跳频通信同步技术及其干扰措施
摘要：跳频通信是短波通信抗干扰技术中应用最广泛、最为有效的技术，它的特点决定了它具有较强的抗干扰能力。本文论述了通信对抗中跳频技术的原理、特点、关键技术及其发展方向等，并就如何对跳频通信实施干扰进行了初步探讨。
一、跳频通信技术原理
跳频就是用伪码序列构成跳频指令来控制频率合成器，并在多个频率中进行选择的移频键控。所传递的信息码与伪随机序列模二相加(或波形相乘)构成跳频指令(即跳频图案)，并由它随机选择发送频率。发送端的信息码序列与伪随机序列经过调制后，按不同的跳频图案控制频率的合成。在接收端，接收到的信号与干扰经高放滤波后送至混频器。接收机的本振信号也是一频率跳变信号，跳变规律是相同的，两个合成器产生的频率相对应，但对应的频率有一频差，正好为接收机的中频。只要收发方的伪随机码同步，就可使收发双方的跳频源一频率合成器产生的跳变频率同步，经混频后，就可得到一个不变的中频信号，然后对此信号进行解调，就可恢复出发送的信息。而对干扰信号而言，由于不知道跳频频率的变化规律，与本地的频率合成器产生的频率不相关，因此，不能进入混频器后面的中频通道，不能对跳频系统形成干扰，这样就达到了抗干扰的目的。其工作原理框图如1所示：
图1 跳频通信系统框图
与定频通信相比，跳频通信比较隐蔽也难以被截获，只要对方不清楚载频跳变的规律，就很难截获对方的通信内容。同时，跳频通信也具有良好的抗干扰能力，即使有部分频点被干扰，仍能在其它未被干扰的频点上进行正常的通信。通信双方的跳频图案是事先约好的，同步地按照跳频图案进行跳变，这种跳频方式称为常规跳频。随着现代战争中的电子对抗越演越烈!在常规跳频的基础上又提出了自适应跳频，它增加了频率自适应控制和功率自适应控制两方面。
二、跳频通信的抗干扰性能分析
跳频之抗干扰如同游击战中“打一枪换一个地方”的战术，携带信息的载频不断变化，使敌方的侦察和干扰跟不上通信载频的变化，从而无法施放干扰。所以，跳频性能好坏取决于频率点变化的多少（频率点越多，意味着信号带宽越宽）和频率点变化的快慢，即跳频速率（简称跳速）。跳频带宽越宽，跳速越高，则侦察和干扰越困难。跳频电台的抗干扰性能一般可以用处理增益来描述。跳频处理增益：
G
N
=（1）
(
)
lg
10dB
F
FH
式中
N为跳频信道数。
F
处理增益的物理意义是敌方采用宽带干扰方式干扰跳频电台时所需的功率，较之干扰一个窄带定频电台所需的功率大出的倍数。但是一旦跳频电台被对方的跟踪式干扰机所跟踪，则跳频处理增益不再能说明抗干扰能力。更有实际意义的
10-时，同步概率为95% (又是在干扰环境下的通信能力，例如当同步误码率在1
例如当跳频频率有30%受到干扰时，仍能保持话音通信，但话音质量有所下降。
三、跳频通信关键技术
3.1频率合成技术
频率合成技术是跳频系统的心脏，跳频系统的快慢决定于频率合成器换频时间的快慢，跳变频率的总数和跳频速率决定了系统的整体性能。频率合成器的频率偏差度则决定了跳频通信系统稳定工作的时间。因此，频率合成技术是跳频通信的关键点之一。
3.2跳频图案
跳频图案是通信双方频率跳变的规则，是通信双方事先约定和预置的相关频
率。在实际系统中，通信双方对跳频电台事先注入一组密钥，电台依据相关算法得出频率的跳变规则。跳频图案反映了通信双方信号载波频率的规律，保证了通信方发送频率有规律可循。跳频图案通过长周期的伪随机序列控制，使敌方很难预测出来，线性伪随机序列和非线性码序列都可用于跳频图案。
图2 跳频图案
如图2所示，发射机在0一T 时间段内载波频率使用0f ，在T-2T 时间段内载波频率使用2f ，在2T-3T 时间段内载波频率使用5f
3.3跳频电台组网技术
跳频通信采用码分多址的方式对入网用户进行组网，具有同一个跳频图案的电台组在同一个网内。同时，它要求个网络之间的跳变频率在同一时间没有碰撞，否则，就会引起网络之间的相互干扰。按照这种要求跳频组网方式可以分为正交组网和准正交组网技术。正交组网技术要求通信网络之间不能有任何碰撞，频率之间严格正交。而准正交组网则可以允许一定程度上的碰撞存在。采用跳频的多址通信网具有很多优点：抗干扰能力强，低截获概率，低检测概率，对频率选择性衰落有很好的抑制作用。在一个地区往往同时存在多达10余个跳频网，这时各网的信号在空中相互混杂，敌方很难区分，要分选出一个跳频信号属于哪一个网!即使花很大的代价也不一定能成功。
3.4同步技术
跳频同步是指跳频接收机与跳频发射机在相同的时刻使用相同的频率。这样接收信号的频率与本地频率合成器产生的频率经过混频以后才能得到正确的中频频率，然后从中解调出信息信号，否则不能正确解调出信息信号。
跳频同步的内容包括：跳频频率表相同；跳频序列相同；跳变的起止时刻相
同。也就是说，为了实现收发双方的跳频同步，接收机必须获得发射机的有关跳频同步的信息，这些信息包括采用哪一张跳频频率表，采用什么样的跳频序列，在什么时刻哪一个频率上开始起跳，并且还需要不断地校正接收机本地时钟，使其与发射机时钟一致。在实际应用中，跳频频率表和跳频序列是由通信双方预先约定好的，但由于收发信机之间的距离不能确定，这就导致了时间上存在差异；又因为振荡器频率漂移、多普勒频移等因素也会引起收发双方在频率上存在差异。同步的过程就是消除以上时间和频率差异的过程，以保证收发双方载波、码元、帧结构的一致性。
跳频同步技术是确保收发双方能够协同通信的关键技术，也是在实际应用中最易受到干扰而破坏网络正常工作的关键环节。因此，选择合适的同步技术是提升跳频通信抗干扰能力的关键所在。
四、跳频同步原理
跳频通信同步技术可分为两大类：外同步法和自同步法；外同步法包括精确 时钟定时法和同步字头法。
4.1精确时钟法
这种方法用高精度时钟实时控制收发双方的跳频图案，即实时控制收发双方的频率合成器的频率的跳变，由于产生跳变频率的方法是相同的，唯一不知道的是时间，若收发双方都保持时间一致，且通信距离已知，则可保证跳频图案的同步。跳频图案同步受到时钟稳定性及移动距离变化引起的不确定性的影响．假如我们采用的时钟频率稳定度为610-，每一跳的驻留的时间瓦为lms ，即跳频的速率在1000跳/秒左右。系统同步后保持l 跳的所用时间为：
h s T t h h 139.0105.0)102/(36=?=?=-
只要累积不超过一跳的时间，接收方仅需要收到一跳中的少量信息，就可以 完成初始同步，作为一般的通信，特别是在跳频速率很低的情况下可以采用，但 如果是用在战场通信则不合适。这种方法还可以采用更高的频率稳定度时钟用于 减少收发双方的伪随机码相位的不确定性，具有同步快、准确以及保密性好的性 能，是跳频通信中常用的一种同步方法。
4.2同步字头法
将带有同步信息(如时间信息)的同步字头置于跳频信号的最前面，或在信息
的传输过程中，离散地插入这种同步字头，收端根据同步字头的特点，可以从接收到的跳频信号中将它们识别出来，作为调整本地时钟或伪随机码发生器之用，从而使收发双方同步。与这种方法相配合，接收机可处在等待状态，即在某一固定频率上等待同步头的到来，或对同步头频率进行扫描搜索。
这种同步方法具有同步搜索快、容易实现、同步可靠等特点，是比较常用的同步方法，但是这种同步方法的同步字头的抗干扰性和隐蔽性能比较差。通常的做法是采用自相关特性好的序列作为同步码码字，并对它进行前向纠错编码。同步头信号可用所占用频段的任一频道进行传输，这可由基本密钥控制。同步信号按周期传送，在时间间隔上是不规则的。其缺点是，如果同步字头受到干扰，则整个系统将无法工作。
4.3自同步方法
自同步法是将同步信息离散地插入跳频信号的一个或多个频率中，接收机从这些频率中将离散的同步信息提取出来，用来调整接收机的有关参数从而完成同步。
4.4外同步法和自同步法比较
外同步法的主要优点是同步快，同步概率高，更适合于特殊通信的要求，为了进一步提高同步系统的性能，通常将精确时钟定时法和同步字头法两种方法结合起来。外同步法总的不足在于发送方发送同步信息时不能发送信号，因而需要占据发射信号的功率和一定的带宽。自同步法可自动、迅速地从接收到的跳频信号中提取同步信息，不需要同步头，可以节省发送功率和带宽，而且具有较强的抗干扰能力和组网灵活的优点，但其同步时间相对于外同步法要长。
五、跳频同步的技术要求
衡量同步系统性能的优劣，主要应考虑两个方面：
(1)跳频同步的可靠性；
(2)同步过程的抗干扰性能。
同步系统的可靠性包括同步的建立时间、同步概率、伪同步概率和系统同步保持时间等指标。
一般来说，跳频同步建立时间越短越好，同步保持时间越长越好；正确同步的概率要高，伪同步的概率要小。这样才能使跳频系统成为一个快速、稳定和可
靠的同步系统。
同步系统的抗干扰性包括抗人为干扰和噪声干扰。采用跳频技术就是要提高系统的抗干扰性，特别是在电子战的环境中，主要是抗敌方的人为干扰。因此，要求同步信息的传递要隐蔽、快速。
抗人为干扰需考虑如下几点：
(1)尽量缩短同步信号在空中的暴露时间，使敌方难以在很短的时间内发现同步信号；‘
(2)在多个跳变频道上传送同步信息时，需增大同步频率的随机性，使敌方难以侦察；增大跳频带宽；使敌方难以在带宽内施放干扰：
(3)频率跳变的速率要快，使跳频信号的驻留时间变短，可防止跟踪式干扰，从而保护同步字头；
(4)尽量使同步信息的信号特征与通信信息的信号特征一致，以致敌方难以区分同步信息，或人为地发出伪同步信息以迷惑敌人，从而提高对同步
信息的保护能力。
抗噪声干扰需考虑如下几点：
(1)同步信息本身的差错控制，如纠错编码、多次重发、相关编码和交织等；
(2)同步认定的算法控制，即经过多次同步检测后才认定系统同步的策略，并选择最佳的检测次数；
(3)同步状态下的失步算法控制，即经过多次失步检测后才确定系统已失步并选择最佳的检测次数。
六、跳频同步技术的实际应用
在实际通信系统中，跳频通信采用同步头法和精确时钟法相结合的方式，实现跳频通信系统的同步捕捉和跟踪。
6.1TOD系统的频率合成原理
所谓的“TOD”信息(Time OfDay)就是跳频电台的实时时钟信息，实时时
钟信息包括年、月、日、时、分、秒，毫秒、微秒、毫微秒等。TOD以每一跳的时间为单位，其计数的时钟由系统高精度的时钟源提供，这样可以减少收发时钟之间的误差。
在跳频通信中，为了进一步提高跳频电台的抗干扰性和通信的保密性能，跳
频电台的频率随着时间的变化而变化。
图3 TOD系统的频率合成方式
图3中，时间信息TOD和原始密钥数据PK作为伪随机码发生器的输入，经过非线性相关运算以后确定一个频率号，频率合成器根据这个频率号合成对应的频率。在收发的双方，因为伪随机码的产生方法、原始密钥数据PK，通信双方都是预先知道的，只是不知道双方的TOD信息，如果知道了对方的TOD信息，那么根据这种方法产生的频率就一样，同样收发双方的跳频图案也就一致了，由此可见，跳频同步的问题就转化为TOD信息同步的问题。
基于TOD的同步字头法就是发送方利用同步头频率把自己的时间信息TOD 发送给接收方，接收方通过接收对方的TOD信息来修改本地的TOD使之与发送方相等，从而实现跳频同步。
6.2传输时间信息的TOD格式
TOD信息一般用非线性格式来表示，将时间信息TOD分成2部分来表示，
即TOD高段和TOD低段，分别记为TODH和TODL。
TODH以分钟为计时单位，共32bit数据，TODL以跳为基本计时单位。TODL 每记满一分钟向TODH进位一次。
TODL的最大计时为1分钟，计时单位以跳为单位，所以TODL所需要的位
长与电台的跳频速率有关。以每秒1000跳的跳频速率来计算，即每一跳lms，那么1分钟=60秒=60 000ms=60 000跳。即TODL的设计需要能够表示0至60000 之间的数，这个需要16bit来表示。所以TODL所需要的位长为16bit。
图4 TOD 信息传输格式
TODH 的位长为32bit ，且计时单位为分钟，故TODH 能够表示的最大时间为
232分钟=4294967296分钟，一年有525600分钟(365*24*60)，能表示8171年之 久，可见TODH 的位长足以满足我们的系统要求。
七、对跳频同步实施干扰的方案
为了实现收发双方的同步，同步信号必须与通信信号不同，以便于方识别和提取，并达到入网和同步的目的。同步信号通常有以下特点：
（1） 发送信道基本固定，即使变化也有规可循；
（2） 为了提高正确提高概率，同步码一般比较固定；
（3） 发送时间可能会比普遍信号驻留长，信号格式也可能会有所不同。 跳频电台的初始同步过程属短周期跳频，跳频周期h T n T ?=（其中h T 为跳频驻留时间，一般出于对同步可靠性的考虑，这种跳频模式要持续多个周期。 若以n=100，跳速1000跳/ s 的高速跳频电台为例，按标准要求，初始同步时间应小于0.6s ，则最多有100 个同步频率循环可供截获、识别和干扰，这在时间上给同步频率的识别、初始同步阶段跳频图案的破解和利用跳频图案实施干扰增多提供了一个较宽松的工作前提，降低了干扰高速跳频系统的难度。另一方面，由于干扰方同时还可以进行分析敌信号信息特征的工作，如果一旦破译了敌同步头 的规律甚至解构了同步信号格式，那么不仅有助于在短时间内正确破获跳频图案；而且不只可对敌方实施破坏性干扰，使其根本无法同步，还可以制造假同步 信号，实施欺骗性干扰，对敌方进行牵引。
另外，为了提高同步频率的随机性和抗干扰性，跳频电台一般每隔一段时间就要更换一个同步频率，同步频率集的这种缓变性意味着针对某次通信成功识别
出的同步频率具有“部分”沿用性，干扰的可行性和效果与敌方两次通信的时间间隔、进行频率替代的时频规则有关。
综上所述，抓住初始同步过程属于短周期跳频这一特点，以跳频同步频率的识别和分离来完成同步信号的识别和分离是可行的。
八、跳频通信的发展趋势
针对人为干扰和其它干扰，跳频通信未来的发展趋势除了在提高系统的跳数、缩短同步时间、改善同步信号等方面进行以外，还与一些新技术进行结合，大体表现在以下三个方面：
（1）跳频技术与自适应选频技术相结合：对于短波信道特别是利用天波传播的短波信道以及具有阻塞干扰的信道，往往存在着窗口现象，即可以用于通信的频率是有限的且是随时变化着的。因为传统的跳频频率集是固定的，这样跳频通信系统就有可能工作在性能比较恶劣的频点上。将自适应选频技术与跳频技术结合起来，根据实时信道估值的结果改变跳频频率集的组成，可以使跳频系统工作在较好的频率上。
（2）信道编码技术得到广泛应用：在跳频通信中很早就采用分组码、卷积码等纠错编码技术来纠正传输中的误码。最近的研究主要集中在两个方向，一是网格编码调制技术在短波调制解调器中的应用，二是最新的Turbo．Code码的应用。
（3）抗干扰理论和技术有很大发展：跳频通信系统的抗干扰性能始终是军事通信系统要考虑的最重要的系统指标。近年来，差分跳频、猝发通信、直扩跳频结合等新型抗干扰技术层出不穷。传统的分集技术也仍然是抗干扰的有效手段，同时分集技术也是对抗衰落的有效手段。
参考文献：
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6.1 跳频系统概述 6.1.1 为什么要跳频 通常我们所接触到的无线通信系统都是载波频率固定的通信系统，如无线 对讲机，汽车移动电话等，都是在指定的频率上进行通信，所以也称作定频通信。这种定频通信系统，一旦受到干扰就将使通信质量下降，严重时甚至使通信中断。 例如：电台的广播节目，一般是一个发射频率发送一套节目，不同的节目占用不同的发射频率。有时为了让听众能很好地收听一套节目，电台同时用几个发射频率发送同一套节目。这样，如果在某个频率上受到了严重干扰，听众还可以选择最清晰的频道来收听节目，从而起到了抗干扰的效果。但是这样做的代价是需要很多额谱资源才能传送一套节目。如果在不断变换的几个载波频率上传送一套广播节目，而听众的收音机也跟随着不断地在这几个频率上调谐接收，这样，即使某个频率上受到了干扰，也能很好地收听到这套节目。这就变成了一个跳频系统。 另外在敌我双方的通信对抗中，敌方企图发现我方的通信频率，以便于截获所传送的信息内容，或者发现我方通信机所在的方位，以便于引导炮火摧毁。定频通信系统容易暴露目标且易于被截获，这时，采用跳频通信就比较隐蔽也难以被截获。因为跳频通信是“打一枪换一个地方”的游击通信策略、使敌方不易发现通信使用的频率，一旦被敌方发现，通信的频率也已经“转移”到另外一个频率上了。当敌方摸不清“转移规律”时，就很难截获我方的通信内容。 因此，跳频通信具有抗干扰、抗截获的能力，并能作到频谱资源共享。所以在当前现代化的电子战中跳频通信已显示出巨大的优越性。另外，跳频通信也应用到民用通信中以抗衰落、抗多径、抗网间干扰和提高频谱利用率。 6.1.2 什么是跳频图案? 为了不让敌方知道我们通信使用的频率，需要经常改变载波频率，即“打一枪换一个地方”似地对载波频率进行跳变，跳频通信中载波频率改变的规律，叫作跳频图案。
外军通信抗干扰发展趋势 1、跳频通信装备抗跟踪干扰能力日益提高，抗跟踪干扰已由定频通信抗自动瞄准式干扰发展到跳频抗跟踪干扰 外军提高跳频通信抗跟踪干扰能力的技术动态主要有两个方面，一是适当提高跳速，二是采用变速跳频。外军大部分20世纪80年代的跳频通信装备为中低跳速跳频，较新的跳频通信装备采用了中高跳速跳频，如美国的HF-2000，CHESS，HA VE-QUICKIIA，JTIDS及MILSTAR，瑞典的TRC-350，法国的ALCALTEL111等。值得注意的一点是外军有些跳频通信装备大幅度提高跳速并不是以提高抗跟踪干扰能力为出发点的，其主要目的是利用相应的技术体制，由高跳速提高数据传输速率，如：CHESS系统和JTIDS等。另外，提高跳速后，还将给交织和纠错带来方便。当然，提高跳速也会引起其他问题，需要综合考虑。变速跳频是抵抗跟踪干扰的有效措施之一，外军现役跳频电台中也有所采用，但还多是半自动变速或有限种跳速随机变速，有些是通过信令实现跳速牵引，还没有实现真正意义上的变速跳频，这里将其称为准变速跳频，如法国的ERM-9000，TRC-9600，南非的TRC-1600，TRC-600以及瑞典的SFH-41等。 2、跳频通信装备抗阻塞干扰技术逐步成熟 最初提出跳频抗干扰体制，实际上是基于频率分集原理，并以提高跳速为代价实现抗阻塞干扰为出发点的。后来由于数据传输速率越来越高，常规跳频体制的跳速难以适应，形成了实际上的慢跳频（无论绝对跳速多高）。因此，抗阻塞干扰能力一直是跳频通信的重要问题。长期以来很多国家都致力于跳频通信抗阻塞干扰技术的研究，有些成果已得到成功的应用。外军实用化研究成果主要有短波采用自适应选频与跳频相结合的体制，将经过LQA（链路质量分析）选出的最佳或准最佳频率作为跳频频率表生成的基准，如美国的SCl40、英国PATHER-2000、以色列的HF-2000，TRl78、法国的TRC-350H、南非的HF-6000，TRl78A/B，TR390以及瑞典的TRC-350等；超短波采用具有FCS（free channel searce）功能的跳频体制，在一般窄带干扰情况下，使用常规跳频，在遇到宽带阻塞干扰时，自动转到FCS功能，在当前最佳频点上定频工作，一旦宽带干扰消失，又可回到跳频方式上工作，如法国的PR4G、比利时的BAMS等；UHF波段采用了频率自适应与跳频相结合的体制，即在跳频通信过程中自动检测和删除受干扰频率，使系统在无干扰或干扰较弱的频点上跳频，如瑞典的RL-401系列跳频接力机等，但该跳频机在干扰严重时，无更有效的措施，只是自动回到常规跳频状态。 3、扩展频段成为通信抗干扰新的发展趋势 拓宽现有频段、发展多频段，不仅有利于协同通信和全谱作战，还有利于提高跳频通信抗阻塞干扰能力。在拓宽频段方面，外军少数短波电台的频段范围已拓宽到116～50MHz，如美国的M508，RF-500，AN/PRC-132短波电台等；少数超短波电台的频段范围拓宽到30～108 MHz，如比利时的BAMS、荷兰的PRC/VRC-8600、德国的SEMl73/183/193、以色列的CNR-9000、英国的PANTHER-V、法国的PR4G系列电台等，增加了20MHz的带宽。在开发新频段方面，成效显著，最具代表性的是美国的MILSTAR卫星通信系统，采用宽带亚毫米/毫米波，实现宽带高速跳频，跳频带宽达2 GHz。在研制多频段通信抗干扰装备方面更是如火如荼，电台以HF/VHF/UHF三个频段的综合运用为典型特征。如美国的AM-7177A/ARC-182（V），MBITR，MXF-610，MBMMR，SPEAKEASY，英国的SWORDFISH，BOWMAN，南非的MATADOR，TRC-1600，TR600，加拿大的AN/GRC-512（V）等，多频段接力机主要有美国的AMLD4，AMLA3，AN/GRC-226，法国的TFH-150，TFH-701，瑞典的RL401/422，俄罗斯的捷标坦特系列接力机等。 4、提高短波跳频数据速率取得突破进展 自从短波通信出现以来，由于通信体制、器件、信道带宽及天波传输特性等原因，短波
抗干扰措施的基本原则是：抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的抗干扰性能。 1、抑制干扰源 抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt，di/dt。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。 抑制干扰源的常用措施如下： （1）继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后，增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。 （2）在继电器接点两端并接火花抑制电路（一般是RC串联电路，电阻一般选几K到几十K，电容选0.01uF），减小电火花影响。 （3）给电机加滤波电路，注意电容、电感引线要尽量短。 （4）电路板上每个IC要并接一个0.01μF～0.1μF高频电容，以减小IC对电源的影响。注意高频电容的布线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否则，等于增大了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果。 （5）布线时避免90度折线，减少高频噪声发射。 （6）可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声（这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的）。 2、切断干扰传播路径的常用措施 （1）充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好，整个电路的抗干扰就解决了一大半。许多单片机对电源噪声很敏感,要给单片机电源加滤波电路或稳压器，以减小电源噪声对单片机的干扰。比如，可以利用磁珠和电容组成π形滤波电路，当然条件要求不高时也可用100Ω电阻代替磁珠。 （2）如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离（增加π形滤波电路）。控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离（增加π形滤波电路）。 （3）注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。此措施可解决许多疑难问题。 （4）电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号。尽可能把干扰源（如电机，继电器）与敏感元件（如单片机）远离。 （5）用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地要分离，最后在一点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为原则，厂家分配A/D、D/A芯片引脚排列时已考虑此要求。（6）单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干扰。大功率器件尽可能放在电路板边缘。 （7）在单片机I/O口，电源线，电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器，屏蔽罩，可显著提高电路的抗干扰性能。
数控车床如何抗干扰 数控车床作为cnc机床自然也会像其他的电子仪器仪表一样受到众多的干扰，所以面对有可能发生的干扰我们必须有应对的措施，抗干扰的措施主要包括屏蔽、隔离、滤波、接地和软件处理等。 ①屏蔽技术:屏蔽是目前采用最多也是最有效的一种方式。屏蔽技术切断辐射电磁噪声的传输途径通,常用金属材料或磁性材料把所需屏蔽的区域包围起来,使屏蔽体内外的场相互隔离,切断电磁辐射信号,以保护被屏蔽体免受干扰,屏蔽分为电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁屏蔽。在实际工程应用时,对于电场干扰时,系统中的强电设备金属外壳(伺服驱动器、变频器、驱动器、开关电源、电机等)可靠接地实现主动屏蔽;敏感设备如智能纠错装置等外壳应可靠接地,实现被动屏蔽;强电设备与敏感设备之间距离尽可能远;高电压大电流动力线与信号线应分开走线,选用带屏蔽层的电缆,对于磁场干扰,选用高导磁率的材料,如玻莫合金等,并适当增加屏蔽体的壁厚;用双绞线和屏蔽线,让信号线与接地线或载流回线扭绞在一起,以便使信号与接地或载流回线之间的距离最近;增大线间的距离,使得干扰源与受感应的线路之间的互感尽可能地小;敏感设备应远离干扰源强电设备变压器等。 ②隔离技术:隔离就是用隔离元器件将干扰源隔离,以防干扰窜入设备,保证电火花机床的正常运行。常见的隔离方法有光电隔离、变压器隔离和继电器隔离等方法。 (1)光电隔离:光电隔离能有效地抑制系统噪声,消除接地回路的干扰。在智能纠错系统的输入和输出端,用光耦作接口,对信号及噪声进行隔离;在电机驱动控制电路中,用光耦来把控制电路和马达高压电路隔离开。 (2）变压器隔离是一种用得相当广泛的电源线抗干扰元件,它最基本的作用是实现电路与电路之间的电气隔离,从而解决地线环路电流带来的设备与设备之间的干扰,同时隔离变压器对于抗共模干扰也有一定作用。隔离变压器对瞬变脉冲串和雷击浪涌干扰能起到很好的抑制作用,对于交流信号的传输,一般使用变压器隔离干扰信号的办法。 (3)继电器隔离,继电器的线圈和触点之间没有电气上的联系。因此,可以利用继电器的线圈接受电气信号,而用触点发送和输出信号,从而避免强电和弱电信号之间的直接联系,实现
跳频通信技术及其应用与发展 跳频通信是扩频通信的一个分支，它的突出优点是抗干扰性强，因而很适用于军事领域。当70 年代末第一部跳频电台问世以后，就预示着其发展势头锐不可挡。到了80年代，世界各国军队普遍装备跳频电台。这十年是跳频电台发展速度最快的十年。广泛使用跳频电台曾被誉为80年代VHF频段无线电通信发展的主要特征。90年代, 跳频通信如虎添翼，在军用跳频通信领域已相当成熟的同时，跳频通信的应用又拓宽到民用领域。业内人士指出，跳频通信是对抗无线电干扰的有效手段，称其为无线电通信的“杀手锏”。跳频通信是如此的神奇，以致于自其问世至今的短短30 年间，倍受世界各国，特别是几大军事强国的青睐。 2跳频通信的基本概念 2.1定义 我们在用收音机收听某电台，当电台在中波和短波两个波段上播放同一个节目时，有这样的体会：若中波波段信号不好，则随即换到短波波段收听；当短波波段信号不好，则又换回到中波波段收听。这种以更换波段的手段来改善收听效果的方法，就是跳频的通俗含义。只不过这种跳频仅在接收端发生，而且是由人工干预来实施跳频的。我们假设，当广播电台发送的频段也能“紧跟”收音机用户更换的话，那么，这种通信方式就是跳频通信。因此，跳频通信可这样描述：通信收发双方同步地改变频率的通信方式称为跳频通信。
2.2同步条件（通信条件） 与定频通信相比，跳频通信的载波频率一直在跳变。工作中，发方以相当快的速率（跳速）改变频率，收方必须与发方同步地改变频率，双方才能保持通信。也就是说，跳频通信时，收发双方必须采用同一种跳频图案。跳频电台之间要成功地进行跳频通信，收发双方必须同时满足三个条件：跳频频率相同；跳频序列相同；跳频的时钟相同（允许存在一定的误差）。三个条件缺一不可，否则无法实现跳频通信。 3跳频通信的主要特点 3.1抗干扰性强 跳频通信抗干扰的机理是“打一枪换一个地方”的游击策略，敌方搞不清跳频规律，因而具有较强的抗干扰能力。一方面，我方的跳频指令是个伪随机码，其周期可长达十年甚至更长的时间。另一方面，跳变的频率可以达到成千上万个。因此，敌方若在某一频率上或某几个频率上施放长时间的干扰也无济于事。 另外，跳频频率受伪随机码控制而不断跳变，在每一个频率 的驻留时间内，所占信道的带宽是很窄的。由于频率跳变的速率非常快，因而从宏观上看，跳频系统又是个宽带系统，即扩展了频谱。事实上，跳频的带宽就是频率的数目与每个频率所占信道带宽的乘积。由扩频通信理论可知，扩展频谱的好处可以换取更好的信噪比。也就是说，如果扩展了频带，
抗干扰技术 在电路设计当中，抗干扰占有一个特别重要的地位。在一切的电子技术当中，都是重点。（或许你会说你是玩单片机的，感觉没这方面的必要，其实是因为数字电路就两种信号，一个高电平，一个低电平，本身就有一定的抗干扰性能，而模拟信号是连续的，容易被干扰，这也是现在的产品都数字化的原因之一，但是玩单片机的就不玩模拟信号？加点抗干扰技术以防万一也没错吧！）举个例子来说，如果要放大一个微弱的信号，当电源不是很好，有较大的纹波，经常4.5V到6V之间跳，工频信号又很强，你的电路有没有什么防护措施，你想想，当这个信号到最后，还是你想要的信号吗？打个比方，如果唐僧身边没有那么多能干的徒弟，菩萨，神仙，他到得了西天吗？那些妖精就是干扰源，徒弟什么的就是抗干扰措施，当然唐僧自身也有一定的抗干扰能力。这就是我们要讲的抗干扰技术。（请各位懒人直接跳到最后的总结） 理论上来说，抗干扰分为3个方面：1、干扰源。2、传输途径。3、敏感原件。也就是我们需要下功夫的地方。按照优先考虑的顺序，也是如上的1、2、3。你要是能把干扰抑制在源头，扼杀在摇篮里，那就不用其他的措施了。但是干扰源来自四面八方，说不定自己后院还起火（比如运放的自激振荡），所以3个方面都是需要加强的。 一般来说，电源的干扰时最普遍的，所以电源做得好就是一切的基础，尽量降低电源的纹波系数，电容可以滤去交流信号，因此在一些用运放的地方电源和地端可以并联10uF、1uF、0.1uF的电容，以滤去不同频率的波。小电容通低频，大电容通高频，但注意电解电容不要正负极接反了，那样也会产生噪声。再就是布线时，电源线和地线要尽量粗点（减小导线的电阻），避免90°折线；模拟电路和数字电路用不同的电源，；数字电路与模拟电路避免使用公共地线；最多模拟地与数字地仅有一点相连，信号连接时，可用光电隔离，防止互相干扰。接地线越短越好，避免地线形成环路。 在传输途径上下功夫，各模块之间连接线尽量短，远离干扰；高频信号传输可使用同轴电缆或多芯屏蔽电缆，对可能的干扰源输出线进行滤波，产生噪声的导线与地线绞合，信号地线、其它可能造成干扰的电路的地线分开，敏感电路加屏蔽罩（屏蔽罩是要接地才有用的），把干扰源围闭在屏蔽罩内也是允许的。隔离也是常用的，隔离分变压器隔离，继电器隔离，光电隔离，光电隔离比较常用。 有的继承电路 而加强自身的抗干扰性能，大部分是靠原件本省的性质和所用的材料等等，我们自己难以决定。 总而言之，想要抗干扰，可采取以下措施： 1、提高电源的稳定性，减小纹波。各个模块的电源可以和地之间用不同的电容 相连。 2、在信号线容易受到干扰的地方，使用滤波电路。 3、各级模块相连的信号线尽量短，也可以用同轴电缆相连。 4、使用屏蔽盒屏蔽各个模块，或者干扰源。 5、模拟电路与数字电路使用不同的电源，信号之间使用光电隔离。 6、布线时，避免地线成环状，接线尽量短，但避免交叉、飞线。各种模块布局 时分开，模拟电路与数字电路分开。电源线与地线要尽量粗一点。原件排列
浅谈单片机应用系统的软件抗干扰措施 摘要分析单片机应用系統的软件干扰因素以及实现抗干扰必要条件，并针对单片机应用系统易出现的软件失控、软件数据出错、数字量输入错误等问题提出可行的软件抗干扰措施。 关键词单片机；软件；抗干扰 引言 单片机应用系统产生故障的最主要的原因在于干扰问题。干扰对于单片机应用系统产生的影响一方面会造成测量与控制精度失衡，另一方面也会造成应用系统完全失效。所以对于单片机应用系统软件的干扰问题必须进行解决。 1 单片机应用系统的软件抗干扰措施的必要条件[1] 1.1 干扰因素及影响分析 随着科学技术的不断发展，单片机系统应用的领域越来越广泛，因而对单片机系统的稳定性要求也变得越来越高。但是受到单片机应用系统结构复杂性以及工作环境的多变性的影响，决定单片机系统性能的因素相对来说也比较复杂，尤其是软件的抗干扰措施就是其中比较重要的组成部分。从专业角度分析，单片机系统稳定性影响因素主要分为四种，即浪涌干扰、放电干扰、电磁干扰和高频振荡干扰。在这些干扰因素的影响下单片机系统会发生采集的数据出现失真、程序的运行受到干扰、硬件控制发生失效等现象，而更加直观的表现就是视频图像发生串色、网纹，音频信号失真或者是声音发生串扰现象等。 1.2 软件抗干扰的必要条件分析 在对单片机软件抗干扰稳定性进行设计时，从安全角度考虑，将软件的程序数据放在了ROM中。而一般情况下，单片机抗干扰软件应当具有以下几个方面的条件：①当单片机系统受到外界干扰后，在抗干扰软件的作用下系统的硬件组成不应受到损坏，另外为了方便对系统运行状态的监控，应当在关键核心的位置设置相应的检测状态；②当程序区因外界因素受到干扰后不会产生一定的损坏。一般情况下，在RAM中与系统有关的表格、常数等即使在受到干扰后也不会发生损坏，但是RAM程序中的系统可能因外界等的干扰发生一定的故障。而一旦RAM区的有关程序受到外界干扰，为了从根本上消除干扰带来的不利影响，应当向RAM区重新输入有关的程序。 2 单片机应用系统的软件抗干扰措施[2] 2.1 失控软件的抗干扰措施
移动通信的基本技术之抗干扰措施 在第三代移动通信系统中除了大量的环境噪声和干扰以外，还有大量的电台产生的干扰，如邻道干扰、公道干扰和互调干扰，更重要的是第三代移动通信系统的主流标准（WCDMA、CDMA2000等）都采用了码分多址方式，CDMA码分多址系统是一个干扰受限制系统，在信息的传输中，存在着多址干扰，多径干扰和远近效应。那么为了保证网络的畅通运行，我们也采用了第三代移动通信系统采用的相关抗干扰技术进行处理。这些技术包括：空分多址（SDMA）智能天线技术，用于抗多径干扰的RAKE接收技术，抗多址干扰的联合检测技术，并对这些技术在特定系统中的性能进行了仿真。 首先介绍一下智能天线技术，智能天线利用多个天线阵元的组合进行信号处理，自动调整发射和接收方向图，以针对不同的信号环境达到最优性能。智能天线是一种空分多址技术,主要包括两个方面：空域滤波和波达方向（DOA）估计。空域滤波（也称波束赋形）的主要思想是利用信号、干扰和噪声在空间的分布，运用线性滤波技术尽可能地抑制干扰和噪声，以获得尽可能好的信号估计。 智能天线通过自适应算法控制加权，自动调整天线的方向图，使它在干扰方向形成零陷，将干扰信号抵消，而在有用信号方向形成主波束，达到抑制干扰的目的。加权系数的自动调整就是波束的形成过程。智能天线波束成型大大降低了多用户干扰，同时也减少了小区间干扰。 比起只能智能天线技术抗多径干扰的RAKE接受技术又有哪些技术有点呢？智能天线抑制干扰的能力在多数情况下受天线阵元个数的限制，且当感兴趣信号存在多个非相关多径时，阵列只保留其中的一路信号，而把零陷对准其它信号，这样，阵列能够减小由非相关多径带来的干扰，但未能发挥路径分集的优势，因而是次最优的。为此，联合时域和空域处理的接收技术成为研究的热点。 当信道存在多径时延扩展，且时延大于一个码片周期时，这些多径信号既是多径干扰，又是一些有价值的分集源,由此产生了2D-RAKE接收机。目前2D-RAKE接收机讨论最多的是应用在WCDMA上行链路。 空时RAKE接收机首先对存在角度扩展的多个路径分量进行波束成型，以降低DOA可分辨的其它用户信号产生的多址干扰或期望信号的非相关多径分量，然后将经过空间滤波后的信号送入RAKE合并器，以充分利用延迟可分辨的期望信号的多个路径的能量。空间波束形成旨在衰减干扰信号，而时间多径合并旨在利用有用信号。 与时域和空域一维干扰抑制不同的是，空时二维干扰抑制不再使用强迫置零条件，而是考虑噪声的存在，使用优化准则。空时处理有名的优化准则有两个，一个是空时最小均方误差准则，另外一个是空时最大似然准则 我们介绍的第三种抗干扰技术是联合检测技术 传统的接收技术是针对某一用户进行信号检测而把其他用户作为噪声加以处理，在用户数增多时，导致了信噪比恶化，系统性能和容量都不如人意。联合检测技术是在传统检测技术的基础上，充分利用造成多址干扰的所有用户信号及其多径的先验信息（信号之间的相关性时已知的：如确知的用户信道码，各用户的信道估计），把用户信号的分离当作一个统一的相互关联的联合检测过程来完成，从而具有优良的抗干扰性能，降低了系统对功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用上行链路频谱资源，显著地提高系统容量，并削弱了“远近效应”的影响。 每一样技术都有其优缺点，那么我们是否能将其结合，使技术更优化，让其在抗干扰方面体现的效果更为明显呢？ 那就是智能天线与联合检测的结合（ＳＡ＋ＪＤ）， 其主要用于ＴＤ－SCDMA系统中，TD-SCDMA系统结合使用了智能天线和联合检测技术：1）智能天线消除小区间干扰，联合检测消除小区内干扰，两者配合使用；2）智能天线缓解了联合检测过程中信道估计的不准确对系统性能恶化的影响；3）当用户增多时，联合检测的计算量非常大，智能天线的使用减少了潜在的多用户; 4）智能天线的阵元数有限，对于M个阵元的智能天线只能抑制M-1个干扰源，而且所形成的副瓣对其它用户而言仍然是干扰，只能结合联合检测来减少这些干扰；5）在用户高速移动下，TDD模式上下行采用同样空间参数使得波束成型有偏差；用户在同一方向时，智能天线不能起到作用；还
软件抗干扰的几种办法 在提高硬件系统抗干扰能力的同时，软件抗干扰以其设计灵活、节省硬件资源、可靠性好越来越受到重视。下面以MCS-51单片机系统为例，对微机系统软件抗干扰方法进行研究。 1、软件抗干扰方法的研究 在工程实践中，软件抗干扰研究的内容主要是：一、消除模拟输入信号的噪声(如数字滤波技术);二、程序运行混乱时使程序重入正轨的方法。本文针对后者提出了几种有效的软件抗干扰方法。 (1) 指令冗余 CPU取指令过程是先取操作码，再取操作数。当PC受干扰出现错误，程序便脱离正常轨道“乱飞”，当乱飞到某双字节指令，若取指令时刻落在操作数上，误将操作数当作操作码，程序将出错。若“飞”到了三字节指令，出错机率更大。 在关键地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重写称为指令冗余。通常是在双字节指令和三字节指令后插入两个字节以上的NOP。这样即使乱飞程序飞到操作数上，由于空操作指令NOP的存在，避免了后面的指令被当作操作数执行，程序自动纳入正轨。 此外，对系统流向起重要作用的指令如RET、RETI、LCALL、LJMP、JC等指令之前插入两条NOP，也可将乱飞程序纳入正轨，确保这些重要指令的执行。 (2) 拦截技术
所谓拦截，是指将乱飞的程序引向指定位置，再进行出错处理。通常用软件陷阱来拦截乱飞的程序。因此先要合理设计陷阱，其次要将陷阱安排在适当的位置。 软件陷阱的设计 当乱飞程序进入非程序区，冗余指令便无法起作用。通过软件陷阱，拦截乱飞程序，将其引向指定位置，再进行出错处理。软件陷阱是指用来将捕获的乱飞程序引向复位入口地址0000H的指令。通常在EPROM中非程序区填入以下指令作为软件陷阱： NOPNOPLJMP 0000H其机器码为0000020000。 陷阱的安排 通常在程序中未使用的EPROM空间填0000020000。最后一条应填入020000，当乱飞程序落到此区，即可自动入轨。在用户程序区各模块之间的空余单元也可填入陷阱指令。当使用的中断因干扰而开放时，在对应的中断服务程序中设置软件陷阱，能及时捕获错误的中断。如某应用系统虽未用到外部中断 1，外部中断1的中断服务程序可为如下形式： NOPNOPRETI返回指令可用“RETI”，也可用“LJMP0000H”。如果故障诊断程序与系统自恢复程序的设计可靠、完善，用“LJMP0000H”作返回指令可直接进入故障诊断程序，尽早地处理故障并恢复程序的运行。 考虑到程序存贮器的容量，软件陷阱一般1K空间有2-3个就可以进行有效拦截。 (3)软件“看门狗”技术
1 跳频图案的产生 1.1 什么是跳频图案? 为了不让敌方知道我们通信使用的频率，需要经常改变载波频率，即“打一枪换一个地方”似地对载波频率进行跳变，跳频通信中载波频率改变的规律，叫作跳频图案。 通常我们希望频率跳变的规律不被敌方所识破，所以需要随机地改变以至无规律可循才好。但是若真的无规律可循的话，通信的双方(或友军)也将失去联系而不能建立通信。因此，常采用伪随机改变的跳频图案。 只有通信的双方才知道此跳频图案，而对敌方则是绝对的机密。所谓“伪随机”，就是“假”的随机，其实是有规律性可循的，但当敌方不知跳频图案时，就很难猜出其跳频的规律来。 图1－1所示为一个跳频图案。图中横轴为时间，纵轴为频率。这个时间与频率的平面叫作时频域。也可将这个时频域看作一个棋盘，横轴上的时间段与纵轴上的频率段构成了棋盘格子。阴影线代表所布棋子的方案，就是跳频图案；它表明什么时间采用什么频率进行通信，时间不同频率也不同。
图1－1 图1－1中所示为一跳频图案，它是在一个时间段内传送一个或多个比特信息。通常称此时间段叫跳频的驻留时间，称频率段为信道带宽。 在时频域这个“模盘”上的一种布子方案就是一个跳频图案。当通信收发双方的跳频图案完全一致时，就可以建立跳频通信了。图1－2所示就是建立跳频通信的示意图。
图1－2 其中t表示时间，s表示空间，f表示频率。当收、发双方在空间上相距一定距离时，只要时频域上的跳频图案完全相重合，就表示收、发双方同步跳频地进行通信。 1.2 跳频图案与跳频频率表 跳频图案是由跳频指令控制频率合成器所产生的频率序列。跳频系统中，跳频带宽和可供跳变的频率(频道)数目都是预先定好的。 比如说，跳频带宽为5MHz，跳频频率的数目是64个，频道间隔是25kHz。这样，在5MHz带宽内可供选用的频道数远大于64个，那么你怎样选择出64个频率来呢? 这就是所谓的跳频频率表。 根据电波传播条件、电磁环境条件以及敌方干扰的条件等因素来制定一张或几张具有64个频率的频率表，即f1，f2，…f64，另一
提高变电所自动化系统可靠性的措施 一、概述 变电所综合自动化系统具有功能强、自动化水平高、可节约占地面积、减轻值班员操作及监视的工作量、缩短维修周期以及可实现无人值班等优越性。这已为越来越多的电力部门的专家和技术人员所共识。但一方面，由于它是高技术在变电所的应用，是一种新生事物，很多人对它还不够了解，因此也不放心。特别是目前不少工作在变电所第一线的技术人员与运行人员，对综合自动化系统的技术和系统结构还不了解，对其可靠性问题比较担心。另一方面，变电所综合自动化系统内部各个子系统都为低电平的弱电系统，但它们的工作环境是电磁干扰极其严重的强电场所，在研制综合自动化系统的过程中，如果不充分考虑可靠性问题，没有采取必要的措施，这样的综合自动化系统在强电磁场干扰下，也确实很容易不能正工作，甚至损坏元器件。因此，综合自动化系统的可靠性是个很重要的问题。 可靠性是指综合自动化系统内部各子系统的部件、元器件在规定的条件下、规定的时间内，完成规定功能的能力。不同功能的自动装置有不同的反映其可靠性的指标和术语。例如，保护子系统的可靠性通常是指在严重干扰情况下，不误动、不拒动。远动子系统的可靠性通常以平均无故障间隔时间MTBF来表示。 提高综合自动化系统可靠性的措施涉及的内容和方面较多，本章将从电磁兼容性、抗电磁干扰的措施和自动化系统本身的自纠错和故障自诊断等方面讨论提高变电所综合自动化系统的可靠性措施问题。 二、变电所内的电磁兼容 (一)电磁兼容意义 变电所内高压电器设备的操作、低压交、直流回路内电气设备的操作、雷电引起的浪涌电压、电气设备周围静电场、电磁波辐射和输电线路或设备短路故障所产生的瞬变过程等都会产生电磁干扰。这些电磁干扰进入变电所内的综合自动化系统或其他电子设备，就可能引起自动化系统工作不正常，甚至损坏某些部件或元器件。 电磁兼容的意义是，电气或电子设备或系统能够在规定的电磁环境下不因电磁干扰而降低工作性能，它们本身所发射的电磁能量不影响其他设备或系统的正常工作，从而达到互不干扰，在共同的电磁环境下一起执行各自功能的共存状态。
根据国际电工委员会IEC1158定义,安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。当今全球最流行的现总线有FF总线(FieldbusFoundation）、Profibus、Modbus等,在造纸行业,ABB公司AF100应用也很多。但是无论哪一种现场总线,都是数字信号,当在介质上传输时,由于干扰噪音的原因,使得“1”变成了“0”,“0”变成了“1”,从而影响现场总线性能,以至于不能正常工作。因此研究现场总线的抗干扰问题并提高现场总线的抗干扰能力非常重要。 1 纸机车间存在的干扰源 (1)纸机传动系统是纸机车间最大的干扰源。纸机传动系统的总负荷约占造纸车间总负荷的1/3以上,在系统的整流和逆变中,大功率电力电子元器件(IGBT等)高速开和关转换,产生大量的高频电磁波,污染整个车间,并且产生大量高次谐波,污染工频电网。 (2)变压器、MCC柜、电力电缆和动力设备。这些设备均为工频,频率较低,干扰一般发生在近场,而近场中随着干扰源的特性不同,电场分量和磁场分量有很大差别。特别是动力设备启动时,瞬间电流能够达到额定电流的6~1倍,会产生大电流冲击的暂态干扰。 (3)来自工频电源的干扰。工频电源波形畸变和高次谐波若未加隔离或滤波,便会通过向纸机控制系统供电而进入控制系统,影响现场总线的信号。 (4)导线接触不良产生的火花、电弧等。 (5)三相供电不平衡产生的地电流、屏蔽层不共地产生的接地环流。 2 干扰的传播途径 (1)由导线传输,称为传导干扰。在现场总线中,主要表现为地线阻抗干扰和来自工频电源的干扰。 (2)通过空间以辐射的形式传输,称为辐射干扰。 3 现场总线的抗干扰措施 (1)远离干扰源动力设备和电力电缆对现场总线的干扰,与距离的平方成反比,即随距离的增大,干扰衰减非常快。所以,现场总线设备远离用电设备,现场总线电缆与动力缆分层桥架布置,都能起到很好的防干扰作用。远离干扰源,是防止辐射干扰的重要措施。 (2)现场总线设备和电缆的屏蔽现场总线屏蔽的机理,一是外来电磁波在金属表面产生涡流,从而抵消原来的磁场;二是电磁波在金属表面产生反射损耗,另一部分透射波在金属屏蔽层内传播过程中,衰减产生吸收损耗。现场总线的屏蔽是利用由导电材料制成的屏蔽并结合接地,来切断干扰源。 (3)采用UPS电源或隔离变压器可防止来自工频电源的干扰。 (4)采用光缆传输信号在现场总线传输速度高!传输距离远干扰大的情况下,尽可能地采用光缆。采用光缆后,有效解决了辐射扰和传导干扰的众多问题。若在不共地两点之间,或者在
跳频 跳频是最常用的扩频方式之一，其工作原理是指收发双方传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式，也就是说，通信中使用的载波频率受伪随机变化码的控制而随机跳变。从通信技术的实现方式来说，“跳频”是一种用码序列进行多频频移键控的通信方式，也是一种码控载频跳变的通信系统。从时域上来看，跳频信号是一个多频率的频移键控信号；从频域上来看，跳频信号的频谱是一个在很宽频带上以不等间隔随机跳变的。其中：跳频控制器为核心部件，包括跳频图案产生、同步、自适应控制等功能；频合器在跳频控制器的控制下合成所需频率；数据终端包含对数据进行差错控制。 与定频通信相比，跳频通信比较隐蔽也难以被截获。只要对方不清楚载频跳变的规律，就很难截获我方的通信内容。同时，跳频通信也具有良好的抗干扰能力，即使有部分频点被干扰，仍能在其他未被干扰的频点上进行正常的通信。由于跳频通信系统是瞬时窄带系统，它易于与其他的窄带通信系统兼容，也就是说，跳频电台可以与常规的窄带电台互通，有利于设备的更新。 通信收发双方的跳频图案是事先约好的，同步地按照跳频图案进行跳变。这种跳频方式称为常规跳频(Normal FH）。随着现代战争中的电子对抗越演越烈，在常规跳频的基础上又提出了自适应跳频。它增加了频率自适应控制和功率自适应控制两方面。 在跳频通信中，跳频图案反映了通信双方的信号载波频率的规律，保证了通信方发送频率有规律可循，但又不易被对方所发现。常用的跳频码序列是基于m序列、M序列、RS码等设计的伪随机序列。这些伪随机码序列通过移位寄存器加反馈结构来实现，结构简单，性能稳定，能够较快实现同步。它们可以实现较长的周期，汉明相关特性也比较好，但是当存在人为的故意干扰(如预测码序列后进行的跟踪干扰)时，这些序列的抗干扰能力较差。 在90年代初，出现了基于模糊（Fuzzy)规则的跳频图案产生器。在这种系统中，由模糊规则、初始条件以及采样模式共同来决定系统的输出序列。只要窃听者不知道模糊规则、初始条件、采样模式三者的任何一个，就无法预测到系统的输出频率，由此就提高了系统的抗窃听能力和抗干扰能力。模糊跳频给出的跳频码序列与传统的跳频码序列相比更加均匀，也更难预测。 90年代末有人提出了混沌（chaotic)跳频序列。其基本思想是通过混沌系统的符号序列来生成跳频序列。在这个混沌系统中要确定一个非线性的映射关系、初始条件和混沌规则，三者唯一确定一个输出序列。由此确定的混沌跳频序列体现了良好的均匀性，低截获概率，良好的汉明相关特性以及具有理想的线性范围。 与一般的数字通信系统一样，跳频系统要求实现载波同步、位同步、帧同步。此外，由于跳频系统的载频按伪随机序列变化，为了实现电台间的正常通信，收发信机必须在同一时间跳变到同一频率，因此跳频系统还要求实现跳频图案同步。跳频系统对同步有两个基本要求：一是同步速度快，二是同步能力强。目前跳频电台的同步方法有精确时钟法、同步字头法、自同步法、FFT捕获法、自回归谱估计法等等。在实际应用中，同步方案常常综合使用多种同步方法。例如战术跳频系统中常用扫描驻留同步法，综合使用了精确时钟法、同步字头法、自同步法三种同步方法，分成扫描和驻留两个阶段进行。扫描阶段完成同步头频率的捕获，驻留阶段从同步头中提取同步信息，从而完成收发双方的同步。
电磁抗干扰来源及电路与软件抗干扰(EMC)措施 概述 可靠性是用电设备的基木要求之一，也是所有控制单元最基木的要求。它包括两方面的含义:故障时不拒动和正常时不误动。之所以会存在这两个方面的隐患是因为电磁干扰的存在。因此为了保障控制单元可靠的工作，除了采用合适的保护原理外，本章主要考虑抗干扰设计。 电磁干扰的传播方式主要有两种:(1)辐射:电磁干扰的能量通过空间的磁场、电场或者电磁波的形式使干扰源与受干扰体之间产生藕合。(2)传导:电磁干扰的能量可以通过电源线和信号电缆以电压或电流的方式进行传播。电磁干扰的频率包括(1)低频干扰(DC10~20Hz);(2)高频干扰(几百兆赫，辐射干扰和达几千兆赫):(3)瞬变干扰(持续周期从几毫秒到几纳秒)。 造成电力系统中形成电磁干扰的原因有诸多方面，我们知道，同一电力系统中的各种电力设备通过电和磁紧密的联系起来，相互影响，由于运行方式的改变、故障、开关设备的操作等引起的电磁振荡会对智能控制单元产生影响:另外，软起动工作在环境恶劣的煤矿井下，空气非常潮湿，到处充满着煤尘，电磁干扰尤为严重。控制单元在工作时不仅要受到从电网上传来的“噪声”干扰，其木身也是一个很强的干扰源，比如负载上电流的频繁变化和通过导线空间进入单片机系统内部，造成程序跑飞，使系统工作不正常，甚至损坏系统。所以对控制单元各个部分的抗干扰性能提出了较高的要求，尤其是单片机系统的抗干扰问题。因此，在整个单片机应用系统的研发过程中，始终将抗干扰性能作为系统设计时首先考虑的问题之一。 电磁干扰的来源 所谓干扰，简单来说就是指电磁干扰(Electro-Magnetic Interference 简称EMI)，它在一定条件下干扰电子设备、通信电路的正常工作。 电源干扰 电源干扰是单片机应用系统的主要干扰源，据统计，实时系统的干扰约70%来自
跳频通信同步技术及其干扰措施 摘要：跳频通信是短波通信抗干扰技术中应用最广泛、最为有效的技术，它的特点决定了它具有较强的抗干扰能力。本文论述了通信对抗中跳频技术的原理、特点、关键技术及其发展方向等，并就如何对跳频通信实施干扰进行了初步探讨。 一、跳频通信技术原理 跳频就是用伪码序列构成跳频指令来控制频率合成器，并在多个频率中进行选择的移频键控。所传递的信息码与伪随机序列模二相加(或波形相乘)构成跳频指令(即跳频图案)，并由它随机选择发送频率。发送端的信息码序列与伪随机序列经过调制后，按不同的跳频图案控制频率的合成。在接收端，接收到的信号与干扰经高放滤波后送至混频器。接收机的本振信号也是一频率跳变信号，跳变规律是相同的，两个合成器产生的频率相对应，但对应的频率有一频差，正好为接收机的中频。只要收发方的伪随机码同步，就可使收发双方的跳频源一频率合成器产生的跳变频率同步，经混频后，就可得到一个不变的中频信号，然后对此信号进行解调，就可恢复出发送的信息。而对干扰信号而言，由于不知道跳频频率的变化规律，与本地的频率合成器产生的频率不相关，因此，不能进入混频器后面的中频通道，不能对跳频系统形成干扰，这样就达到了抗干扰的目的。其工作原理框图如1所示： 图1 跳频通信系统框图
与定频通信相比，跳频通信比较隐蔽也难以被截获，只要对方不清楚载频跳变的规律，就很难截获对方的通信内容。同时，跳频通信也具有良好的抗干扰能力，即使有部分频点被干扰，仍能在其它未被干扰的频点上进行正常的通信。通信双方的跳频图案是事先约好的，同步地按照跳频图案进行跳变，这种跳频方式称为常规跳频。随着现代战争中的电子对抗越演越烈!在常规跳频的基础上又提出了自适应跳频，它增加了频率自适应控制和功率自适应控制两方面。 二、跳频通信的抗干扰性能分析 跳频之抗干扰如同游击战中“打一枪换一个地方”的战术，携带信息的载频不断变化，使敌方的侦察和干扰跟不上通信载频的变化，从而无法施放干扰。所以，跳频性能好坏取决于频率点变化的多少（频率点越多，意味着信号带宽越宽）和频率点变化的快慢，即跳频速率（简称跳速）。跳频带宽越宽，跳速越高，则侦察和干扰越困难。跳频电台的抗干扰性能一般可以用处理增益来描述。跳频处理增益： G N =（1） ( ) lg 10dB F FH 式中 N为跳频信道数。 F 处理增益的物理意义是敌方采用宽带干扰方式干扰跳频电台时所需的功率，较之干扰一个窄带定频电台所需的功率大出的倍数。但是一旦跳频电台被对方的跟踪式干扰机所跟踪，则跳频处理增益不再能说明抗干扰能力。更有实际意义的 10-时，同步概率为95% (又是在干扰环境下的通信能力，例如当同步误码率在1 例如当跳频频率有30%受到干扰时，仍能保持话音通信，但话音质量有所下降。 三、跳频通信关键技术 3.1频率合成技术 频率合成技术是跳频系统的心脏，跳频系统的快慢决定于频率合成器换频时间的快慢，跳变频率的总数和跳频速率决定了系统的整体性能。频率合成器的频率偏差度则决定了跳频通信系统稳定工作的时间。因此，频率合成技术是跳频通信的关键点之一。 3.2跳频图案 跳频图案是通信双方频率跳变的规则，是通信双方事先约定和预置的相关频
【摘要】短波电台是部队通信装备中应用最多的设备，针对日益复杂的电磁应用环境和通信对抗挑战，本文从技术和使用角度阐述了电台通信抗干扰的几点措施。 【关键词】短波电台通信抗干扰 短波通信通常是指利用波长为100―10m （频率为3―30mhz）的电磁波进行的无线电通信。目前也有把中波的高频段（1.5―3mhz）归到短波波段中去，所以现有的许多短波通信设备，其波段范围往往扩展到1.5―30mhz。在许多国家，也把短波通信认为是高频（hf）无线电通信。 多年来，短波通信被广泛地用于政府、军事、气象、商业等部门，用以传送语言、文字、图像、数据等信息。尤其在军事部门，它始终是军事指挥通信的重要手段之一，是军事指挥决策部门与下级所属单位有效沟通和信息传递的重要工具，也是构建我军c4i指挥体系的重要环节，在现代日益复杂的战场环境下，如何提高电台抗干扰能力，保护己方通信畅通尤为迫切。 一、短波通信干扰类型 能够对设备形成干扰的前提是在时间域对齐，频率域对准，空间域相同，能量域足够，这是干扰的总体原则，具体到各个干扰样式和原理，则有不同的表现形式，通信干扰主要有以下几种类型： 以上几种干扰措施是以前常用的干扰方式，随着通信设备的发展，有些干扰方式现在已基本不再使用，比如单频干扰或窄带连续波干扰，随着军事电台大量采用抗干扰措施，现在已少见单频电台干扰，但宽带噪声干扰、多音干扰和脉冲干扰、扫频干扰仍然应用较多。 此外，为了对抗跳频扩频通信、直接伪码序列扩频通信和混合扩频通信抗干扰能力强的新体制通信系统，出现了一些新的通信对抗技术样式，如宽带拦阻式干扰、跟踪引导式干扰、快速转发式干扰、部分频带噪声干扰等。这些新的干扰样式必须引起我们足够的重视，寻扎相应的对抗策略。 二、短波通信抗干扰技术 通信抗干扰技术的体系、方法、措施可分为4类： （1）以扩频技术为主的频域抗干扰技术，如直接序列扩频（ ds-ss），其关键参量是时间函数的相位；跳频（ fh）的关键参量是时间函数的载频；ds/ fh混合扩频技术；自适应选频技术，当通信信道干扰严重时，通信双方同时改换到最优化频道；自适应频域滤波技术。其中，跳频技术是目前军事通信抗干扰技术中应用最广泛、最有效措施之一，其原理是信息码同伪随机码模相加后，去离散地控制射频载波振荡器输出频率，使发射信号的频率随伪码的变化而跳变。跳频技术抗干扰能力得益于信号载波频率在很宽的频带内跳变，使干扰方难以跟瞄，但其瞬时带宽同定频一样。现阶段，中高速跳频技术仍是对付跟踪（引导）式和宽带阻拦式干扰的有效措施。有效提高跳频抗干扰效率的方法是：提高跳频速率、加大跳频带宽、变速跳频、适当增加跳频组网数目。跳频带宽宽，可跳频道数多，抗干扰能力就愈强。对于宽带阻拦式干扰来说，干扰效率与干扰的带宽成正比。例如对于10mhz中频带宽，信道间隔25 khz，共400信道，当干扰机对该跳频台实施10 mhz拦阻式干扰时，干扰功率平分在400个信道上，干扰强度仅为定频干扰的1/ 400。若带宽再增加，抗干扰力会更强。当前，跳频通信电台朝着跳频速率更快，跳频带宽更宽、智能化跳频的方向发展。 （2）以自适应时变和处理技术为主的时域抗干扰技术，含猝发通信、低速率通信技术、跳时（th）技术、自适应信号功率管理技术。跳时就是一种时分信道，用伪随机码随机选择信道工作时间，可视为一种伪码调制系统，它具有很好的远近效应一致性，模拟和数字体制都可使用。跳时的优点是用时间的合理分配来避开干扰，干扰机必须连续发射才可能收到效果，增大了干扰代价，也就具有一定的抗干扰能力。猝发通信是首先将正常速率的信息存贮