的第一维信息数据解调；
基于STFT和G-1函数的第一维信息数据解调具体包含3步：
1）、基于STFT的接收信号时频分析；
2）、差分跳频信号频点判决；
3）、基于G-1函数的第一维信息数据解调；
（1）基于STFT的接收信号时频分析；
参数设定：
①采样间隔：
Figure 729931DEST_PATH_IMAGE034
；
②采样时长：
Figure 15419DEST_PATH_IMAGE036
；
③单位冲激信号：
Figure 955693DEST_PATH_IMAGE037
；
④采样点序号：
Figure 620024DEST_PATH_IMAGE039
；
⑤时间段序号：
Figure 581026DEST_PATH_IMAGE041
；
接收信号时频分析：
①
Figure 760335DEST_PATH_IMAGE042
，
Figure 707562DEST_PATH_IMAGE043
，
Figure 351033DEST_PATH_IMAGE044
接收信号采样；
②
Figure 951779DEST_PATH_IMAGE045
，
Figure 87225DEST_PATH_IMAGE046
，STFT时频变换；
（2）差分跳频信号频点判决；
参数设定：
①频域能量阈值：
Figure 369302DEST_PATH_IMAGE048
；
②过阈值频点集合：
Figure 398438DEST_PATH_IMAGE050
；
③复合调制信号频率集合：
Figure 45451DEST_PATH_IMAGE051
；
频点判决：
①
Figure 464931DEST_PATH_IMAGE052
，能量过阈值频点检测；
②
Figure 347436DEST_PATH_IMAGE053
，识别复合调制信号频率；
（3）基于G-1函数的第一维信息数据解调；
参数设定：
①连续时间段复合调制信号频率序列：
Figure 231079DEST_PATH_IMAGE054
；
②跳频序列：
Figure 314572DEST_PATH_IMAGE055
;
③接收信号连续时间段频点偏移量：
Figure 283665DEST_PATH_IMAGE056
；
④解算第一维信息数据符号：
Figure 901685DEST_PATH_IMAGE058
；
⑤解算第一维信息数据：
Figure 780780DEST_PATH_IMAGE059
;
第一维信息数据解调：
①
Figure 628650DEST_PATH_IMAGE060
跳频序列映射；
②
Figure DEST_PATH_IMAGE061
，其中
Figure 225985DEST_PATH_IMAGE043
且
Figure DEST_PATH_IMAGE062
，计算接收信号连续时间段频点偏移量；
③
Figure DEST_PATH_IMAGE063
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE064
，频点偏移量除以2并下取整，解算第一个符号位；
④
Figure DEST_PATH_IMAGE065
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE066
，频点偏移量模2，解算第二个符号位；
⑤
Figure DEST_PATH_IMAGE067
，符号反映射得到传输的第一维信息数据；
D、基于频点检测的第二维信息数据解调；
参数设定：
①第二维信息数据：
Figure DEST_PATH_IMAGE068
；
第二维信息数据解调：
①
Figure DEST_PATH_IMAGE069
，解调第二维信息数据。
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一种新型混合跳频通信技术;胡彬;《军事通信技术》;20081231;第33-36页 *

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