跳频系统(Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS)是一种扩频通信技术，广泛应用于军事和民用领域，具有出色的抗干扰能力。其主要原理是通过在多个频率之间快速切换信号频率来传输信息，从而实现抗干扰的目的。
- 频率分集与干扰分集：跳频技术能够将信号分散到多个频率上，这样即使某些特定频率受到干扰，其他未被干扰的频率仍可以继续传输数据。这种频率分集和干扰分集的方法有效提高了系统的可靠性。
- 自适应跳频：现代跳频系统通常采用自适应跳频技术，根据实时监测到的频谱环境动态调整跳频模式。例如，Nrf24l01模块会将2.4GHz频段划分为多个子频段，并在这些子频段之间进行跳频，以避免干扰并提高通信质量。此外，自适应跳速技术可以根据通信环境的变化实时调整跳频速度，进一步增强抗干扰能力。
- 智能抗干扰决策：随着电磁干扰的智能化发展，传统的跳频通信系统已无法完全满足需求。因此，一些研究提出了基于认知无线电的跳频通信抗干扰方法，通过感知周围电磁环境，动态选择干扰温度较低的频点进行通信。此外，还有基于多智能体模糊深度强化学习的跳频组网智能抗干扰决策算法，用于提高复杂电磁环境下的抗干扰性能。
- 分集合并与干扰抑制算法：为了优化跳频技术，可以采用分集合并接收机和干扰抑制算法。这些算法通过选择最佳的跳频序列和驻留时间，减少同频干扰和阻塞干扰的影响。
- 人工噪声掩护：在某些情况下，跳频通信系统还会结合人工噪声技术来对抗敌方窃听。通过收发信机之间同时使用跳频技术和人工噪声技术，可以有效阻塞敌方的侦听设备。
- 仿真与改进措施：通过对跳频通信系统的仿真分析，可以更好地理解其抗干扰性能，并提出相应的改进措施。例如，针对不同类型的干扰(如跟踪干扰和阻塞干扰)，可以采取不同的抗干扰策略。
跳频系统通过频率的快速变化、自适应调整、智能决策以及多种抗干扰技术的综合应用，显著提升了其在复杂电磁环境中的抗干扰能力和通信可靠性。
一、 跳频系统中频率分集与干扰分集的具体实现机制是什么?
跳频系统中的频率分集与干扰分集是两种重要的抗干扰机制，它们通过不同的方式实现信号的保护和干扰的抑制。
1. 频率分集的具体实现机制
频率分集主要通过在多个频点上重复发送同一符号来实现。这种机制利用了跳频技术的特点，即在不同的时间点跳到不同的频率上进行通信。具体来说：
- 多路径衰落：在信道条件恶劣的情况下，包括多径造成的频率选择性衰落，通过在多个频点上重复发送符号，可以增加信号到达接收端的有效路径数量，从而提高信号的质量。
- 符号频率分集：对于快跳频系统，传输的符号速率应小于跳频速率，这样一位符号会在多个跳频载波上传输，相当于对符号的频率分集。这不仅提高了抗干扰能力，还增强了时间分集的效果。
- 数字直接频率合成器（DDS）：实验平台采用DDS来实现跳频信号的调制和解调，通过软件定义无线电思想，可以灵活调整各种工作参数以优化频率分集效果。
2. 干扰分集的具体实现机制
干扰分集主要是通过将干扰分散到不同的载频上来降低其对通信质量的影响。具体实现方法包括：
- 变间隔跳频：将总可用频段按不等的频率间隔划分，形成变间隔跳频频率集，并生成数个跳频序列，结合可变化的跳速，从而实现比常规跳频图案更强的抗干扰性能。
- 部分频带干扰对抗：当干扰机的跳频速率跟不上通信机跳频速率时，采用部分频带干扰也是一种有效的手段。此时，可以通过将每个信息比特对应的频点分布在整个频带上，减少相邻几个跳频频点同时落入部分频带干扰带宽内的概率，从而提高系统的抗部分频带干扰能力。
- 干扰均化：跳频可以使干扰分散到不同的载频上，这种结果称为干扰均化，有利于通话质量的提高。例如，在蜂窝网络中，跳频可以降低同频干扰，提高通话质量。
频率分集通过在多个频点上重复发送符号来增强信号质量，而干扰分集则通过分散干扰到不同的载频上来降低干扰影响。
二、 自适应跳频技术如何根据实时监测到的频谱环境动态调整跳频模式?
自适应跳频技术是一种基于自动信道质量分析的频率自适应和功率自适应控制相结合的技术。其核心在于能够实时监测并评估当前的频谱环境，从而动态调整跳频模式以避开被干扰的频点，确保通信过程中的高效性和稳定性。
具体来说，自适应跳频技术通过以下步骤实现对跳频模式的动态调整：
- 实时信道质量评估：系统首先需要对当前的信道质量进行实时监测和评估。这包括检测各个可用频点上的干扰情况、信号强度等参数。
- 频率自适应控制：根据信道质量评估的结果，系统会从调频图谱中去除那些集中被干扰的频点。这样，跳频通信可以在未受干扰的可使用频点上进行，从而提高通信的可靠性和效率。
- 功率自适应控制：除了频率选择外，自适应跳频技术还会结合功率自适应控制。这意味着在不同的跳频频点上，系统会自动调整发射功率，以达到最小化发射功率和最低被截获概率的目的。
- 协议支持：为了实现上述功能，自适应跳频技术还需要依赖于相关的通信协议来确保各节点之间的协调和同步。这些协议能够指导节点在高速跳频的同时，选择最优的跳频频率集，并进行智能、动态的异频率集跳频组网。
三、 基于认知无线电的跳频通信抗干扰方法
基于认知无线电的跳频通信抗干扰方法主要通过以下几个方面来提高系统的抗干扰能力：
认知无线电技术能够感知周围电磁环境，检测出干扰信号的存在。通过频谱感知技术，可以动态遴选出若干个干扰温度较低的“频谱窗口”，作为跳频信号的传输频带。具体操作包括对检测到的信号进行加窗处理和FFT变换，计算统计量并确定剔除门限，利用连续均值剔除算法(FCME)来剔除干扰频点，从而得到适合跳频通信的频谱窗。
在干扰条件下，采用跳频密钥共享传输方法，可以在不同时间段内改变载波频率，以避免单一频段内的干扰。这种方法通过预设的跳频序列，在不同的频段内传输数据，从而实现抗干扰的目的。
提出了一种基于干扰认知的索引调制跳频抗干扰方法。合法发射机利用被认知的干扰信号所在的频点与活跃频点进行索引调制，从而提升无线通信的抗干扰能力。这种方法应对样式更加多样的干扰攻击，通过索引调制的方式，有效规避了干扰信号的影响。
建立了以信噪比、误码率关联变化评判通信受扰切换时机的准确性准则，采用蒙特卡罗技术进行仿真，解决了在复杂电磁环境中如何准确判断通信受扰的问题。
四、 分集合并接收机和干扰抑制算法在实际应用中的效果
分集合并接收机和干扰抑制算法在实际应用中表现出色，具有显著的抗干扰效果和提高信号处理精度的能力。
分集合并接收机通过在不同位置放置多个接收机，对同一信号分别进行接收，并在分集合并之前对所有支路信号进行相似性比较，选取信号相似性最多的支路进行增益合并，从而有效避免误码较大的支路信号。这种方法不仅提高了信号的可靠性和稳定性，还增强了系统的抗衰落能力。例如，在无线光通信系统中，采用空间分集接收的抗衰落方式可以显著提升信号质量。
干扰抑制算法在各种领域中的应用也取得了显著成效。例如，ADRC(自适应动态规划控制)算法能够更好地抑制干扰，提高控制精度，并在电力系统等多个行业中得到广泛应用。此外，基于免疫遗传算法(IGA)的干扰抑制算法在射频端通过调节权系数进行波束形成，可以有效地抑制阵列天线中与信号方向不同的干扰。
在雷达系统中，针对主瓣干扰尤其是多个主副瓣干扰同时抑制的问题，研究者提出了基于稀疏恢复技术和空时自适应处理算法的解决方案，这些方法能够有效解决雷达主瓣干扰问题。另外，基于信号-数据联合处理的压制-距离欺骗复合干扰抑制算法通过分数阶傅里叶变换和LFM信号重构对消算法，实现了信号层对压制干扰的有效抑制。
五、 人工噪声掩护技术在跳频通信系统中的应用案例
人工噪声掩护技术在跳频通信系统中的应用案例主要集中在以下几个方面：
为了对抗电磁干扰与敌方窃听，提出了人工噪声掩护下的跳频通信架构。在这种架构中，发射节点在发送通信信号时掺入人工噪声，以降低窃听节点处的信干噪比性能，从而阻塞非法窃听。接收端授权节点依次执行跳频同步、人工噪声重构与对消操作，移除频率跳变和人工噪声的影响，然后进行基带信号处理等操作。
在实际应用中，时间同步误差会降低人工噪声对消效果与系统保密性能。因此，研究了同步误差下人工噪声对消后的残余人工噪声成分和系统保密性能，并提出了具有同步误差鲁棒性的解决方案。
在无人机(UAV)网络中，考虑了人工噪声增强的隐蔽无线通信。在这种情况下，UAV工作在全双工状态，不仅接收Alice发送的隐蔽信息，还通过人工噪声增强来提升隐蔽传输性能。
另一种应用是智能反射面(IRS)辅助及人工噪声增强的无线隐蔽通信。该方法通过分析探测性能并构建目标函数，最大化有效吞吐量的同时满足隐蔽需求和最大AN发射要求。
