SINCGARS单信道陆空无线电台教学文案课件

单信道陆空无线电台SINCGARS超短波跳频电台SINCGARS系列跳频通信的应用超短波跳频电台发展概述20世纪70年代末，美、英、以色列等国相继成功地推出了超短波跳频电台。20世纪80年代以来，外军超短波跳频电台发展迅猛，加快了装备的更新换代。到20世纪90年代初，几乎所有新的超短波电台都具有跳频功能，跳频速率大部分保持在300跳/秒左右。比较典型的超短波跳频电台有：美国Harris公司 RF-3090(AN-PRC-117)电台 ITT公司 SINCGARS系列电台 英国Racal公司 Jaguar系列电台 法国Thomson-CSF公司 PR4G系列电台SINCGARS电台概述单信道地面和机载无线电系统(Single Channel Ground and Airborne System，SINCGARS)是战斗网无线电台VHF-FM中的一个系列，是美国陆、海、空和海军陆战队在近距离近距离应用的新一代甚高频甚高频战斗网无线电通信系统，是战术战场指挥员在前沿20km地域内指挥部队和空中支援的主要手段。该系统广泛采用新技术和模块化结构设计，具有很强的抗截获和抗干扰能力，并能与北约国家的战斗网互通。包括背负、车载、机载型号SINCGARS电台概述背负车载机载SINCGARS电台概述SINCGARS电台的任务是为作战部队提供可靠的保密话音通信和数据通信。包括供坦克排和前沿侦察部队使用的小型单个VHF通信网与主要的战术VHF通信网，以及进一步扩大通信距离的转播网。这些VHF通信网常常叠加在连接旅级司令部和一级指挥部的高频通信网上。SINCGARS电台可装备美军的师和独立部队，直至坦克、战车、直升机、榴弹炮和执行任务的排、班或组等小部队。20世纪70年代中期研制，80年代末期装备部队。SINCGARS电台概述nSINCGARS电台采用跳频技术实现了高度安全的ECCM保护，并率先应用于通用的通信业务。SINCGARS电台用以取代美国现在使用的少数电台，主要是VRC-12电台系列。nSINCGARS电台最新的改进型SINCGARS SIP(SINCGARS改进计划)的数据率已提高到5000b/s，反映了超短波电台数字化的发展趋势，预计未来型号的数据传输速率会更高。SINCGARS电台的组成SINCGARS电台采用模块结构，背负台和车载台的收发信机模块中的RT-1439收发单元相同，由RT-1439收发单元加上其他各模块就可组成背负电台和车载电台。应用一个16键的键盘输入来改变频率，取代了老一代设备中采用刻度改变频率的做法，大大改善了用户选择频率的性能。键盘上有一个液晶显示板。SINCGARS电台的组成在ECCM模块中，采用了跳频技术，最大限度地减少了敌方干扰设备的影响。在跳频模块设计中，不要求有专门的时钟电路，由温度补偿晶体振荡器产生工作频率，并提供计时。SINCGARS电台广泛使用数字技术，控制部分使用微处理器及低功耗大规模集成电路。在整个电台中共用了20种不同的CMOS大规模集成电路，分别应用在控制模块、频率合成器模块、数据适配器以及遥控单元中。SINCGARS电台技术指标频率范围：30MHz87.975MHz调制方式：调频(数字或模拟)信道数：2320信道间隔：25kHz工作方式：单信道和跳频(跳频速率100Hops/s300Hops/s)预置信道：6(单信道工作)频偏：5kHz和10kHz(对任何手动或预置频率)频率输人：通过键盘输入频率稳定度：3x10-6保密通信能力：与美国现有的保密设备配套SINCGARS电台技术指标数据通信能力：75b/s16kb/s(频率键控或数字方式)自检方式：微机控制加LED显示调谐方式：全电子式电池：平衡式锂电池 背负式12V DC 车载式28V DC，符合MIL-STD-1275 机载式28V DC，符合MIL-STD-704工作温度：车载式-60+125 机载式 符合MIL-E-5400类1An体积：8.5cm*23.7cm*37cm(高*宽*深)(不含COMSEC模块)质量：8.3kg(不含COMSEC模块)SINCGARS电台技术指标接收机特性：噪声系数 10dB 镜像抑制 80dBm(最小)中频抑制 100dBm(最小)音频输出 50mW/600发射机特性：输出功率 4.5W(背负式)4.5W，50W(车载式)10W(机载式)噪声响应 100dB 频偏 6.5kHz通信距离：背负式 8km 车载式近距离为8km；远距离为35km 机载式 35kmSINCGARS电台的特点SINCGARS电台具有以下特点：综合性强，主要体现在多频段和多功能方面大量采用跳频自动信道搜索、自适应天线调零、猝发传输等抗干扰技术，采用加密技术频段宽，波段间隔小，可用波道多，电台之间的兼容性和互通性好，便于组织战术协同通信普遍采用频率合成技术，缩小波道间隔，减少波道选择时间；采用软件编程，增大预置波道的存储和自动选择能力大量采用微小型化器件和集成电路，功耗小，体积和质量明显减小，可靠性大大提高SINCGARS电台的的现状及发展趋势1减小质量减小质量 在当今发展计划中，特别强调设备的质量。尽管现代电子技术，诸如表面贴装技术有助于减少电台的尺寸，但有两个因素限制了小型化程度的可能性：一个因素是控制旋钮、开关和显示器的外部尺寸必须足够大才能被戴保暖手套或身穿三防服装的作战人员使用；另一个因素是需要提供足够的电池电源。发展最慢的技术领域主要是电池，根据目前的技术，一块电池只能使输出功率为5W的电台工作12h，这样，必须一天更换两次电池。美军正在推出的高级SIP轻型配置与以前的SINCGARS型号能完全互换，并且能与较老式车载适配器兼容，而且具有RT-1523C/DSIP无线电台的功能，但体积只有它的一半。包括BA-5590干电池在内的总质量为3.4kg。SINCGARS电台的的现状及发展趋势2机内机内GPS SINCGARS电台发展的一个重要趋势是把无线电台和卫星导航设施组合在一起，即电台配有机内GPS接收机或配有用于附加GPS接收机的内部或外部接口。无线电台和GPS的组合大大减少了操作员的工作负担，把无线电台和GPS组合在一起，可形成适合用户携带的单一设备，但同时也带来了一个风险，即键盘或显示器的故障将导致两个系统的故障。SINCGARS电台的的现状及发展趋势3数据传输数据传输 美国陆军有其专用在30MHz88MHz范围的SINCGARS系列的话音/数据电台。其中包括PRC-119A背负电台、VRC-87A、VRC-88A、VRC-89A、VRC-90A、VRC-91A和VRC-92A车载无线电台。SINCGARS电台的的现状及发展趋势4战术互联网战术互联网 由ITT和通用动力公司开发的SINCGARS SIP试图提供几个特别的改进，其中包括提高数据传输能力。变化包括：增加RS前向纠错，提高吞吐量，同时改进了通信距离和抗干扰能力；采用新的跳频波形提高了同步概率，降低了传输的额外开销；改进的信道接入算法允许在公共网上传输混合的话音和分组数据，对高分组数据通过率的话音操作影响很小。软件编程能力也可以在将来不断地改进。SINCGARS电台的的现状及发展趋势5软件无线电软件无线电 软件无线电是一种基于A/D器件、高速DSP芯片，以软件为核心的崭新体系结构。软件无线电的概念提出后很快引起了美军的关注。美空军Rome实验室与Hazeltine公司共同研制了军用软件无线电-易通话(Speakeasy)多频段、多功能电台。Speakeasy频率覆盖范围为2MHz2000MHz，具有多种工作模式(可传送话音、数据和图像等)、多种速率、多种调制方式(AM、FM、MPSK、QAM等)、多种接口方式(可以入有线网、卫星网等)和多种信息安全方式。其主要特点是能迅速重编波形来适应频带拥挤、频率分配、操作模式、组网、互通性和电子战威胁的变化。跳频通信的应用 联合战术信息分发系联合战术信息分发系统统 JTIDS(Joint Tactical Information Distribution System)一、JTIDS概述JTIDS是美国陆、海、空三军共同使用的一种大容量、保密、抗干扰、时分多址的信息分发系统，具有综合的通信、导航和识别能力，可以把陆、海、空三军参战单位的终端设备分级地联成一个统一的通信网络，以加快情报传递、统一指挥和协同作战。JTIDS工作方式JTIDS系统采用了时分多址、差错控制编码、软扩频、高速跳频、跳时和单、双脉冲传输结构等多种先进技术，因此不仅具有很强的抗干扰能力，而且可以将系统构成一个无节点、多联系路径的多网组织结构。系统工作方式如下图所示。n 整个通信网就像一个巨大的环状信息池，所有的用户都将自己的信息投放到信息池中，也可以从信息池中提取自己所关心的信息。系统的组成 按计划JTIDS 系统有四种终端：类终端为指挥和控制终端，用于大型的空中，地面和水面指挥平台，如E-3A空中预警机、地面对空战术控制中心和海军指挥舰战术数据系统等；类终端为战术终端，用于各种战术飞机、小型舰艇、地面部队司令部及PJH（PLRS和JTIDS混合系统）的综合通信、导航、识别终端。类终端为小型终端，用于导航、遥控飞机、地面车辆及单兵背负及小型船只等；类终端为自适应地面和海上接口终端，用于地面和海上中心和指挥所，这种终端将JTIDS的信息转化为指挥和控制中心使用的通信信息格式，I类终端是这种终端的组成部分。二、JTIDS的网络结构1天24h被分成112.5个时元（一个时元是指整个网络循环发射信息的周期）。1个时元被分成A、B、C 3个时隙组，每组包括32768个时隙，每组时隙交错排列A-0，B-0，C-0，A-1，B-1，C-1，.，A-32767，B-32767，C-32767。网络管理者按需要给成员端机分配时隙JTIDS的网络结构JTIDS采用扩频体制，允许一个地区有多个JTIDS网络同时工作。三、JTIDS的同步方式同步的基准同步的基准 JTIDS采用TDMA工作方式，网内端机时钟要与系统时钟严格同步。该系统是一个无节点系统，网内各端机没有一个是不可缺少的，任何端机都可以承担起网络时钟基准(NTR)的责任。但任何时候只能指定一个端机的时钟作为时钟基准。当作为NTR的端机不工作时，根据预先规定，基准的责任在10s内转到下一个指定的端机。非非NTR端机入网端机入网 当指定作为NTR的端机后，其他端机的时钟要与NTR实现同步，即入网。端机的入网分为两个步骤实现，粗同步和精同步。粗同步NTR端机定期发射入网信息，其他已同步的端机也发射同样的信息，需要入网的端机接收入网信息并进行同步，这个过程即为粗同步。网中所有非NTR的端机，都要完成这一步。粗同步的误差小于一个时隙的宽度，网络在完成粗同步以后自动转入精同步。精同步用于消除粗同步留下的时钟误差，在系统同步的过程中，每个网络成员的精同步过程要重复进行。有两种方式实现：主动法(采用RTT)、被动法精同步主动法RTT请求有二种方式一种是按一定时间间隔定时地在分配给自己的时隙发射RTT请求；另一种是当用户的时钟精度降到指定的门限时，在分配给自己的时隙发出RTT请求。精同步主动法消息的传播时间消息的传播时间由已实现精同步成员确定的要实现精同步成员的询问消息到达时间询问消息到达时间由要实现精同步的成员确定的已实现精同步成员的应答消息到达时间应答消息到达时间4.275ms两个成员之间的初始时钟偏初始时钟偏差差，即要实现精同步的成员校正误差精同步被动法1.被同步端机利用同步端机发来的信息中该端机的位置数据得出时钟误差。缺点：该方法受制于同步端机与非同步端机的相对误差的限制2.只依赖于所接收信息中发射端机的位置数据和信息的到达时间。信息到达时间中包含被同步端机与发射端机之间的距离、被同步端机与NTR之间的偏差两项信息。被同步端机利用其导航滤波器解算出它的时钟偏差、位置、速度等信息该方法实现精同步时不占用时隙，有两种方法：四、JTIDS的加密方式JTIDS采用发射加密和信息加密双重加密措施，具有很强的抗干扰能力、低截获率和低瞄准率。发射加密：包括跳频、直接序列扩频和跳时3种扩频方式。跳频：跳频是JTIDS的首要扩频方式。工作频段为960MHz-1215MHz，该频段共分为三个小段：969MHz-1008MHz1053MHz-1065MHz1113MHz-1206MHz在整个960MHz-1215MHz频段的两端各留有9MHz的频率没有使用，这样就避免了与频段外工作的其它系统发生干扰。JTIDS的加密方式JTIDS各频隙的频率值每个频隙宽度为3MHz，均匀分布在上述频段内，频隙数目为51个。宽间隔跳频方式，相邻脉冲载频频率之间的间隔要大于30MHz（跳过至少9个频隙），跳频速率不小于76923Hops/s。JTIDS的加密方式直接序列扩频。JTIDS对每个字符采用长度为32的M序列扩频调制，调制方式为最小频移键控（MSK）。每个基码宽0.2us，每个脉冲含有32个基码，脉冲宽度为6.4us，重复周期为13us，总占空比为6.4:6.6。跳时。JTIDS每个时隙留有传输保护段，每次发射脉冲时隙可以不和时隙起点对齐，而做随机时延，时延范围为02.4585ms。这种伪随机的发射定时抖动称为跳时，它使敌方不易掌握系统发射在时间上的规律性，增强了系统的抗干扰能力。JTIDS的加密方式信息加密信息加密是用密码对所要发送的信息进行处理，密码由密钥规定，每天改变一次。敌方没有加密密码，即使截获信息也无法知道信息内容。信息加密分两次进行，一次在信源编码时进行加密，另一次在信道编码时进行加密，采用RS（31,15）编码。JTIDS脉冲产生n 发送端将发送的消息首先经过(31,15)RS编码器和符号交织器实现编码、交织，然后通过32-aryCCSK基带符号调制器、通过MSK调制器调制到载波上，最后频率跳变电路、伪随机序列生成器、跳时电路实现混合扩频，并由发射天线发送出去。通过对长度为通过对长度为32的的CCSK码字码字S0（01111100111010010000101011101100）进行）进行n次循环次循环左移位得到第左移位得到第n个码字的个码字的CCSK码字，码字，n为被编码码元的值（为被编码码元的值（031），代表），代表5比特信息。比特信息。JTIDS信号接收n 接收过程是传输过程的逆过程，接收机收到的信息经过解跳、MSK解调、解扩、解交织、解码还原出原始发送序列。JTIDS的发展海湾战争后，美军加紧了JTIDS研制计划，并于1991年底在美国海军弗吉尼亚角试验场进行了首次三军联合评估试验。试验成功证明了JTIDS具有在广为分散的平台上分发标准空中导航数据的能力，以及充分协调的加密密钥控制和足够的时隙分配功能。美国空军继JTIDS计划后，执行JTIDS的后续计划，研制一种更先进的强抗干扰保密话音通信系统增强型JTIDS，美国、法国、德国、意大利和西班牙联合研制更小的JTIDS终端，成为多功能信息分发系统（MIDS）。新的信号处理技术注入带来不断的改进.民用跳频民用跳频 蓝牙技蓝牙技术术 跳频通信应用蓝牙技术的概述蓝牙（bluetooth）是一个开放性的、低功率、短距离无线通信技术标准，目的是在各种数字设备之间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音和数据通信。它使得现代一些轻便携带的移动通信设备和电脑设备，不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线上因特网，其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电，组成了一个巨大的无线通信网络。蓝牙技术定义了便携式设备之间无线通信的物理媒介和电子通信协议。蓝牙不仅仅是一种简单的无线连接，而是一整套关于在特定范围内，不同便携式设备之间互联并识别的协议。蓝牙的起源蓝牙的创始人是瑞典爱立信公司，爱立信早在1994年就已进行研发。1997年，爱立信与其他设备生产商联系，并激发了他们对该项技术的浓厚兴趣。1998年2月，5个跨国大公司，包括爱立信、诺基亚、IBM、东芝以及Intel组成了一个特殊兴趣小组（SIG），他们共同的目标是建立一个全球性的小范围无线通信技术，即现在的蓝牙。蓝牙技术的特点蓝牙技术是一种低功耗、短距离无线通信技术，是实现语音和数据无线传输的全球开放性标准。它使用跳频扩谱（FHSS）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）等先进技术，在小范围内建立多种通信与信息系统之间的信息传输。蓝牙技术的特点1.采用跳频技术，工作于采用跳频技术，工作于ISM频段频段 蓝牙采用跳频扩频技术工作于全球开放的ISM（Industrial Scientific Medical）频段，无需申请许可证。采用TDD（Time-Division Duplex）时分双工方式，以1600跳/秒（在寻呼和查询的建立链接时提高为3200跳/秒）的跳频速率，在2.402GHz到2.480GHz之间进行跳频扩频，使用79个频点，载频为（2402+k）MHz（k=0,1,2，78），载频间隔1MHz。同时蓝牙技术通过快跳频和短分组技术减少同频干扰，保证传输的可靠性。蓝牙技术的特点2.同时支持语音和数据传输同时支持语音和数据传输 蓝牙基带协议是电路交换与包交换的结合，是蓝牙技术可以同时适合传送语音和数据。蓝牙支持实时的同步定向连接（SCO链路）和非实时的异步不定向连接（ACL链路），前者主要传送语音等实时性强的信息，后者则以数据包传输为主，并且语音和数据可以单独或同时传输。所有的话音和数据分组都附有不同级别的前向纠错（FEC）或循环冗余校验（CRC），而且可以加密。蓝牙技术的特点3.纠错方式纠错方式 蓝牙系统的纠错机制分为FEC和包重发。FEC支持1/3率和2/3率FEC码。1/3率仅用3比特重复编码，大部分在接收端判决，既可用于数据包头，也可用于SCO连接的包负载。2/3率码使用一种缩短的汉明码，误码捕捉用于解码，它既可用于SCO连接的同步包负载，也可用于ACL连接的异步包负载。使用FEC码，编解码过程简单迅速，这对RX和TX的有限处理时间非常重要。在ACL连接中，可用ARQ结构，在这种结构中，若接收方没有响应，则发送端将包重发。每个负载包含有CRC，用来检测误码。蓝牙技术的特点4.支持点对点及点对多点的通信方式支持点对点及点对多点的通信方式 蓝牙设备按特定方式可组成两种网络：微微网（Pico-net）和散射网（Scatter-net）。所谓微微网就是通过蓝牙技术连接在一起的所有设备，一个微微网可以只是两台相连的设备，也可以是八台连在一起的设备。在一个微微网中，只有一台为主设备（Master），其他均为从设备（Slave）。几个相互独立的微微网以特定方式链接在一起便构成了散射网，散射网中的蓝牙设备既可以是某微微网中的从设备，也可以是另一个微微网中的主设备；利用时分复用技术，某一蓝牙设备还可以同时是几个微微网的从设备。所有的蓝牙设备都是对等的，所以在蓝牙中没有基站的概念。蓝牙技术的特点5.功耗低、体积小功耗低、体积小 蓝牙技术本来目的就是用于互连小型移动设备及其外设，它的市场目标是移动笔记本电脑、移动电话、小型的PDA以及它们的外设，因此蓝牙芯片必须具有功耗低、体积小的特点，以便于集成到小型便携设备中去。蓝牙产品输出功率很小（只有1mW），仅是微波炉使用功率的百万分之一，是移动电话的一小部分。蓝牙系统的跳频选择机制 蓝牙可以在同一范围内同时建立几个甚至几十个相互之间没有任何同步和联系的Pico-net。这些Pico-net彼此之间不可避免地会相互干扰。另外，蓝牙使用的频段是2.4GHz的ISM(即工业、科学、医学)频段(24002483.5MHz)，是全球通用的免费频段，该频段中的各个部分都有可能遇到不可预测的干扰源(如微波炉、802.11b及某些照明设备等)，避开干扰的一个方法就是采用扩频技术。蓝牙技术中的跳频选择机制蓝牙系统对跳频伪随机序列的要求一个Piconet中，Bluetooth设备间的通信应使用同一个跳频序列，以保证在时间和频率上的同步。跳频序列应该是周期很长的伪随机序列，以保证序列之间的汉明距离，这样当几个微微网同时存在某一区域时可以有效减少相互间频率发生碰撞的几率。序列中每个元素被访问的概率在正常情况下是基本相等的。跳频序列可以方便、迅速的切换。蓝牙系统跳频选择机制在蓝牙中，ISM频段被划分为79（或23）个带宽为1MHz的频点，跳频速率为1600或3200跳/秒。蓝牙技术规范共定义了10种跳频选择方案，其中79跳系统与23跳系统各有5种类型：呼叫跳频序列、呼叫响应序列、查询跳频序列、查询响应序列和信道跳频序列。我国蓝牙技术采用79跳系统。自适应跳频技术(AFH)自适应跳频通信技术是建立在自动信道质量分析基础上的自适应技术和跳频技术相结合的通信技术，能够使跳频通信过程自动避开被干扰的频率，并以最小的发射功率、最低的截获率达到在无干扰或弱干扰的跳频信道上长时间保持优质的通信。在蓝牙系统中引入自适应跳频技术可以有效提高蓝牙系统的抗干扰能力，改善其系统系能，减少其对工作于2.4GHz ISM频段的其它无线通信系统的干扰，减轻系统间共信道干扰的影响，达到各无线系统能够共存的目的。结束