单载波数调干扰信号及干扰案例库的生成方法与流程
本发明涉及一种单载波数调干扰信号及干扰案例库的生成方法，属于无线通信干扰技术领域。
背景技术：
在现代化战争中，军事通信中的通信对抗对战略攻防有着举足轻重的作用。通信对抗是敌对双方利用电子技术进行的作战行动。目的是削弱、破坏敌方无线电通信系统的作战使用效能和保障己方无线电通信系统正常发挥效能。通信对抗从广义上讲包括：无线电通信对抗侦察、无线电通信干扰、无线电通信电子防御三部分。其中无线电通信干扰是使用无线电通信干扰设备发射专门的干扰信号，破坏或扰乱敌方的无线通信，是通信对抗中的进攻手段。
依托通信对抗中的无线电通信干扰为背景，以二进制单载波数字调制信号为研究对象，研究信号在加性高斯白噪声信道下的最佳干扰样式。国内外研究表明，信号的有效干扰应满足时域、频域以及功率准则。即在时域上要采取尽可能有效的措施保证干扰与通信信号在时间上重合；在频域上要保证干扰与通信信号的载频和带宽一致。对于通信侦察系统而言，由于对所截获的通信信号缺乏先验知识，干扰信号与通信信号在时域和频域上只能保证近似重合。这时要利用增大干扰信号的功率的手段弥补干扰信号与通信信号在时、频域重合程度不足带来的性能损失，以达到最佳干扰。另外，对于干扰设备来说，不同干扰设备可用的干扰资源是有限的，其发射功率、载波频率、发射速率等参数都受客观因素的限制，所以对于某种特定参数的通信信号，我们需要找到一种或多种干扰信号，以根据干扰设备的具体情况选择适合的干扰信号。
近年来许多文献研究了针对单载波数字信号在加性高斯白噪声信道下的最佳干扰样式，他们绝大多数都是在假设获得准确通信信号参数的前提下设计干扰信号的干扰样式的，作者徐天宇在“单/多载波数字调制信号的最佳干扰样式研究[d]”[哈尔滨：哈尔滨工程大学,2018.]一文中研究了二进制单载波数字调制信号的最佳干扰样式，但其设计的干扰样式局限于相关干扰，没有考虑干扰信号频率对干扰效果的影响。
技术实现要素：
为克服现有技术的缺陷和不足，本发明提出了一种单载波数调干扰信号及干扰案例库生成方法，以有效扰乱敌方电子设备使其不能正常工作。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种单载波数调干扰信号及干扰案例库的生成方法,由干扰信号生成系统来实现，该系统包括干扰信号生成模块、干扰案例库和干扰决策模块；其中干扰信号生成模块和干扰案例库相连接，干扰案例库和干扰决策模块相连接；干扰信号生成模块包括信源生成模块a和信源生成模块b、脉冲成形模块a和脉冲成形模块b、信号调制模块a和信号调制模块b、信道、相干解调模块、码元同步模块、抽样判决模块和误码率判决模块；其中相干解调模块包括一个相干载波发生器、一个乘法器和一个低通滤波器；干扰信号生成模块中信源生成模块a和脉冲成形模块a相连接，脉冲成形模块a的输出端连接到信号调制模块a的输入端；信源生成模块b和脉冲成形模块b相连接，脉冲成形模块b的输出端连接到信号调制模块b的输入端；信号调制模块a和信号调制模块b的输出端均接入信道，通过信道的输出端连接到相干解调模块，相干解调模块的输出端连接到码元同步模块，码元同步模块的输出端连接到抽样判决模块，抽样判决模块的输出端连接到误码率判决模块；信源生成模块a的输出端和抽样判决模块的输入端相连接，该干扰信号及干扰案例库的生成方法的具体步骤如下：
1)信源生成模块a生成0、1等概分布的离散信源序列{an}，an是第n个符号的电平,其取值为0或1；信源生成模块b生成0、1等概分布的离散信源序列{ajn}，ajn是第n个符号的电平,其取值为0或1；
2)离散信源序列{an}经过脉冲成型模块a后输出基带信号
3)信号调制模块a对基带信号s(t)进行调制，调制方式为2ask、bpsk、和2fsk中的一种，生成调制后信号e(t)，具体调制方式分别如下：
(1)若调制方式为2ask：e(t)＝s(t)cos2πfct，其中fc为载波频率；
(2)若调制方式为2fsk：e(t)＝s1(t)cos(2πf1t)+s2(t)cos(2πf2t)，其中f1、f2分别为2fsk调制中的两个载波频率，
(3)若调制方式为bpsk：e(t)＝s1(t)cos(2πfct)+s2(t)cos(2πfct+π)，其中，fc为载波频率，
仿照步骤(1)-(3)，信号调制模块b对基带信号sj(t)进行调制，调制方式为2ask、bpsk、和2fsk中的一种，生成为干扰信号j(t)；
4)调制后信号e(t)和干扰信号j(t)经过信道后输出信号r(t)＝e(t)+n(t)+j(t),其中n(t)为高斯噪声；
5)对经过信道后输出信号r(t)进行相干解调，须由相干解调模块中的相干载波发生器提供一个与调制后信号e(t)的载波严格同步的相干载波，相干载波与经过信道后输出信号r(t)相乘后，经低通滤波器取出低频分量，此低频分量为恢复后的基带信号sd(t)；
6)将恢复后的基带信号sd(t)经过码元同步模块进行码元同步后以去除由低通滤波器带来的延时，得到同步后的基带信号s'd(t)；
7)同步后的基带信号s'd(t)经过抽样判决模块进行抽样判决后与离散信源序列{an}进行比较得到系统的误码率pe；
8)分别改变干扰信号的调制方式、载波频率、符号间隔，重复步骤2)-7)的过程，绘制不同参数干扰信号对通信信号进行干扰下的系统误码率曲线，由误码率曲线判定当误码率达到10％时的干扰信号作为实际有效的干扰信号；
9)将上述实际有效的干扰信号输入到干扰案例库中堆集，其中每个干扰信号及其所对应的调制后信号的组合作为其一个案例；当截获敌方通信信号时，由干扰决策模块从干扰案例库中选择一对应的干扰信号对敌方通信信号进行干扰，即干扰案例库中现存的与敌方通信信号调制方式、载波频率、码元速率、发射功率相同的调制后信号e(t)所对应的干扰信号；当截获敌方通信信号在干扰案例库中没有对应的调制后信号时，则根据干扰案例库中案例、目前干扰设备的资源，通过数据拟合的方法生成适合所截获敌方的通信信号的干扰信号。
所述的2ask调制方式中ask是英文amplitudeshiftkeying的缩写，意为二进制振幅键控调制方式；
所述的bpsk调制方式中bpsk是英文binaryphaseshiftkeying的缩写,意为二进制相移键控调制方式；
所述的2fsk调制方式中fsk是英文frequencyshiftkeying的缩写,意为二进制频移键控调制方式。
当截获敌方通信信号在干扰案例库中没有对应的干扰信号时，则根据干扰信号案例库中案例、目前干扰设备的资源，通过数据拟合的方法生成适合所截获的敌方通信信号的干扰信号，其生成方法如下：
(1)将干扰机截获的敌方通信信号与干扰案例库中的调制后信号进行检索匹配，检索匹配的目的是在干扰案例库中找到案例中调制后信号与所截获的敌方通信信号最为相似的k个案例；检索匹配的过程通过基于欧氏距离的最近邻法实现，最近邻法为通信信号的每一个属性，即通信信号的载波频率、调制方式、码元速率、发送功率，都通过粒子群算法确定了一个权值，算法使用该权值来加权计算所截获的通信信号与案例库中的通信信号的加权欧式距离，找到干扰案例库中与所截获敌方通信信号加权欧式距离最小的k个通信信号。
(2)记录这k个通信信号与所截获的敌方通信信号之间的距离，将距离取倒数再归一化后作为k个权重，这k个通信信号所对应的干扰信号用此权重取加权平均，并将加权平均后获得的干扰信号作为适合所截获的敌方通信信号的干扰信号。
此方法中k的取值一般根据经验确定，本发明中k取值为2。
仿真中通信信号的参数根据实际军用短波电台参数确定，通信信号的调制方式为bpsk、2ask、2fsk中的一种；调制方式为bpsk、2ask的通信信号的载波频率即频点为fcs＝3.6mhz、调制方式为2fsk的通信信号的两个频点分别为2.4mhz、3.6mhz；码元速率为rs＝56kbit/s；发送功率为ps＝5w。在固定信噪比snr的取值为5db，干信比isr的取值范围在-10到4db，取值间隔为1db的条件下。分别改变干扰信号的调制方式、载频、码元速率，分析在干扰信号与发送信号非相干的情况下，因为干扰信号参数不同带来的干扰效果的变化；
依据gjb6741-2009《数字通信干扰效果评定准则》，以二进制随机序列作为信源的数字通信系统误码率达到7.5％时即可认为干扰很强，误码率达到10％时即可认为无法正常通信。根据此评价标准，本发明选择误码率为10％的干扰信号作为备选干扰方案；
仿真时，固定通信信号的参数(通信信号参数来自于前面提及的根据敌方电台参数生成的通信信号数据)，改变干扰信号的参数，绘制不同参数干扰信号下的系统误码率曲线，并从该曲线图中找到符合要求的干扰信号作为该通信信号的干扰方案。
干扰信号与通信信号调制方式不同：
固定干扰信号的码元速率rj＝56kbit/s；调制方式为bpsk、2ask的干扰信号的载波频率即频点为fcs＝3.6mhz、调制方式为2fsk的干扰信号的两个频点分别为fj1＝2.4mhz、fj2＝3.6mhz的条件下改变干扰信号的调制方式分别为bpsk、2fsk、2ask。对于调制方式为bpsk的通信信号来说，调制方式为bpsk的干扰信号在发送功率为2.82w时即可达到使系统误码率达到无法正常通信的要求，调制方式为2fsk和2ask的干扰信号在发送功率为4.28w时可以达到同样的干扰效果、由于通信信号调制方式为2ask时，整个系统的误码率大于10％，无法正常通信，因此后续不再考虑通信信号调制方式为2ask的情况、对于调制方式为2fsk的通信信号来说，调制方式为bpsk的干扰信号在发送功率为1.87w时可达到使系统误码率达到无法正常通信的要求，调制方式为2fsk和2ask的干扰信号在发送功率分别为1.83w和3.39w时可达到相同的干扰效果。
干扰信号与通信信号码元速率不同：
对于调制方式为bpsk和2fsk的通信信号固定干扰信号的调制方式与通信信号相同；固定调制方式为bpsk的干扰信号频点为fj＝3.6mhz、调制方式为2fsk的干扰信号的两个频点分别为fj1＝2.4mhz、fj2＝3.6mhz的条件下改变干扰信号的码元速率分别为0.5rs、rs、2rs、3rs，其中rs为通信信号码元速率。从仿真结果中可以发现，干扰信号码元速率对干扰信号的干扰效果没有影响。调制方式分别为bpsk、2fsk的干扰信号在发送功率分别为2.82w、1.84w时可达到使系统误码率达到无法正常通信的要求。
干扰信号与通信信号载频不同：
固定干扰信号的调制方式与通信信号相同分别为bpsk、2fsk；码元速率为rj＝56kbit/s的条件下改变干扰信号调制方式为bpsk的频点fj和干扰信号调制方式为2fsk的第一频点fj1分别为fcs、1.005fcs、1.01fcs、1.015fcs、1.02fcs、1.025fcs、1.03fcs、1.035fcs，并固定干扰信号调制方式为2fsk的两个频点间隔为1.2mhz的条件下，通过仿真确定保证系统误码率为10％的条件下所需的发送功率。在上述条件下，通信信号调制方式为bpsk时使系统无法正常通信的发送功率分别为2.82w、4.72w、4.91w、4.76w、5.86w、5.01w、4.73w、4.88w，通信信号调制方式为2fsk时使系统无法正常通信的发送功率分别为1.86w、3.19w、3.52w、3.35w、3.58w、3.32w、3.74w、2.15w。
本发明的有益效果如下：能够针对一种调制方式为bpsk、2fsk或2ask的通信信号，生成多种干扰信号。能够根据干扰设备的具体情况选择适合的干扰信号，更贴近实际应用。
附图说明
图1为本发明系统结构方框示意图。
图2为通信信号调制方式为bpsk时干扰信号调制方式变化时的误码率曲线。由图2所示，固定干扰信号载波频率与码元速率与通信信号相同，改变干扰信号的调制方式分别为bpsk、2fsk和2ask，变化干扰信号功率得到系统误码率曲线图。从图中可以得出要使系统误码率达到10％所需的干扰信号发送功率，对于bpsk+bpsk方式，图中可确定功率为2.82w；对于bpsk+2ask和bpsk+2fsk方式，图中可确定功率为4.28w。
图3为通信信号调制方式为2ask时干扰信号调制方式变化时的误码率曲线。图中可以发现整个系统的误码率始终大于10％，因此可认为通信信号为2ask时系统无法正常通信，后续不再考虑通信信号为2ask的情况。
图4为通信信号调制方式为2fsk时干扰信号调制方式变化时的误码率曲线。对于2fsk+bpsk，图中可确定功率为1.87w；对于2fsk+2fsk，图中可确定功率为1.83w；对于2fsk+2ask方式，图中可确定功率为3.39w。
图5为通信信号与干扰信号调制方式均为bpsk时干扰信号码元速率变化时的误码率曲线。由图5所示，固定干扰信号载波频率与调制方式与通信信号相同，改变干扰信号的码元速率，分别为0.5rs、rs、2rs、3rs，其中rs为通信信号码元速率，变化干扰信号功率得到系统误码率曲线图。从图中可以得出要使系统误码率达到10％所需的干扰信号发送功率，图中可确定四条曲线完全重合，因此干扰信号的码元速率对系统的误码率没有影响，因此对于干扰信号的码元速率分别为0.5rs、rs、2rs、3rs这四种方式，可确定干扰信号的发送功率均为2.82w。
图6为通信信号与干扰信号调制方式均为2fsk时干扰信号码元速率变化时的误码率曲线。图中可确定对于干扰信号的码元速率分别为0.5rs、rs、2rs、3rs这四种方式，可确定干扰信号的发送功率均为1.84w。
图7为通信信号与干扰信号调制方式均为bpsk时干扰信号载频变化时的误码率曲线。由图7所示，固定干扰信号调制方式与码元速率与通信信号相同，改变干扰信号的载波频率，变化干扰信号的功率得到系统误码率曲线图。从图中可以得出要使系统误码率达到10％所需的干扰信号发送功率；图中可确定对于干扰信号的频点分别为fcs、1.005fcs、1.01fcs、1.015fcs、1.02fcs、1.025fcs、1.03fcs、1.035fcs这8种方式，可确定干扰信号的发送功率分别为2.82w、4.72w、4.91w、4.76w、5.86w、5.01w、4.73w、4.88w。
图8为通信信号与干扰信号调制方式均为2fsk时干扰信号载频变化时的误码率曲线。图中可确定对于干扰信号的第一频点分别为fcs、1.005fcs、1.01fcs、1.015fcs、1.02fcs、1.025fcs、1.03fcs、1.035fcs这8种方式，可确定干扰信号的发送功率分别为1.86w、3.19w、3.52w、3.35w、3.58w、3.32w、3.74w、2.15w。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。
实施例：
一种单载波数调干扰信号及干扰案例库的生成方法,由干扰信号生成系统来实现，如图1所示，该系统包括干扰信号生成模块、干扰案例库和干扰决策模块；其中干扰信号生成模块和干扰案例库相连接，干扰案例库和干扰决策模块相连接；干扰信号生成模块包括信源生成模块a和信源生成模块b、脉冲成形模块a和脉冲成形模块b、信号调制模块a和信号调制模块b、信道、相干解调模块、码元同步模块、抽样判决模块和误码率判决模块；其中相干解调模块包括一个相干载波发生器、一个乘法器和一个低通滤波器；干扰信号生成模块中信源生成模块a和脉冲成形模块a相连接，脉冲成形模块a的输出端连接到信号调制模块a的输入端；信源生成模块b和脉冲成形模块b相连接，脉冲成形模块b的输出端连接到信号调制模块b的输入端；信号调制模块a和信号调制模块b的输出端均接入信道，通过信道的输出端连接到相干解调模块，相干解调模块的输出端连接到码元同步模块，码元同步模块的输出端连接到抽样判决模块，抽样判决模块的输出端连接到误码率判决模块；信源生成模块a的输出端和抽样判决模块的输入端相连接，该干扰信号及干扰案例库的生成方法的具体步骤如下：
1)信源生成模块a生成0、1等概分布的离散信源序列{an}，an是第n个符号的电平,其取值为0或1；信源生成模块b生成0、1等概分布的离散信源序列{ajn}，ajn是第n个符号的电平,其取值为0或1；
2)离散信源序列{an}经过脉冲成型模块a后输出基带信号
3)信号调制模块a对基带信号s(t)进行调制，调制方式为2ask、bpsk、和2fsk中的一种，生成调制后信号e(t)，具体调制方式分别如下：
(1)若调制方式为2ask：e(t)＝s(t)cos2πfct，其中fc为载波频率；
(2)若调制方式为2fsk：e(t)＝s1(t)cos(2πf1t)+s2(t)cos(2πf2t)，其中f1、f2分别为2fsk调制中的两个载波频率，
(3)若调制方式为bpsk：e(t)＝s1(t)cos(2πfct)+s2(t)cos(2πfct+π)，其中，fc为载波频率，
仿照步骤(1)-(3)，信号调制模块b对基带信号sj(t)进行调制，调制方式为2ask、bpsk、和2fsk中的一种，生成为干扰信号j(t)；
4)调制后信号e(t)和干扰信号j(t)经过信道后输出信号r(t)＝e(t)+n(t)+j(t),其中n(t)为高斯噪声；
5)对经过信道后输出信号r(t)进行相干解调，须由相干解调模块中的相干载波发生器提供一个与调制后信号e(t)的载波严格同步的相干载波，相干载波与经过信道后输出信号r(t)相乘后，经低通滤波器取出低频分量，此低频分量为恢复后的基带信号sd(t)；
6)将恢复后的基带信号sd(t)经过码元同步模块进行码元同步后以去除由低通滤波器带来的延时，得到同步后的基带信号s'd(t)；
7)同步后的基带信号s'd(t)经过抽样判决模块进行抽样判决后与离散信源序列{an}进行比较得到系统的误码率pe；
8)分别改变干扰信号的调制方式、载波频率、符号间隔，重复步骤2)-7)的过程，绘制不同参数干扰信号对通信信号进行干扰下的系统误码率曲线，如图2至图8所示，由误码率曲线判定当误码率达到10％时的干扰信号作为实际有效的干扰信号；
9)将上述实际有效的干扰信号输入到干扰案例库中堆集，其中每个干扰信号及其所对应的调制后信号的组合作为其一个案例；当截获敌方通信信号时，由干扰决策模块从干扰案例库中选择一对应的干扰信号对敌方通信信号进行干扰，即干扰案例库中现存的与敌方通信信号调制方式、载波频率、码元速率、发射功率相同的调制后信号e(t)所对应的干扰信号；当截获敌方通信信号在干扰案例库中没有对应的调制后信号时，则根据干扰案例库中案例、目前干扰设备的资源，通过数据拟合的方法生成适合所截获敌方的通信信号的干扰信号。
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