短波通信借助电离层反射可以实现远距离信号传输,不需要人造基础设施作为传播中继,链路建立成本低,且不易受到人为或自然灾害的破坏,在军事通信、应急通信和抢险救灾等领域发挥着不可替代的作用。短波信号的传播媒质电离层受太阳的控制和影响,是一种随机参变信道。短波频段用户多,干扰严重,还受到工业和大气电磁噪声的污染,因此,在使用短波通信时,需要实时优选短波通信频率,以保证短波通信质量。短波通信选频技术包括了长期预报、短期预报、实时信道评估三种方式。电离层斜向探测和第三代自动链路建立技术都属于实时信道评估技术。电离层斜向探测技术一般使用多台斜向探测仪组网,负责固定区域内所有电台通信设备的频率管理。第三代自动链路建立技术融探测与通信为一体,由各通信电台单独配备,用于通信双方的实时选频。本文结合电离层斜向探测和第三代自动链路建立的各自特点和优势,提出并实现了一种新的短波扫频应答探测技术,用于最优通信频率选择。新的扫频应答探测技术采用了第三代自动链路建立中用到的GPS同步探测、两次握手选频的工作模式,并将电离层斜向探测中的脉冲压缩技术、CFAR检测和时间积累技术应用到信号检测过程中,使系统在较恶劣的电磁环境中也能接收到信号。新的扫频应答探测系统可以完成常规的频率优选过程。在通信链路难以建立时,还可以帮助通信系统正确判断信道实际状况并采取相应对策:由于电离层原因无法建立的链路应该放弃,背景噪声和干扰过大的频率可以采用降低通信码率增强码片纠错能力等手段维持最低通信水平。突发通信已经成为现代短波通信的主要工作方式。传统锁相环技术或基于辅助数据的载波恢复技术都以牺牲通信时间为代价实现载波同步,降低了通信效率。跳频频率跟踪也是短波军事侦察中面临的重要问题。文中引入了粒子滤波技术,提出了解决短波突发通信载波同步问题和跳频频率跟踪问题的高效的新方法。本文的主要研究成果包括:1.设计了新的扫频应答探测协议。协议中规定了系统探测流程、探测时间、探测波形、信号处理流程和选频原则,为扫频应答系统预期功能的实现制定了最基本的系统设计准则。2.根据扫频应答探测协议,设计了嵌入式的硬件总体架构及各部分功能指标,完成了系统嵌入式核心模块和同步卡的硬件设计和实现。系统采用嵌入式模块化的硬件设计架构,提高系统密集程度、缩小系统体积、保障系统探测的稳定性和应答信号发生的实时性,同时也为研究成果向产品转化打下基础。3.根据扫频应答探测协议,结合嵌入式硬件平台性能,开发了扫频应答探测的选频算法。使用匹配滤波、CFAR检测、时间积累等算法处理接收到的信号,再根据信噪比对频率排序。然后使用电离层斜向探测数据验证算法,优化波形参数,保障算法的可靠性。4.根据嵌入式模块DSPs+FPGA的硬件架构,开发了对应的DSPs嵌入式程序和FPGA程序,还开发了 DSPs程序的Flash加载的方案,保障嵌入式系统的正常工作运行。DSPs程序实现对整个探测流程的控制和信号处理算法的运行。FPGA程序间接控制发射通道和接收机,为DSPs与主机和同步卡的交互提供了接口。5.设计并完成了扫频应答系统的外场实验,并分析探测数据,验证了系统的功能。6.将粒子滤波技术引入到短波突发通信的载波同步中,让载波恢复与信号解调同步完成。仿真验证表明该算法在大频偏条件下,也具有良好的载波同步性能。还开发了基于粒子滤波的跳频频率跟踪算法,实现对跳频频率的快速精确估计。