《通信对抗原理》大作业(第四组).pdf
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1、通信对抗原理大作业通信对抗原理大作业第四组第 8、9 题组长:吕才兵 02113058组员:02113057韩树荣 02113001贾文凯 02113003陈员 021130381第第 8 8 题:干扰信号产生。仿真产生题:干扰信号产生。仿真产生4 4 种以种以上的通信干扰信号。画出信号的时域、频域上的通信干扰信号。画出信号的时域、频域波形。波形。本文主要介绍通过 matlab 产生噪声调幅、噪声调频、梳状干扰及锥形音频干扰等四种干扰信号。下面将分别介绍这四种干扰信号。1 1 噪声调幅干扰信号噪声调幅干扰信号噪声调幅干扰信号的时域表达式为:J(t)U0Un(t)cos(jt)其中,调制噪声Un
2、(t)为零均值,方差为n2,在区间U0,分布的广义平稳随机过程,为0,2均匀分布,且为与Un(t)独立的随机变量,U0、j为常数。噪声调幅定理:12Bj()U0 Bn()cos(j)2式中,Bn(t)为调制噪声Un(t)的相关函数。噪声调幅信号的总功率为:2U01U02nPj Bj(0)Bn(0)22222它等于载波功率U02/2与调制噪声功率n2的一半的和。其又可改写为:2U0n2Pt1()2 P0(1mAe)2U0式中,P0U02/2,为载波功率;mAen/U0,为有效调制系数。噪声调幅信号的功率谱可由噪声调幅定理经傅立叶变换求得:Gj(f)40U0211Bj()cos2fd(f fj)G
3、n(fj f)Gn(f fj)244式中,Gn(f)为调制噪声的功率谱,第一项代表载波的功率谱,后两项代表调制噪声功率谱的对称平移。仿真程序:%噪声调幅干扰function y=ZSAM(u0,N,wpp);%函数定义行if nargin=0%判断输入变量为零 wpp=0;u0=1;endfj=35e6;fs=4*fj;Tr=520e-6;%载波频率,采样频率,总时间t1=0:1/fs:3*Tr-1/fs;N=length(t1);%采样时间,采样点数u=wgn(1,N,wpp);%产生高斯白噪声,wpp为以dbw为单位指定输出噪声的强度df1=fs/N;n=0:N/2;f=n*df1;wp=
4、10e6;%通带截止频率ws=14e6;%阻带截止频率rp=1;rs=60;%通带最大衰减系数,阻带最小衰减系数n1,wn1=buttord(wp/(fs/2),ws/(fs/2),rp,rs);%用于计算巴特沃斯数字滤波器的阶数 N和3dB截止频率wc。3b,a=butter(n1,wn1);%计算N阶巴特沃斯数字滤波器系统函数分子、分母多项式的系数向量b、a。u1=filter(b,a,u);%Y=filter(B,A,X),输入X为滤波前序列,Y为滤波结果序列,B/A 提供滤波器系数,B为分子,A为分母figure%画图subplot(4,1,1),plot(t1,u1),title(噪
5、声调制波形);xlabel(时间),ylabel(幅度),axis(0,0.06e-4,-2,2)subplot(4,1,3),j2=fft(u1);plot(f,10*log10(abs(j2(n+1)*2/N),xlabel(频 率),ylabel(功率)title(调制噪声功率谱);y=(u0+u1).*cos(2*pi*fj*t1+2);%噪声调幅信号表达式p=(1/N)*sum(y.2);subplot(4,1,2),plot(t1,y),title(噪声调幅干扰时域波形);xlabel(时间),ylabel(幅度),axis(0,0.05e-4,-2,2)subplot(4,1,4
6、),J=fft(y);plot(f,10*log10(abs(J(n+1),xlabel(频率),ylabel(功率)title(已调波功率谱);仿真结果如图 8.1 所示:图 8.1 噪声调幅信号仿真结果42 2 噪声调频干扰信号噪声调频干扰信号噪声调频干扰信号的时域表达式为:J(t)Ujcosjt 2KFMu(t)dt0t其中,调制噪声u(t)为零均值、广义平稳的随机过程,为0,2均匀分布,且与u(t)相互独立的随机变量,Uj为噪声调频信号的幅度,j为噪声调频信号的中心频率,KFM为调频斜率。式中,2()为调幅函数2KFMe(t)e(t)的方差,其为22()422KFMBe(0)Be()式
7、中Be()为e(t)的自相关函数,它可由调制噪声u(t)的功率谱Gn(f)变换求得。设其具有带限均匀谱,如下式所示:2n FnGn(f)Fn0其它f则e(t)的功率谱Ge(f)Ge(f)1Gn(f)2(2f)22()422KFMBe(0)Be()42K2fe22FMFn0 2m nn2n(1cos2f)df2Fn(2f)1cos02d式中,n 2Fn为调制噪声的谱宽,mfe KFMn/Fn效调频指数,其中fde为有效调频带宽。噪声调频信号功率谱的表达式为:fde/Fn为有5Gj()U2j0cos(j)e2()2dU2cos(j)expm2jfen0n01cosd2当mfe1时,由噪声调频信号功
8、率谱表达式可得:Gj(f)U2j12fde2e(f fj)222 fde当mfe1时,由噪声调频信号功率谱表达式可得:U2j2(2fde2FmGj(f)f2de2Fn)2(f fj)2仿真程序:%噪声调频干扰function y=ZSFM(uj,mf,wpp);if nargin=0%输入参数个数 uj=1;mf=0.6;%调频系数mf=Uw比Uc wpp=6;%以dBW为单位的指定输出噪声的强度endfj=35e6;fs=4*fj;Tr=520e-6;%载波频率和采样频率以及搜索时间,Tr为采样的总时间bj=10e6;t1=0:1/fs:3*Tr-1/fs;N=length(t1);%时间的
9、取值范围及步长,求其长度u=wgn(1,N,wpp);%高斯白噪声 wpp输出强度,N为采样个数df1=fs/N;n=0:N/2;f=n*df1;wp=10e6;%通带截止频率ws=13e6;%阻带截止频率rp=2;rs=50;%通带最大衰减系数为2,阻带最小衰减系数为50Nn,wn=buttord(wp/(30e6/2),ws/(30e6/2),rp,rs);%Nn为滤波器的阶数,wn为3dB截止频率即功率下降一半是对应的频率6b,a=butter(Nn,wn);%计算滤波器系统函数分子分母多项式系数B和Au1=filter(b,a,u);%一阶滤波,ul为滤波结果序列,b为输入x的系数,a
10、表示输出y的系数,u为滤波前的输入序列figuresubplot(4,1,1),plot(t1,u1,b-),title(调制噪声波形);axis(0,0.06e-4,-6,6),xlabel(时间),ylabel(幅度)subplot(4,1,3),j2=fft(u1);plot(f,10*log10(abs(j2(n+1)*2/N),b-),xlabel(频率),ylabel(功率)%一个傅里叶变换,由时域转为频域title(调制噪声功率谱);i=1:N-1;ss=cumsum(0 u1(i)%返回由标量u(i)指定的维数累家和,分别从u(1)u(N-1)ss=ss*Tr/N;y=uj*c
11、os(2*pi*fj*t1+2*pi*mf*bj*ss+100);%函数时域表达式p=(1/N)*sum(y.2)%函数的功率表达式subplot(4,1,2),plot(t1,y),xlabel(时间),ylabel(幅度),title(噪声调频干扰时域波形)axis(0,0.06e-4,-1.5,1.5)%x的范围06,y的范围-1.51.5subplot(4,1,4),J=fft(y);plot(f,(abs(J(n+1),xlabel(频率),ylabel(功率)title(噪声调频干扰已调波功率谱)仿真结果如图 8.2 所示:7图 8.2 噪声调频干扰信号仿真结果3 3 音频干扰信号
12、音频干扰信号音频干扰是指使用单个正弦波或者多个正弦波的干扰信号。当只使用单个正弦波时,称为单音干扰,当使用多个正弦信号时,称为多音干扰。1 1)单音干扰)单音干扰单音干扰就是干扰信号只发射一个正弦波,因此,它是一个单频连续波。单音干扰也叫点频干扰。单音干扰的时域表达式为J(t)Ujsin(jt)式中,通常它与被干扰信号的载波角频率相同。j是干扰角频率,单音信号的功率谱是在干扰频率处的单根谱线。其时域波形和频谱如图 8.3-1 所示。8图 8.3-1 单音干扰时域波形和频谱仿真程序如下:%单音干扰t=0:0.001:0.6y=sin(2*pi*50*t)%y=x+1.5*randn(1,leng
13、th(t)subplot(2,1,1)plot(t,y)title(单音干扰的信号波形)ylabel(幅度)xlabel(时间)Y=fft(y,512)P=Y.*conj(Y)/512%计算信号功率谱密度f=1000*(0:255)/512%计算横轴频率值subplot(2,1,2)plot(f,P(1:256)title(单音干扰的功率谱)ylabel(功率谱)xlabel(频率/Hz)92)2)多音干扰多音干扰干扰机可以发射 L1 个正弦信号,这些音频可以随机分布,或者位于特定的频率上。多音干扰是由 L 个独立的正弦波信号叠加而产生的,其时域表达式为J(t)Ujnsin(nt n)n1L多
14、音干扰的功率谱为多根等间隔的谱线。独立多音干扰的时域和频域波形如图 8.3-2 所示。图 8.3-2 多音干扰时域波形和频谱仿真程序如下:%多音干扰Ujn=1fc=50Phase=100fs=1000t=0:1/fs:1y=Ujn*sin(2*pi*fc*t+Phase)%+0.1*randn(1,length(t)1 0for i=1:10 Ujn=Ujn+0.1;fc=fc+50;Phase=Phase+100;y=y+Ujn*sin(2*pi*fc*t+Phase);endsubplot(2,1,1);plot(t,y);title(多音干扰的信号波形);ylabel(幅度);xlabe
15、l(时间);Y=fft(y,512);P=Y.*conj(Y)/512;%计算信号功率谱密度f=10*(0:255)/512;%计算横轴频率值subplot(2,1,2);plot(f,P(1:256);title(多音干扰的功率谱);%subplot(3,1,3);%plot(f,20*log10(P(1:256);%title(多音干扰的功率谱);ylabel(功率谱);xlabel(频率/Hz);4 4 梳状谱干扰信号梳状谱干扰信号如果在某个频带内有多个离散的窄带干扰,形成多个窄带谱峰,则它们被称为梳状谱干扰。其信号表达式为1 1J(t)Jn(t)An(t)cos(nt n(t)n1n1
16、LL式中,Jn(t)为第n个窄带调幅干扰信号;An(t)为窄带干扰信号的包络,n(t)为干扰信号的相位;n为干扰角频率。仿真程序:%梳状干扰n=randn(1,10e3);J=0;fp=0.98*10e5;fs=0.99*10e5;Fs=3*10e5;fj=100*10e5;wp=2*pi*fp/Fs;ws=2*pi*fs/Fs;rs=45;B=ws-wp;beta=0.5842*(rs-21)0.4+0.07886*(rs-21);N=ceil(rs-8)/2.285/B);wc=(wp+ws)/2/pi;h=fir1(N,wc,kaiser(N+1,beta);H=fft(h);w=0:2
17、*pi/length(H):2*pi-2*pi/length(H);s=conv(n,h);s=s/max(abs(s);t=0:1/(2*fj):length(s)/(2*fj)-1/(2*fj);A=1.3*zeros(1,length(s);dealt=50*10e5;for i=1:100S=(A+s).*cos(2*pi*fj*t);1 2%产生标准正态分布的随机数第一个干扰信号的功率为零%选定的下限频率%选定的上限频率%采样频率%初始频率%下限频率%上限频率%给定的一个参数%带宽%窗函数的beta参数%滤波器阶数%截止频率%截止频率为wc的N阶凯瑟窗函数%对凯瑟窗函数进行傅里叶变换
18、%对凯瑟窗函数进行卷积运算%产生信号的时间长度与时间间隔%频率间隔%循环100次%干扰信号%fj=fj+dealt;%干扰信号的频率递增J=J+S;%干扰信号累加endf=0:length(J)-1*2*fj/length(J);%figure(1)subplot(2,1,1)plot(t,J)title(时域)xlabel(t),ylabel(幅度)subplot(2,1,2)plot(f,abs(fft(J)title(频域)xlabel(f),ylabel(功率谱)仿真结果如图 8.4 所示:图 8.4 梳状谱干扰信号仿真结果1 35 5 锥形音频干扰信号锥形音频干扰信号前面介绍的几种信
19、号属于压制式干扰,而锥形音频干扰属于欺骗式干扰,它由高斯噪声与锥形脉冲相乘产生,该信号的表达式为J(t)Ujd(t)Un(t)式中,Uj是干扰信号的幅度;un(t)是均值为 0,方差为n2的窄带高斯噪声,其谱宽为 0.33kHz;d(t)是锥形脉冲序列:d(t)2kt,nTa t (n1)Ta,n 0,1,2,Ta为锥形脉冲重复周期,为 0.125s。仿真程序:%-%锥形音频干扰%信号各项参数n=randn(1,10e3);%返回正态分布值fp=0.98*10e5;fs=1.02*10e5;Fs=3*10e5;A=1;Ta=2;fj=100*10e5;%后期的采样频率wp=2*pi*fp/Fs
20、;ws=2*pi*fs/Fs;%-%窗函数的各项参数rs=40;%损耗系数B=ws-wp;%带宽1 4beta=0.5842*(rs-21)0.4+0.07886*(rs-21);%波纹N=ceil(rs-8)/2.285/B);%由rs和B确定凯撒窗N值wc=(wp+ws)/2/pi;%fir1是用窗函数法设计线性相位FIRDF的工具箱函数,以实现线性相位FIRDF的标准窗函数法设计。%hn=fir1(M,wc),返回6dB截止频率为wc的M阶(单位脉冲响应h(n)长度N=M+1)FIR低通(wc为标量)滤波器系数向量hn,默认%选用哈明窗。得到噪声信号进过滤波器的信号s。%-%-h=fir
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