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西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院
陜西 西安 710071
摘 要：針對(duì)跳頻發(fā)射機(jī)在頻率切換的瞬間容易產(chǎn)生雜散輻射的問(wèn)題，提出了對(duì)跳頻信號(hào)進(jìn)行時(shí)域加權(quán)處理的方法，理論分析和計(jì)算機(jī)的仿真證明了該方法的有效性。
關(guān)鍵詞：時(shí)域加權(quán)；跳頻信號(hào)；窗函數(shù)；頻譜泄漏
與定頻連續(xù)信號(hào)波形不同，跳頻信號(hào)的波形是不連續(xù)的，這是因?yàn)樘l器產(chǎn)生的跳變載波信號(hào)之間是不連續(xù)的。當(dāng)載波從一個(gè)頻率f1跳變到另一個(gè)頻率f2時(shí)，在時(shí)域上會(huì)有2個(gè)脈沖產(chǎn)生，即從f1跳變到0時(shí)產(chǎn)生的向下的脈沖和從0跳變到f2時(shí)產(chǎn)生的向上的脈沖。根據(jù)傅里葉變換，時(shí)域上的脈沖反映到頻域上為全頻域的均勻譜，因而容易使跳頻發(fā)射機(jī)產(chǎn)生雜散輻射。為了保證跳頻發(fā)射機(jī)輸出的頻率純正而穩(wěn)定，現(xiàn)在采用的辦法都是在頻率切換的瞬間抑止發(fā)射機(jī)末級(jí)工作。但這種方法也有他的局限性。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本文提出了對(duì)跳頻信號(hào)進(jìn)行時(shí)域加權(quán)處理的辦法。理論和仿真的結(jié)果表明，該方法對(duì)于解決跳頻發(fā)射機(jī)的雜散輻射問(wèn)題有比較好的效果。
1 跳頻信號(hào)的特點(diǎn)
跳頻信號(hào)是由頻率合成器生成的，頻率合成器從接受跳頻指令開始到完成頻率的跳變需要一定的切換時(shí)間。頻率合成器從接受指令開始建立振蕩到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間叫做建立時(shí)間；穩(wěn)定狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間叫作駐留時(shí)間；從穩(wěn)定狀態(tài)到達(dá)振蕩消失的時(shí)間叫作消退時(shí)間。從建立到消退的整個(gè)時(shí)間叫作一個(gè)跳周期，記作Th。建立時(shí)間加上消退時(shí)間叫作換頻時(shí)間。只有在駐留時(shí)間（記作Td）內(nèi)才能有效地傳送信息。圖1給出頻率合成器的換頻過(guò)程和載波信號(hào)的波形。
跳頻通信系統(tǒng)為了能更有效地傳送信息，要求頻率切 換占用的時(shí)間越短越好。通常，換頻時(shí)間約為跳周期Th的1／8～1／10。例如跳頻速率每秒500跳的系統(tǒng)，其跳周期Th＝2 ms，換頻時(shí)間為0．2 ms左右。
2窗函數(shù)的選取
對(duì)跳頻信號(hào)進(jìn)行時(shí)域加權(quán)處理實(shí)際上就是對(duì)其加上合適的窗函數(shù)，使其在每一跳都具有比較平滑的起始和截止特性，從而防止頻率的雜散輻射，使跳頻發(fā)射機(jī)在頻率切換時(shí)可以不必抑制末級(jí)的工作。下面根據(jù)跳頻信號(hào)的特點(diǎn)，來(lái)說(shuō)明所加的窗函數(shù)需要具有什么樣的特性。以跳頻速率每秒500跳的系統(tǒng)為例，其跳周期Th＝2 ms，換頻時(shí)間為0．2 ms左右，所以選用的窗函數(shù)的起始和截止時(shí)間也要在0．2 ms內(nèi)，所選窗函數(shù)在時(shí)域上應(yīng)該具有比較快速起始和收斂的特性。時(shí)域上跳頻信號(hào)與窗函數(shù)相乘反映到頻域上則為二者頻譜的卷積。不同的窗函數(shù)其頻譜的主旁瓣之比也不同，由于在卷積后的頻譜中，只有主瓣內(nèi)的能量有用，所以為了使跳頻信號(hào)的功率損失盡可能小，應(yīng)該選擇主旁瓣之比盡量高的窗函數(shù)。也就是說(shuō)所選窗函數(shù)頻譜的泄漏應(yīng)盡可能的小。由上面的分析可以得出，選用的窗函數(shù)在時(shí)域上應(yīng)該具有快速起始和截止的特性，在頻域上應(yīng)該具有泄露少的特點(diǎn)。
根據(jù)上面的分析，經(jīng)過(guò)對(duì)哈寧，漢明，布萊克曼，Tukey等多種窗函數(shù)進(jìn)行比較，選用了Tukey窗，并且根據(jù)500跳每秒的跳頻信號(hào)的實(shí)際特性，對(duì)Tukey窗函數(shù)的
一些參數(shù)做了修改，Tukey窗函數(shù)的表達(dá)式如下：
α的范圍為0～1，在這里根據(jù)跳頻信號(hào)的換頻時(shí)間約為跳周期的1／8～1／10，取α為0．9。我們看一個(gè)跳周期的情況，多個(gè)跳周期的情況可由一個(gè)跳周期的頻譜推得，其每個(gè)周期的波形是基本相同的。一個(gè)跳周期時(shí)可以假設(shè)跳 頻載波信號(hào)的表達(dá)式如下：
圖2是跳頻信號(hào)的載波和Tukey窗函數(shù)的波形。
3 跳頻載波加Tukey窗函數(shù)處理后的頻譜分析
筆者用Matlab軟件分別對(duì)跳頻載波信號(hào)和加Tukey窗處理后的跳頻載波信號(hào)進(jìn)行了頻譜分析。對(duì)2個(gè)信號(hào)分別做了201點(diǎn)的傅里葉變換，如圖3和圖4所示。
通過(guò)上面的頻譜分析可以看出，與Tukey窗函數(shù)加權(quán)后，載波頻譜的旁瓣很快就收斂到0，而且與未加窗函數(shù)處理相比，其主瓣幅度的衰減很小而旁瓣的衰減卻很大，也就是說(shuō)其能量絕大部分都集中在主瓣，泄漏很少；而且Tukey窗的波形還很適合于跳頻信號(hào)，所以在對(duì)跳頻信號(hào)進(jìn)行加權(quán)處理時(shí)，Tukey窗是一個(gè)好的選擇。
4 結(jié)語(yǔ)
為了解決跳頻發(fā)射系統(tǒng)在換頻時(shí)可能出現(xiàn)的雜散輻射問(wèn)題，本文提出了對(duì)跳頻信號(hào)進(jìn)行時(shí)域加權(quán)處理的方 法。經(jīng)過(guò)比較，發(fā)現(xiàn)變換參數(shù)后的Tukey窗無(wú)論在時(shí)域上還是頻域上都能夠滿足理論分析的要求。理論和仿真的結(jié)果表明，采用對(duì)跳頻信號(hào)加Tukey窗函數(shù)進(jìn)行處理的方法，對(duì)于解決跳頻發(fā)射系統(tǒng)的雜散輻射問(wèn)題有比較好的效果，可以取代傳統(tǒng)的在頻率切換的瞬間抑止發(fā)射機(jī)末級(jí)工作的方法。
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摘自《現(xiàn)代電子技術(shù)》
