【摘 要】
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Link-16是一种基于时分多址的抗干扰、高安全数据链系统。同步是Link-16数据链通信波形的关键技术之一,过大的同步误差将导致系统传输性能恶化,严重影响Link-16的信息交互能力。因此,设计高效的同步算法提升复杂电磁环境下波形同步的可靠性是Link-16数据链技术研究的重要内容。本文基于Link-16数据链规范,研究其帧和载波同步算法,主要内容如下:第一部分介绍Link-16系统的特征并分析
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Link-16是一种基于时分多址的抗干扰、高安全数据链系统。同步是Link-16数据链通信波形的关键技术之一,过大的同步误差将导致系统传输性能恶化,严重影响Link-16的信息交互能力。因此,设计高效的同步算法提升复杂电磁环境下波形同步的可靠性是Link-16数据链技术研究的重要内容。本文基于Link-16数据链规范,研究其帧和载波同步算法,主要内容如下:第一部分介绍Link-16系统的特征并分析波形同步需求。首先对Link-16的链路结构、传输格式、传输波形等特性进行介绍,然后给出本文研究针对的信道和干扰模型,最后对Link-16同步需求和同步头的构造方法进行说明。第二部分研究Link-16波形帧同步技术。首先介绍了经典的序列相关同步算法和跳频系统的同步方法,讨论了几种常用的累积算法,包括:相干累积、非相干累积和差分累积算法,描述了检测判决策略。在此基础上,针对Link-16是直接序列扩频和跳频混合扩频系统的特性,研究了同步头跳频图案,设计了一种基于匹配滤波的Link-16帧同步算法,包括粗同步和精同步两个步骤。该算法通过在多个频点多路接收同步头,具有抗干扰能力强、同步速度快等特点;通过延迟后非相干累积的方式对同步头进行处理,去除相位信息影响的同时,提高相关峰的可分辨性;最后利用改进的P Q法或最大值法进行判决,提高了同步的可靠性。不同场景下的仿真结果表明:高斯信道下,该帧同步算法的成功率在信噪比（Signal to Noise Ratio,SNR）大于-7d B时接近100%;单径莱斯衰落信道下,最大多普勒频移为4k Hz时,同步性能较高斯信道损失1～2d B,具有较强的抗衰落能力;压制式干扰下,通过在同步前添加干扰检测和抑制,高干信比（Jamming-to-Signal Ratio,JSR）时与无干扰时的同步性能相差1～3d B。第三部分研究Link-16载波同步技术。首先介绍了载波同步算法的理论性能界,并以均方误差（Mean Square Error,MSE）和修正的克拉美罗界（Modified CramerRao Bound,MCRB）作为衡量算法优劣的标准。然后对典型的频率估计算法进行比较研究,仿真结果表明:在频偏较小时,可选择Fitz或L＆R算法;在频偏较大时,可选择M＆M算法,但其在低SNR下不适用。为适应低SNR及高动态下的大频偏环境,论文将FFT算法和Fitz算法结合,提出了F＆F算法,仿真结果表明:F＆F算法的SNR门限比M＆M算法低5d B,估计范围大;高斯信道下,系统的大频偏经F＆F算法估计和补偿后,其误码率性能接近理想同步。接下来,论文对数据辅助及非数据辅助的相位估计算法进行了对比研究,通过仿真和分析,选取MSE接近MCRB且估计范围更大的数据辅助算法作为Link-16波形的相位同步算法,并在Link-16脉冲静默期添加导频序列作为辅助数据,高斯信道下,经过相位估计和补偿后系统的误码率性能与理想同步下差1d B左右。
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