射頻隱身數(shù)據(jù)鏈的通信波形參數(shù)優(yōu)化建模

謝桂輝,田茂,王正海,唐曉慶,李杰

(1.武漢大學電子信息學院,430072,武漢;2.中國西南電子技術(shù)研究所,610036,成都)

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射頻隱身數(shù)據(jù)鏈的通信波形參數(shù)優(yōu)化建模

謝桂輝1,田茂1,王正海2,唐曉慶1,李杰1

(1.武漢大學電子信息學院,430072,武漢;2.中國西南電子技術(shù)研究所,610036,成都)

針對數(shù)據(jù)鏈在惡劣環(huán)境下被截獲概率過高的問題,建立了一種基于射頻隱身的通信波形參數(shù)優(yōu)化模型?；诃h(huán)境感知系統(tǒng)得到的通信距離和截獲距離等先驗知識,該優(yōu)化模型以原始消息序列長度、編碼碼率、擴頻因子、調(diào)制方式和波形分集度為優(yōu)化參數(shù),以指定距離的通信速率和被截獲概率為優(yōu)化目標,通過歸一化和線性加權(quán)變換得到總優(yōu)化目標,最后使用遍歷法得到總優(yōu)化目標的最大值并將對應(yīng)的通信波形參數(shù)作為最優(yōu)解。仿真結(jié)果表明:當載體信息安全等級提高時,優(yōu)化模型在約束值范圍內(nèi)將通信速率適度降低,將被截獲概率從原來的8.6×10-7降低至6.9×10-9;當數(shù)據(jù)鏈處于最惡劣的環(huán)境時,相同平均通信速率條件下優(yōu)化后數(shù)據(jù)鏈的被截獲概率可降低至優(yōu)化前的1/1 000,大大提高了射頻隱身性能。

數(shù)據(jù)鏈;射頻隱身;通信波形參數(shù);優(yōu)化模型

隨著無源探測系統(tǒng)探測距離的提高,裝載了數(shù)據(jù)鏈的飛機或艦艇等設(shè)備平臺面臨的生存威脅越來越大。與傳統(tǒng)材料隱身不同的是,射頻隱身要求在保障系統(tǒng)通信性能的前提下盡可能提高隱身性能,因此,射頻隱身已經(jīng)成為一個重要研究領(lǐng)域[1]。

現(xiàn)有的大多數(shù)文獻都是通過最大化信號不確定性[2]或最小化輻射能量[3-4]來實現(xiàn)射頻隱身,這些文獻相對于傳統(tǒng)最大輻射功率法,其射頻隱身性能已得到顯著提高,但是它們都是基于固定的通信波形參數(shù),無法使數(shù)據(jù)鏈在復雜環(huán)境下總以最合適的通信波形參數(shù)進行信號的輻射,存在一定的局限性。目前已有一些文獻分析了通信波形參數(shù)對系統(tǒng)低截獲特性的影響[5-10],但是僅考慮了單個通信波形設(shè)計技術(shù)的部分參數(shù),沒有對系統(tǒng)物理層波形設(shè)計技術(shù)進行整體聯(lián)合分析,更沒有涉及通信波形參數(shù)的優(yōu)化問題。文獻[11]針對多個通信波形參數(shù)對系統(tǒng)的通信速率進行了優(yōu)化,但并未考慮射頻隱身性能。因此,如何將通信波形參數(shù)與數(shù)據(jù)鏈的射頻隱身需求結(jié)合起來,在射頻隱身領(lǐng)域具有重要意義。

本文針對數(shù)據(jù)鏈射頻隱身性能的通信波形參數(shù)的優(yōu)化問題展開了研究:以原始消息序列長度、信道編碼碼率、擴頻因子、調(diào)制方式和波形分集度為優(yōu)化參數(shù),以給定距離的被截獲概率和可靠通信速率為優(yōu)化目標,建立了一種自適應(yīng)的通信波形參數(shù)優(yōu)化模型。仿真結(jié)果表明,該優(yōu)化模型可在不同的數(shù)據(jù)鏈載體信息類型和環(huán)境威脅因子下獲得優(yōu)化解。與優(yōu)化前相比,優(yōu)化后數(shù)據(jù)鏈在相同的通信速率下,可獲得更低的被截獲概率,具有較好的射頻隱身性能。

1 多目標優(yōu)化建模

1.1 通信速率模型

在質(zhì)量隨機變化的無線信道中,根據(jù)信道質(zhì)量實時動態(tài)調(diào)整通信速率,是數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)高效傳輸載體信息的保障。通信速率可表示為

Rb=LQmC/ts

(1)

式中:L為原始消息序列長度;Qm為調(diào)制參數(shù),當調(diào)制方式分別為BPSK、QPSK、16QAM時,Qm分別為1、2、4;ts為一個通信時隙持續(xù)時間;C為時域上的波形分集度,改變波形分集度可直接改變通信時隙內(nèi)波形有效持續(xù)時間與靜默時間的比例,這種通過改變輻射波形的占空比來調(diào)整通信系統(tǒng)通信速率的方式,已經(jīng)應(yīng)用于LINK16/LINK22等軍用無線通信系統(tǒng)中[12]。

式(1)中數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)的通信速率受原始消息序列長度、調(diào)制方式和波形分集度直接影響,而編碼碼率和擴頻因子則通過與原始消息序列長度L的約束關(guān)系間接影響著通信速率的可變動態(tài)范圍,約束關(guān)系如下

(2)

式中:Rcoding為編碼碼率;tc為擴頻后一個碼片持續(xù)的時間;Gp為擴頻因子;D為最大波形占空比。綜合式(1)和式(2)可將通信速率模型表示為

Rb=f1(Qm,C,Rcoding,Gp)

(3)

1.2 被截獲概率模型

在射頻隱身作戰(zhàn)應(yīng)用中,危及戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)載體安全性的首要問題是敵方無源探測系統(tǒng)對通信射頻信號的截獲。非合作無源探測系統(tǒng)對通信系統(tǒng)載體安全的威脅可以采用一個特征定量描述,即在給定距離上的被截獲概率。

將通信系統(tǒng)射頻信號在給定距離d上被敵方非合作無源探測系統(tǒng)截獲的概率用PI,d表示。PI,d是空間、時間、頻率域三重窗口的重合概率和能量域檢測概率的乘積,可表示為

(4)

式中:AF指的是無源探測系統(tǒng)調(diào)諧到發(fā)射機頻率的概率;DI為空間上無源探測系統(tǒng)的密度;T表示無源探測系統(tǒng)的積分時間;TOT為數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)對無源探測系統(tǒng)的照射時間;PD為無源探測系統(tǒng)探測到發(fā)射機波束能量的檢測概率。在本文中,假設(shè)無源探測系統(tǒng)的前端截獲模型是寬帶輻射計,無源探測系統(tǒng)位于數(shù)據(jù)鏈波束主瓣范圍內(nèi),則有AFDI=1。因此,被截獲概率可簡化為

PI,d=min(TOT,T)PD/T

(5)

式中

TOT=LGpCtc/Rcoding

(6)

2個相鄰的通信時隙之間需要預留一定的抖動時間,故TOT需滿足式(7)所示約束條件

TOT≤Dts

(7)

綜合式(6)和式(7),可將TOT表示為

TOT=g1(L,Rcoding,Gp,C,D)

(8)

(9)

式中:PFA表示無源探測系統(tǒng)的虛警概率;γ表示無源探測系統(tǒng)接收端接收到的數(shù)據(jù)鏈信號能量與單邊帶噪聲能量的比值,可表示為

(10)

其中,pIr表示單位時間內(nèi)無源探測系統(tǒng)接收端接收到的數(shù)據(jù)鏈信號能量,GTR表示數(shù)據(jù)鏈在無源探測系統(tǒng)方向的發(fā)射天線增益,GRI表示無源探測系統(tǒng)接收天線增益,LPI表示數(shù)據(jù)鏈射頻信號在無源探測系統(tǒng)方向的傳播損耗,B表示無源探測系統(tǒng)前端濾波器的帶寬,N0為噪聲功率譜密度,pt表示數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)發(fā)射端的輻射功率。

為保證數(shù)據(jù)鏈端機以要求的誤碼率可靠解調(diào)通信信號,則其接收到的通信信號功率應(yīng)滿足通信波形的功率靈敏度要求,即

pr≥pr,min=EbRb+Y0=(Eb/N0)RbN0+Y0

(11)

式中:Eb/N0表示通信速率Rb對應(yīng)通信波形可靠解調(diào)所需的最低每比特信號能量與噪聲功率譜密度的比值;Y0表示數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)的鏈路余量;pr,min表示通信波形的數(shù)據(jù)鏈端機接收功率靈敏度;pr表示數(shù)據(jù)鏈端機接收到的通信信號功率,可表示為

pr=ptGTRGRR/LPR

(12)

式中:GTR表示數(shù)據(jù)鏈在接收端方向發(fā)射天線增益;GRR表示數(shù)據(jù)鏈端機接收天線增益;LPR表示數(shù)據(jù)鏈射頻信號在接收端方向的傳播損耗。

綜合式(11)和(12)可得,數(shù)據(jù)鏈的可靠通信速率與輻射功率存在如下關(guān)系

(13)

將式(13)代入式(10),可得

(14)

由式(14)可知,降低γ可通過控制Eb/N0和Rb來實現(xiàn)。Eb/N0是原始消息序列長度、編碼碼率、擴頻因子和調(diào)制方式等多個參數(shù)的函數(shù),在本文中以實測仿真結(jié)果作為先驗數(shù)據(jù),建立Eb/N0與通信波形參數(shù)的映射關(guān)系,可以將Eb/N0描述為

Eb/N0=g2(Rcoding,Gp,Qm,L)

(15)

綜合式(3)、式(5)、式(8)、式(9)、式(14)和式(15)可得被截獲概率模型為

PI,d=f2(g1(L,Rcoding,Gp,C,D),

g2(L,Rcoding,Gp,Qm),f1(Rcoding,Gp,C,Qm))

(16)

1.3 優(yōu)化模型

在對抗中主動實現(xiàn)射頻信號隱蔽,并實現(xiàn)可靠高效的數(shù)據(jù)傳輸,是數(shù)據(jù)鏈需同時優(yōu)化的兩項目標。數(shù)據(jù)鏈的通信波形參數(shù)優(yōu)化問題可以建模為式(17)所示的最優(yōu)化問題

F(L,Rcoding,Gp,Qm,C)=

(17)

式中:{L}、{Rcoding}、{Gp}、{Qm}、{C}分別為各通信波形參數(shù)的取值范圍;PI,th為被截獲概率門限值,是數(shù)據(jù)鏈載體提出的最低安全性要求;Rb,th為通信速率門限值;RI,th為非合作無源探測系統(tǒng)的截獲距離門限值;Rd為數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)的通信距離;Pe,th為系統(tǒng)誤碼率門限值,是數(shù)據(jù)鏈載體提出的最低通信可靠性要求。

式(17)描述的是一個多目標優(yōu)化問題。根據(jù)式(5)和式(14)可知,被截獲概率與TOT、Eb/N0都成正比關(guān)系。編碼碼率增大,TOT隨之減小,Eb/N0卻隨之增大。因此,編碼的增大能否對被截獲概率起貢獻作用主要取決于TOT的減小對被截獲概率的貢獻能否超過Eb/N0的增加對被截獲概率的惡化。

同樣,由式(1)、式(5)和式(6)可知,波形分集度C增大,一方面能提高數(shù)據(jù)鏈的通信速率Rb,但另一方面也會增大數(shù)據(jù)鏈的輻射時間TOT,從而導致數(shù)據(jù)鏈暴露的風險也隨之增大。單獨調(diào)整某個通信波形參數(shù)很難使得2個目標同時達到全局最優(yōu)解,因此必須建立多目標優(yōu)化模型對通信波形參數(shù)進行聯(lián)合分析求解。

2 模型求解

本文建立的多目標優(yōu)化模型有2項優(yōu)化目標。優(yōu)化目標f1為數(shù)據(jù)鏈通信速率，表征了數(shù)據(jù)鏈在單位時間內(nèi)能可靠有效傳輸?shù)谋忍財?shù)量。f1量化了數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)輻射射頻信號對載體的信息保障能力，此目標的優(yōu)化方向是越大越好。優(yōu)化目標f2為數(shù)據(jù)鏈的被截獲概率，它量化了數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)輻射射頻信號對數(shù)據(jù)鏈載體安全性帶來的威脅，此目標的優(yōu)化方向是越小越好。該多目標優(yōu)化問題可分解為優(yōu)化方向調(diào)整、優(yōu)化目標歸一化和模型轉(zhuǎn)換3個步驟。

2.1 優(yōu)化方向調(diào)整

由于f1、f2優(yōu)化目標的優(yōu)化方向不一致，因此首先需調(diào)整優(yōu)化目標f2的優(yōu)化方向，使其優(yōu)化方向與f1的優(yōu)化方向一致。調(diào)整f2的優(yōu)化方向后，即可通過求解總優(yōu)化目標最大值的方式得到優(yōu)化解。

2.2 優(yōu)化目標歸一化

優(yōu)化目標f1和f2的值域相差較大，必須要對2項優(yōu)化目標進行歸一化處理。f1的取值通常遠大于1，當數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)的頻譜效率最高時，f2的取值最大，接近于系統(tǒng)的碼片速率。f2取值最小時為數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)的頻譜效率最低時。例如，選擇調(diào)制方式為BPSK，波形分集度為1，通信時隙為5 ms，原始消息序列長度最小值為64，則優(yōu)化目標f1的最小值為12.8 kb/s。f2的取值通常接近于0，值域為[0～1]。歸一化后的優(yōu)化目標如下式所示

(18)

2.3 模型轉(zhuǎn)換

(19)

當滿足了載體平臺安全性的門限要求后,常量α、β和λ的相對取值大小反映了數(shù)據(jù)鏈戰(zhàn)術(shù)使用策略的偏好,即當使用策略更偏好提高信息共享能力時,則應(yīng)給β和λ賦予相對更大的值;反之,當使用策略更偏好提高載體平臺的安全性時,則應(yīng)給α賦予相對更大的值。無論常量α、β和λ的相對取值情況如何,常量α、β和λ的值都應(yīng)遠小于∞,這使得載體平臺安全性的門限要求具備對式(19)非法解的否決權(quán),從而強迫式(19)的解滿足載體平臺安全性的門限要求。

3 實驗結(jié)果分析

非合作無源探測系統(tǒng)參數(shù)和數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)參數(shù)如表1、表2所示。借鑒第三代移動通信系統(tǒng)WCDMA中的Turbo碼技術(shù)、直接序列擴頻技術(shù)和BPSK/QPSK/16QAM/64QAM調(diào)制技術(shù)進行模型驗證,通信波形設(shè)計技術(shù)參數(shù)如表3所示。優(yōu)化模型常量α、β和λ分別為600、300和1/2,信道干擾類型采用寬整脈沖干擾。分別進行3種情況下的計算仿真:①當數(shù)據(jù)鏈傳輸信息載體類型變化時,驗證優(yōu)化模型對通信波形參數(shù)的優(yōu)化能力;②在不同的環(huán)境威脅因子下,驗證優(yōu)化模型對環(huán)境威脅的應(yīng)變能力;③在通信性能大致相當?shù)那闆r下,比較數(shù)據(jù)鏈優(yōu)化前后的射頻隱身性能。

表1 非合作無源探測系統(tǒng)參數(shù)

表2 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)參數(shù)

表3 通信波形設(shè)計技術(shù)參數(shù)

3.1 仿真1

數(shù)據(jù)鏈信息載體類型分為命令和數(shù)據(jù)2種。命令包括戰(zhàn)場態(tài)勢信息和各種作戰(zhàn)指令等信息,具有數(shù)據(jù)量小、需要快速響應(yīng)等特點,其安全性需求最高;數(shù)據(jù)通道則有數(shù)據(jù)量大、載體信息承載能力要求高等特點,其安全性需求通常較低。參考目前應(yīng)用最廣泛的數(shù)據(jù)鏈Link-16的標準數(shù)據(jù)傳輸速率范圍(28.8～238kb/s)[13],當信息載體類型為命令時,設(shè)置通信速率門限Rb,th為25kb/s,截獲距離為400km處被截獲概率門限值PI,th為10-8;信息載體類型為數(shù)據(jù)時,設(shè)置通信速率門限Rb,th為200kb/s,被截獲概率門限值PI,th為10-6。設(shè)數(shù)據(jù)鏈通信距離RD為150km,非合作無源探測設(shè)備的截獲距離RI為400km。圖1為所有通信波形參數(shù)集合的通信速率Rb和被截獲概率pI,d對比。

圖1 通信波形參數(shù)集合的通信速率和被截獲概率對比

利用圖1中數(shù)據(jù)進行優(yōu)化模型的求解,得到2組優(yōu)化解,其對應(yīng)的優(yōu)化目標值和通信波形參數(shù)值如表4和表5所示。

表4 優(yōu)化解對應(yīng)的優(yōu)化目標數(shù)值

表5 優(yōu)化解對應(yīng)的通信波形參數(shù)

當數(shù)據(jù)鏈傳輸載體類型為命令時,優(yōu)化解偏向于保障信息載體的安全,數(shù)據(jù)鏈在滿足載體信息承載能力條件下,被截獲概率僅為6.7×10-9。對應(yīng)的通信波形參數(shù)中,原始消息序列長度較短,滿足命令傳輸快速響應(yīng)的需求,同時為了有效降低數(shù)據(jù)鏈輻射能量,通過信道編碼、擴頻和調(diào)制技術(shù)級聯(lián)作用,所需Eb/N0僅為6.2dB,有利于被截獲概率的降低。

當數(shù)據(jù)鏈傳輸載體類型為數(shù)據(jù)時,優(yōu)化解偏向于保障載體信息的承載能力。為了達到設(shè)定的通信速率門限值,優(yōu)化模型選擇了擁有較長的原始消息序列長度、較高的編碼碼率和頻譜效率較高的調(diào)制方式的通信波形參數(shù)組合作為優(yōu)化解,從而使得數(shù)據(jù)鏈能較容易滿足系統(tǒng)對通信能力的要求,所付出的代價是目標接收機可靠解所需Eb/N0增大至9.0dB,數(shù)據(jù)鏈的被截獲概率增大至8.6×10-7。與傳輸載體為命令時相比,傳輸載體為數(shù)據(jù)時輻射的通信信號安全性會適度降低。

3.2 仿真2

令α為環(huán)境威脅因子,用于表征數(shù)據(jù)鏈所處環(huán)境的威脅程度,可用下式表示

α=RD/RI

(20)

式中:RD為數(shù)據(jù)鏈發(fā)射端和目標接收機之間的通信距離;RI為數(shù)據(jù)鏈發(fā)射端和截獲接收機之間的截獲距離。在實際作戰(zhàn)場景中,由于數(shù)據(jù)鏈設(shè)備平臺的機動特性,RD和RI往往是在不斷變化之中的,該信息可通過數(shù)據(jù)鏈態(tài)勢感知得到,可以作為優(yōu)化模型的先驗知識,用于指導優(yōu)化模型的求解。

α越大,一方面,RD越大,數(shù)據(jù)鏈和目標接收機的通信難度相應(yīng)增大;另一方面,RI越小,數(shù)據(jù)鏈越容易被截獲接收機截獲。因此,α越大,表明數(shù)據(jù)鏈所處環(huán)境的風險越大;反之,α越小,則風險越小。

令通信速率門限Rb,th為100kb/s,被截獲概率門限PI,th為10-7。表6給出了優(yōu)化模型在4種不同的環(huán)境威脅因子下的優(yōu)化結(jié)果。

從表6可知,當環(huán)境威脅因子變大,優(yōu)化模型為滿足數(shù)據(jù)鏈隱身能力需求,強迫數(shù)據(jù)鏈的通信速率降低以實現(xiàn)射頻信號的最大化隱蔽。當環(huán)境威脅因子最大(α=1.0)時,數(shù)據(jù)鏈通信波形在500km處的被截獲概率優(yōu)化解為9.4×10-8,勉強滿足通信載體對系統(tǒng)隱身能力所提的要求,所付出的代價是數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)的通信速率降低為64kb/s,略低于通信載體對系統(tǒng)通信能力所提的要求。

表6 優(yōu)化模型對不同環(huán)境威脅因子的優(yōu)化結(jié)果

3.3 仿真3

本文基于可變的通信波形參數(shù)提出了一種射頻隱身方法,而優(yōu)化前的數(shù)據(jù)鏈從來都是基于固定的通信波形參數(shù)。因此,可以在通信性能大致相當?shù)那疤嵯?比較數(shù)據(jù)鏈優(yōu)化前后射頻隱身性能。設(shè)數(shù)據(jù)鏈通信距離為150 km,截獲距離的變化范圍為400～800 km,步進為50 km。通信速率和被截獲概率門限值分別為100 kb/s和10-7。采用本文提出的優(yōu)化模型,在不同的截獲距離下,得到9組優(yōu)化解對應(yīng)的通信速率,如表7所示。

表7 不同截獲距離下的優(yōu)化解對應(yīng)的通信速率

表7中9組優(yōu)化解對應(yīng)的通信速率的平均值為256 kb/s。因此,可選擇一組通信速率為256 kb/s的通信波形參數(shù)組合作為比較對象。圖2為在不同的截獲距離下,優(yōu)化前后數(shù)據(jù)鏈的被截獲概率對比圖。

圖2 數(shù)據(jù)鏈優(yōu)化前后被截獲概率對比圖

由于大氣環(huán)境對射頻信號的衰減作用,隨著截獲距離的增大,無源探測設(shè)備接收端接收到的通信波形信號能量逐漸下降,因此不管是優(yōu)化前還是優(yōu)化后,數(shù)據(jù)鏈射頻信號的被截獲概率都會隨著截獲距離的增大呈現(xiàn)一定程度的降低趨勢。由圖2可知,截獲距離為400～800 km時,本文提出的優(yōu)化模型所獲得的被截獲概率比優(yōu)化前數(shù)據(jù)鏈的被截獲概率降低9.5～30 dB。在截獲距離從800 km減小至400 km的過程中,優(yōu)化前數(shù)據(jù)鏈始終采用固定的通信波形參數(shù)進行通信波形信號的輻射,截獲接收機接收到的信號功率隨截獲距離的減小成比例增大,相應(yīng)地,被截獲概率隨之快速增大。截獲距離為400 km時,數(shù)據(jù)鏈面臨的被截獲概率高達1.58×10-5,低于數(shù)據(jù)鏈的安全性要求(1.0×10-7),從而危及數(shù)據(jù)鏈載體的安全。與之對比,本文提出的優(yōu)化模型能更有效地抑制輻射功率從而降低被截獲概率,使得截獲距離減小時,數(shù)據(jù)鏈的被截獲概率變化更為平緩。當數(shù)據(jù)鏈處于最惡劣環(huán)境(截獲距離為400 km)時,被截獲概率僅為原來的1/1 000,大大提高了數(shù)據(jù)鏈的射頻隱身性能,有效保障了載體信息的安全。

4 總 結(jié)

在作戰(zhàn)過程中通過合理配置數(shù)據(jù)鏈的通信波形參數(shù)可優(yōu)化數(shù)據(jù)鏈的隱身性能。本文在深入分析通信波形參數(shù)對數(shù)據(jù)鏈射頻隱身性能的影響關(guān)系的基礎(chǔ)上,建立了一種通信波形參數(shù)優(yōu)化模型。本文優(yōu)化模型對環(huán)境威脅有更好的自適應(yīng)性,在載體信息安全等級提高時,可在約束值范圍內(nèi)適度降低通信速率以減小數(shù)據(jù)鏈的被截獲概率。與優(yōu)化前相比,在相同的通信速率條件下優(yōu)化后數(shù)據(jù)鏈的被截獲概率大大降低。本文提出的通信波形參數(shù)優(yōu)化模型進一步豐富了射頻隱身的理論和方法,對通信波形參數(shù)的聯(lián)合優(yōu)化有一定的參考價值。

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(編輯 劉楊)

An Optimization Model for Communication Waveform Parameters of Radio Frequency Stealth Datalink

XIE Guihui1,TIAN Mao1,WANG Zhenghai2,TANG Xiaoqing1,LI Jie1

(1.School of Electronic Information, Wuhan University, Wuhan 430072, China; 2.Southwest China Institute of Electronic Technology, Chengdu 610036, China)

An optimization model for communication waveform parameters based on radio frequency (RF) stealth is proposed to solve the problem of high intercept probability of datalinks in adverse environment.According to the prior knowledge of the communication distance and intercept distance obtained from environmental awareness system, the original message sequence length, channel coding rate, spreading factor, modulation mode and signal diversity are regarded as optimization parameters of the model, and the communication rate and intercept probability at given distance are taken as optimization objectives.The gross optimization objective of the model is generated from these two objectives through normalization and linear weighting.The traversing method is used to find the maximal value of the gross objective, and the corresponding communication parameters are taken as the optimal solution.Simulation results show that when the security level of the carrier information increases, the model decreases the communication rate moderately within the constraint value range, and the intercept probability is decreased from 8.6×10-7to 6.9×10-9.It is also shown that under the same communication rate level, the intercept probability of the model’s datalink is 1/1 000 of that before optimization in the most adverse environment.Thus, the RF stealth performance improves significantly.

datalink; radio frequency stealth; communication waveform parameters; optimization model

2014-06-23。 作者簡介:謝桂輝(1988—),男,博士生;田茂(通信作者),男,教授,博士生導師。 基金項目:國家自然科學基金資助項目(61261010)。

時間:2015-01-16

http:∥www.cnki.net/kcms/detail/61.1069.T.20140116.1510.004.html

10.7652/xjtuxb201504019

TN975

A

0253-987X(2015)04-0116-07