蔡 溪，裴昌幸，陈 南，易运晖
西安电子科技大学 通信工程学院
陕西 西安 710071
摘 要：针对跳频发射机在频率切换的瞬间容易产生杂散辐射的问题，提出了对跳频信号进行时域加权处理的方法，理论分析和计算机的仿真证明了该方法的有效性。
关键词：时域加权；跳频信号；窗函数；频谱泄漏
与定频连续信号波形不同，跳频信号的波形是不连续的，这是因为跳频器产生的跳变载波信号之间是不连续的。当载波从一个频率f1跳变到另一个频率f2时，在时域上会有2个脉冲产生，即从f1跳变到0时产生的向下的脉冲和从0跳变到f2时产生的向上的脉冲。根据傅里叶变换，时域上的脉冲反映到频域上为全频域的均匀谱，因而容易使跳频发射机产生杂散辐射。为了保证跳频发射机输出的频率纯正而稳定，现在采用的办法都是在频率切换的瞬间抑止发射机末级工作。但这种方法也有他的局限性。为了解决这个问题，本文提出了对跳频信号进行时域加权处理的办法。理论和仿真的结果表明，该方法对于解决跳频发射机的杂散辐射问题有比较好的效果。
1 跳频信号的特点
跳频信号是由频率合成器生成的，频率合成器从接受跳频指令开始到完成频率的跳变需要一定的切换时间。频率合成器从接受指令开始建立振荡到达稳定状态的时间叫做建立时间；稳定状态持续的时间叫作驻留时间；从稳定状态到达振荡消失的时间叫作消退时间。从建立到消退的整个时间叫作一个跳周期，记作Th。建立时间加上消退时间叫作换频时间。只有在驻留时间（记作Td）内才能有效地传送信息。图1给出频率合成器的换频过程和载波信号的波形。
跳频通信系统为了能更有效地传送信息，要求频率切 换占用的时间越短越好。通常，换频时间约为跳周期Th的1／8～1／10。例如跳频速率每秒500跳的系统，其跳周期Th＝2 ms，换频时间为0．2 ms左右。
2窗函数的选取
对跳频信号进行时域加权处理实际上就是对其加上合适的窗函数，使其在每一跳都具有比较平滑的起始和截止特性，从而防止频率的杂散辐射，使跳频发射机在频率切换时可以不必抑制末级的工作。下面根据跳频信号的特点，来说明所加的窗函数需要具有什么样的特性。以跳频速率每秒500跳的系统为例，其跳周期Th＝2 ms，换频时间为0．2 ms左右，所以选用的窗函数的起始和截止时间也要在0．2 ms内，所选窗函数在时域上应该具有比较快速起始和收敛的特性。时域上跳频信号与窗函数相乘反映到频域上则为二者频谱的卷积。不同的窗函数其频谱的主旁瓣之比也不同，由于在卷积后的频谱中，只有主瓣内的能量有用，所以为了使跳频信号的功率损失尽可能小，应该选择主旁瓣之比尽量高的窗函数。也就是说所选窗函数频谱的泄漏应尽可能的小。由上面的分析可以得出，选用的窗函数在时域上应该具有快速起始和截止的特性，在频域上应该具有泄露少的特点。
根据上面的分析，经过对哈宁，汉明，布莱克曼，Tukey等多种窗函数进行比较，选用了Tukey窗，并且根据500跳每秒的跳频信号的实际特性，对Tukey窗函数的
一些参数做了修改，Tukey窗函数的表达式如下：
α的范围为0～1，在这里根据跳频信号的换频时间约为跳周期的1／8～1／10，取α为0．9。我们看一个跳周期的情况，多个跳周期的情况可由一个跳周期的频谱推得，其每个周期的波形是基本相同的。一个跳周期时可以假设跳 频载波信号的表达式如下：
图2是跳频信号的载波和Tukey窗函数的波形。
3 跳频载波加Tukey窗函数处理后的频谱分析
笔者用Matlab软件分别对跳频载波信号和加Tukey窗处理后的跳频载波信号进行了频谱分析。对2个信号分别做了201点的傅里叶变换，如图3和图4所示。
通过上面的频谱分析可以看出，与Tukey窗函数加权后，载波频谱的旁瓣很快就收敛到0，而且与未加窗函数处理相比，其主瓣幅度的衰减很小而旁瓣的衰减却很大，也就是说其能量绝大部分都集中在主瓣，泄漏很少；而且Tukey窗的波形还很适合于跳频信号，所以在对跳频信号进行加权处理时，Tukey窗是一个好的选择。
4 结语
为了解决跳频发射系统在换频时可能出现的杂散辐射问题，本文提出了对跳频信号进行时域加权处理的方 法。经过比较，发现变换参数后的Tukey窗无论在时域上还是频域上都能够满足理论分析的要求。理论和仿真的结果表明，采用对跳频信号加Tukey窗函数进行处理的方法，对于解决跳频发射系统的杂散辐射问题有比较好的效果，可以取代传统的在频率切换的瞬间抑止发射机末级工作的方法。
参考文献
［1］丁玉美，高西全．数字信号处理［M］．西安：西安电子科技大学出版社，2003．
［2］吴大正．信号与线性系统分析［M］．北京：高等教育出版社，2003．
［3］胡广书．数字信号处理——理论算法与实现［M］．北京：清华大学出版社，2002．
摘自《现代电子技术》
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