一种基于虚实协同的干扰模拟平台及干扰模拟实现方法与流程

1.本发明涉及一种基于虚实协同的干扰模拟平台及干扰模拟实现方法，特别是涉及无线通信技术领域。


背景技术：

2.随着通信技术的发展，电磁干扰越来越强，因此在卫星通信领域对信号抗干扰的需求以及传输稳定性提出了更高的需求。在这样的背景下，各大高校、科研机构、通信公司针对抗干扰算法展开了研究，并取得了较多成果，但是抗干扰算法的性能难以得到验证，仅仅依靠理论结果以及软件仿真平台的验证对结论的支撑略显不足，因此需要通过真实干扰机进行模拟测试来配合说明。
3.现有技术中，已有的干扰机主要是针对手机或者wifi通信进行干扰，支持的干扰频段较为固定，对算法的验证和支撑较为简单，仅仅依靠调整发射信号的频率便可以避免干扰，无法满足多种多样的干扰测试要求。除此之外，通过固定的硬件设备来实现通信链路，往往也难以满足多样化的干扰信号的需求。


技术实现要素：

4.发明目的：提出一种基于虚实协同的干扰模拟平台及干扰模拟实现方法，为通信链路传输尤其是抗干扰能力方面提供模拟测试，从而解决现有技术存在的上述问题。
5.技术方案：第一方面，提出了一种基于虚实协同的干扰模拟平台，该平台具体包括：射频前端，包括接收机射频前端和发射机射频前端，被设置为用于待干扰信号的接收以及干扰信号的发射；远程综合管控平台，被设置为与用户的交互，完成干扰机参数的设置；软件无线电平台干扰机，包括干扰机软件，被设置为根据远程综合管控平台设置的参数进行数字信号处理，以及对所述射频前端进行参数配置，生成干扰信号。
6.在第一方面的一些可实现方式中，所述远程综合管控平台首先根据用户需求，部署待进行测试的通信场景以及干扰机的数量，并生成配置文件；其次，软件无线电平台干扰机读取远程管控平台传输的配置文件，根据配置文件中的参数配置干扰方式并生成干扰信号；随后根据预设调制方式对数字信号进行处理，以及对射频前端进行参数设置，将生成的干扰信号传输给射频前端；最后，射频前端以指定的增益、频率和带宽接收和发射干扰信号。
7.基于虚实结合的综合试验验证平台不仅可以生成多种干扰信号，适用于多种通信环境，为通信传输提供有针对性的测试，还可以为抗干扰算法的测试提供帮助，为重点领域如卫星通信中的抗干扰算法提供样机测试环境，防止在通信对抗中处于劣势。
8.在第一方面的一些可实现方式中，在自适应干扰模式下，所述射频前端的接收天线通过扫频的方式截获待干扰信号，并将数据传输给数字信号处理部分，所述数字信号处
理部分将根据待干扰信号自适应地进行参数配置，生成并发射对应的干扰信号，实现跟踪式干扰。
9.在第一方面的一些可实现方式中，所述远程综合管控平台与所述软件无线电平台干扰机进行数据传输时，进一步包括：开始测试、参数传输、参数更新、状态获取、暂停测试、停止测试六种数据交互处理流程。
10.所述远程综合管控平台与所述软件无线电平台干扰机进行数据传输时，通过shell脚本进行控制；其中，所述参数传输和参数更新中涉及到的参数，通过文件进行传输，进一步的，通过将用户设置的参数保存在配置文件中传输给所述软件无线电平台干扰机。
11.所述射频前端与所述软件无线电平台干扰机进行数据传输时，进一步包括：创建设备、接收信号和发射信号数据的传输、射频前端参数设置、接收和发射信号、停止发射五种数据交互处理流程。
12.其中，所述射频前端与所述软件无线电平台干扰机进行数据传输时，通过调用射频前端设备内的函数实现。
13.在第一方面的一些可实现方式中，所述软件无线电平台干扰机在与所述远程综合管控平台以及射频前端进行数据交互时，具体步骤如下：步骤1、根据所述远程综合管控平台传输过来的参数配置文件，进行参数读取；步骤2、对读取到的参数进行是否为手动干扰的判断；当判断结果为手动干扰，则读取手动干扰所需参数；当判断结果为自动干扰，则对接收机射频前端进行基础参数设置，接收机截获待干扰信号，并对信号进行处理，根据信号的特征进行自适应的参数生成；步骤3、根据判断的结果获取对应的配置参数；步骤4、根据读取到的配置参数，设置对应的干扰生成方式；步骤5、根据干扰生成方式生成干扰数据；步骤6、根据预设的调制方式进行调制，获取每个干扰数据对应星座点的坐标；步骤7、将干扰数据的星座点坐标传输给发射机射频前端，用于对发射机射频前端的进行设置；步骤8、所述射频前端发射指定增益、频率和带宽的干扰信号。
14.在第一方面的一些可实现方式中，软件无线电平台干扰机内部无线电实现方法具体包括：读取参数配置文件模块、随机信源生成模块、信号调制模块、射频配置模块、流程控制模块、信号发射模块。
15.进一步的，所述参数配置文件模块用于从所述远程综合管控平台传递过来的参数配置文件中读取参数信息；所述参数信息包括：各个参数的配置、采用的调制方式、生成干扰数据的方式。
16.所述随机信源生成模块用于产生随机干扰数据。
17.所述信号调制模块用于根据选择的调制方式将所述随机信源生成模块生成的干扰数据映射到相应的星座点上，并返回星座点对应的复数坐标值。
18.所述射频配置模块用于根据获取到的参数对所述射频前端进行配置。
19.所述流程控制模块用于操作流程的控制和配置参数的更新。
20.所述信号发射模块用于将所述信号调制模块生成的信号发射出去，以及负责设置信号的发射时间和每个包所含的数据数量。
21.其中，随机信源生成模块包括两种产生干扰数据的方式。具体的，第一种产生干扰数据的方式为：读取配置文件的形式，根据用户提供的配置文件读取干扰数据；第二种产生干扰数据的方式为：根据预设的随机种子随机生成服从高斯分布、均匀分布模型的干扰数据。
22.所述信号调制模块选用的调制方式包括：bpsk、qpsk、8psk和16qam。
23.所述射频配置模块对所述射频前端进行配置时，进一步包括：设置射频前端的时钟频率、发射频率、带宽和增益。
24.所述流程控制模块控制的操作流程进一步包括：程序的暂停、程序的结束和程序的循环。
25.所述流程控制模块进行配置参数更新时进一步包括：手动干扰模式下手动更新参数配置；自适应干扰模式下，在满足触发条件时，根据预设参数的阈值，自适应动态地更新配置参数。
26.在第一方面的一些可实现方式中，基于虚实协同的干扰模拟平台还包括一种虚实映射平台接口，所述虚实映射平台接口嵌入在任意一种仿真平台中，实现与其他通信设备同时开展测试。
27.第二方面，提出一种基于干扰模拟平台的模拟方法，该方法具体包括以下步骤：步骤一、远程综合管控平台传输参数配置文件至软件无线电平台干扰机中；步骤二、软件无线电平台干扰机根据接收到配置参数文件进行参数读取，以及干扰判断，并根据判断结果进行参数获取；步骤三、根据获取到的配置参数，设置对应的干扰生成方式；步骤四、根据干扰生成方式生成干扰数据；步骤五、根据预设的调制方式进行调制，获取每个干扰数据对应星座点的坐标，并传输给发射机射频前端，用于对发射机射频前端的进行设置；步骤六、射频前端发射指定增益、频率和带宽的干扰信号。
28.有益效果：本发明提出了一种基于虚实协同的干扰模拟平台及干扰模拟实现方法，通过设置从远程管控平台到干扰机实现方法再到射频前端的干扰模拟平台架构，具体在虚实映射平台接口、交互结构、参数配置方法、干扰数据生成方式、多种干扰方式的实现与加载、可选调制方式的干扰功能等方面展开了设置，在满足更广泛的需求同时，达到干扰效果更强的目的。另外，本方申请能够在虚实协同平台中实现多种干扰方式的参数设置，通过射频前端发射干扰信号，能够集成在各个仿真测试平台中，为通信链路的传输尤其是抗干扰算法提供多个维度的测试。
附图说明
29.图1为本发明虚实结合的干扰模拟平台整体架构图。
30.图2为本发明外部交互结构图。
31.图3为本发明干扰机软件无线电实现方法流程示意图。
32.图4为未受干扰的通信链路的星座图。
33.图5为受干扰的通信链路的星座图。
具体实施方式
34.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
35.申请人认为随着通信技术的发展，抗干扰算法的研究逐渐渗透在各行各业，但是抗干扰算法的性能却难以得到验证，因此需要干扰机进行协同配合进行性能验证。现有技术中，常采用固定的硬件设备实现通信链路，相比于新兴的软件无线电技术，采用硬件设备往往难以满足多样化的干扰信号的需求。
36.针对上述问题，本技术提出一种基于虚实协同的干扰模拟平台及干扰模拟实现方法，通过使用软件无线电技术和射频前端相结合的虚实协同平台，通过软件实现数字信号处理，快速实现信号的编码、交织、解码、调制和解调等功能，极大程度地降低了成本和实现难度，一套硬件设备即可满足多种测试功能。用户在远程管控平台进行场景的配置，并将干扰机的相关参数传输给计算机，计算机利用软件无线电技术根据参数配置文件加载理论模型、进行数字信号处理、生成各类干扰信号、对射频前端进行配置以及将相关数据传输给射频前端，最后射频前端实现多种干扰方式，发射相应的干扰信号。通过这样的架构，实现从场景到模型再到实物的虚实协同。通过软件化可以加快通信模块的开发速度，降低开发成本，便于前期调试和后期维护。
37.在一个实施例中，提出一种基于虚实协同的干扰模拟平台，用于实现从场景到模型再到实物的虚实协同。具体的，如图1所示基于虚实协同的干扰模拟平台包括：射频前端，包括接收机射频前端和发射机射频前端，被设置为用于待干扰信号的接收以及干扰信号的发射；远程综合管控平台，被设置为与用户的交互，完成干扰机参数的设置；软件无线电平台干扰机，包括干扰机软件，被设置为根据远程综合管控平台设置的参数进行数字信号处理，以及对所述射频前端进行参数配置，生成干扰信号。
38.在进一步的实施例中，远程综合管控平台首先根据用户需求，部署待进行测试的通信场景以及干扰机的数量，并生成配置文件；其次，软件无线电平台干扰机读取远程管控平台传输的配置文件，根据参数生成干扰信号，并对基带数字信号进行处理，以及对射频前端进行参数设置，将生成的干扰信号传输给射频前端；最后，射频前端以指定的增益、频率和带宽接收和发射干扰信号。
39.具体的，优选实施例中，将基于虚实协同的干扰模拟平台划分三部分，第一部分为远程综合管控平台，负责与用户的交互，完成干扰机参数的设置；第二部分为软件无线电平台干扰机，负责根据干扰机的参数进行数字信号处理，对射频前端进行配置，并生成干扰信号；第三部分为射频前端，负责待干扰信号的接收以及干扰信号的发射。
40.三部分的具体内容为：远程管控平台主要负责与用户的交互功能，用户在远程管控平台进行场景的部署，即需要测试和模拟何种通信场景，需要干扰机的数量，每个干扰机的参数等。软件无线电平台干扰机为本实施例的主体部分，这一部分将通过软件无线电技术实现干扰机软件，完成与远程管控平台的交互、干扰机的数字信号处理部分，以及与射频前端的交互。干扰机软件主要负责读取远程管控平台传输的配置文件，并根据参数生成干
扰信号，基带数字信号处理，对射频前端进行参数设置，完成多种干扰方式的实现与加载，将生成的干扰信号传输给射频前端等。第三部分为射频前端，这部分负责模拟/数字转换，以指定的增益、频率和带宽接收和发射干扰信号。
41.本实施例提出的基于虚实结合的综合试验验证平台，用于为通信链路传输尤其是抗干扰能力方面提供模拟测试。该干扰模拟平台设计与实现方法适用于多种通信环境，可以生成多种干扰信号，为通信传输提供有针对性的测试，可以为抗干扰算法的测试提供帮助，为重点领域如卫星通信中的抗干扰算法提供样机测试环境，防止在通信对抗中处于劣势。
42.在进一步的实施例中，在自适应干扰模式下，所述射频前端的接收天线通过扫频的方式截获待干扰信号，并将数据传输给数字信号处理部分，所述数字信号处理部分将根据待干扰信号自适应地进行参数配置，生成并发射对应的干扰信号，实现跟踪式干扰。
43.在进一步的实施例中，基于虚实协同的干扰模拟平台内部之间的交互如图2所示，具体的，远程综合管控平台与软件无线电平台干扰机进行数据传输时，进一步包括：开始测试、参数传输、参数更新、状态获取、暂停测试、停止测试六种数据交互处理流程；所有的交互动作通过shell脚本进行控制，参数传输和参数更新中的参数传递通过文件进行，远程管控平台将用户设置的参数保存在配置文件中并传输给干扰机软件无线电实现方法。
44.射频前端与软件无线电平台干扰机进行数据传输时，进一步包括：创建设备、接收信号和发射信号数据的传输、射频前端参数设置、接收和发射信号、停止发射五种数据交互处理流程，这些交互动作依靠调用射频前端设备内的函数来实现。
45.在进一步的实施例中，软件无线电平台干扰机在与远程综合管控平台以及射频前端进行数据交互时，具体步骤如下：步骤1、根据所述远程综合管控平台传输过来的参数配置文件，进行参数读取；步骤2、对读取到的参数进行是否为手动干扰的判断；当判断结果为手动干扰，则读取手动干扰所需参数；当判断结果为自动干扰，则对接收机射频前端进行基础参数设置，接收机截获待干扰信号，并对信号进行处理，根据信号的特征进行自适应的参数生成；步骤3、根据判断的结果获取对应的配置参数；步骤4、根据读取到的配置参数，设置对应的干扰生成方式；步骤5、根据干扰生成方式生成干扰数据；步骤6、根据预设的调制方式进行调制，获取每个干扰数据对应星座点的坐标；步骤7、将干扰数据的星座点坐标传输给发射机射频前端，用于对发射机射频前端的进行设置；步骤8、所述射频前端发射指定增益、频率和带宽的干扰信号。
46.优先实施例中，如图3所示，首先根据远程管控平台传输过来的参数配置文件，进行参数读取；其次根据读取到的参数进行判断，判断是否为手动干扰，如果为手动干扰则读取手动干扰所需参数，如果为自动干扰则对射频前端（接收机）进行基础参数设置，接收机截获待干扰信号，并对信号进行处理，根据信号的特征进行自适应的参数生成；然后在参数读取完成后进行干扰方式的设置，随后根据设置的干扰数据生成方式读取或生成干扰数据，并根据设置的调制方式进行调制，得到每个干扰数据对应星座点的坐标，最后进行射频前端（发射机）的设置，将干扰数据的星座点坐标传输给射频前端，射频前端发射指定的增
益、频率和带宽的干扰信号。
47.在干扰信号发射过程中可以进行参数的实时更新，随时可以使用新的参数发射干扰信号。
48.干扰机软件无线电实现方法中具体包括读取参数配置文件、随机信源生成、信号调制、射频配置、流程控制、信号发射等模块，其中：读取参数配置文件模块负责从远程管控平台传递过来的参数配置文件中读取各个参数的配置、采用的调制方式、生成干扰数据的方式等信息。
49.随机信源模块负责产生随机干扰数据，本方法主要提供两种方式，一是读取文件的形式，根据用户提供的文件读取干扰数据，目的是为了测试发射特定的干扰数据是否有更好的干扰性能，第二种是根据设置的随机种子随机生成服从高斯分布、均匀分布等模型的干扰数据。
50.信号调制模块负责根据选择的调制方式将随机信源模块生成的干扰数据映射到相应的星座点上，返回星座点对应的复数坐标值，可选择的调制方式有bpsk、qpsk、8psk、16qam等。
51.射频配置模块负责根据读取或生成的参数对射频前端（接收机/发射机）进行配置，包括设置射频前端的时钟频率、发射频率、带宽和增益等。
52.流程控制模块负责控制程序的暂停、结束、循环控制等流程的控制，还包括重新配置参数等功能的实现，在手动干扰模式下可以手动更新参数配置，在自适应干扰模式下根据提前设置的增益、频率等参数的阈值，当满足触发条件时，会自动重新动态配置参数，实现跟踪式干扰。
53.信号发射模块负责将信号调制模块生成的信号发射出去，信号发射模块负责设置信号的发射时间，是否立刻发送，每个包所含的数据数量等。
54.在进一步的实施例中，基于虚实协同的干扰模拟平台还包括一种虚实映射平台接口，该接口可以嵌入在各类仿真平台之中作为系统的一部分，亦可独立运行，实时模拟频率、带宽、调制方式、增益等均可控的干扰信号，为通信链路的测试和抗干扰算法的验证提供可控的复杂干扰信号环境。在手动干扰的情况下可以通过调幅、调频、调相、添加噪声等方式实现梳状干扰、扫频干扰、单音干扰、多音干扰和宽带干扰等多种干扰方式，在自适应干扰情况下，无需进行复杂的参数设置即可实现有效的干扰功能，同时具备跳频信号截获能力，自动改变干扰信号的频率，以实时模拟针对跳频信号的跟踪式干扰，为通信系统中的对抗提供真实的干扰信号环境；除此之外还具备连续多任务的工作方式，可实现更为复杂的信号环境模拟，模拟信号环境长时间内的动态变化；采用开放式架构、模块化设计，方便系统新功能插入，以适应未来抗干扰体制对抗验证需求。
55.在一个实施例中，提出一种基于干扰模拟平台的模拟方法，该方法具体包括以下步骤：步骤一、远程综合管控平台传输参数配置文件至软件无线电平台干扰机中；步骤二、软件无线电平台干扰机根据接收到配置参数文件进行参数读取，以及干扰判断，并根据判断结果进行参数获取；步骤三、根据获取到的配置参数，设置对应的干扰生成方式；步骤四、根据干扰生成方式生成干扰数据；
步骤五、根据预设的调制方式进行调制，获取每个干扰数据对应星座点的坐标，并传输给发射机射频前端，用于对发射机射频前端的进行设置；步骤六、射频前端发射指定增益、频率和带宽的干扰信号。
56.如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。