JTIDS數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)及其干擾技術(shù)研究

蘇煥坤

【摘要】 JTIDS（Joint Tactical Information Distribution System）即聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)，是美國(guó)陸?？杖姙榱藨?yīng)對(duì)聯(lián)合作戰(zhàn)而開(kāi)發(fā)的具有相對(duì)導(dǎo)航、敵我識(shí)別、任務(wù)管理、武器協(xié)同、目標(biāo)監(jiān)視、保密話音和指揮控制能力的一種大容量、保密、抗干擾、時(shí)分多址的戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)。為了應(yīng)對(duì)未來(lái)不可預(yù)知的戰(zhàn)爭(zhēng)，對(duì)JTIDS數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的干擾技術(shù)進(jìn)行研究是勢(shì)在必行的。本文介紹了JTIDS的系統(tǒng)特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)對(duì)兩種通信干擾技術(shù)的比較，最后得出對(duì)JTIDS的干擾通過(guò)對(duì)其同步段信號(hào)實(shí)施多頻點(diǎn)阻塞式干擾將具有較高的可行性。

【關(guān)鍵詞】 JTIDS 時(shí)分多址 多頻點(diǎn)阻塞式干擾

一、JTIDS系統(tǒng)概述

JTIDS采用直序擴(kuò)頻、跳頻、RS編碼以及時(shí)分多址（TDMA）等一系列先進(jìn)技術(shù)，將系統(tǒng)變成一個(gè)沒(méi)有節(jié)點(diǎn)的重疊多網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)，這樣即使網(wǎng)絡(luò)中的部分終端用戶被摧毀，整個(gè)系統(tǒng)仍然可以正常工作，所以該系統(tǒng)將具有較強(qiáng)的戰(zhàn)場(chǎng)生存能力。在通信時(shí)，整個(gè)通信網(wǎng)就像是一個(gè)巨大的環(huán)狀信息池，JTIDS會(huì)給網(wǎng)絡(luò)中的用戶分配一些時(shí)隙，用戶在時(shí)隙中把自己的信息通過(guò)廣播或組播的方式投放到信息池中，其他的所有用戶都可以監(jiān)聽(tīng)和提取自己所關(guān)心的信息。發(fā)送者和接收者不必知道對(duì)方。JTIDS就是以時(shí)分多址的方式將很多個(gè)用戶聯(lián)系起來(lái)形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，從而達(dá)到信息的互通。另外，在各個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間信息也可以互通，就比如空中預(yù)警機(jī)和陸地指揮系統(tǒng)可將探測(cè)到的敵機(jī)情報(bào)迅速傳遞給截?fù)魴C(jī)等作戰(zhàn)飛機(jī)，把截?fù)魴C(jī)等作戰(zhàn)飛機(jī)引向目標(biāo)，作戰(zhàn)飛機(jī)也可以將目標(biāo)攻擊完成情況反饋給預(yù)警機(jī)或者陸地指揮系統(tǒng)。 二、JTIDS系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 JTIDS的擴(kuò)頻通信技術(shù)

JTIDS系統(tǒng)采用跳頻和直接序列擴(kuò)頻兩種擴(kuò)頻通信方式，其中跳頻是JTIDS系統(tǒng)的首要擴(kuò)頻方式，其工作頻段為960MHz-1215MHz。在實(shí)際選擇頻段時(shí)分成三小段：969MHz-1008MHz，1053-1065MHz，1113MHz-1206MHz。主要是為了在ATCRBS/IFF使用的1030/1090MHz兩種頻率周圍留有相當(dāng)寬的保護(hù)區(qū)段，同時(shí)在整個(gè)960到1215MHz頻段的兩端各留有9MHz未用，從而避免與頻段外工作的系統(tǒng)發(fā)生干擾。跳頻點(diǎn)是以3MHz為間隔均勻分布的，總數(shù)為51個(gè)。JTIDS網(wǎng)絡(luò)成員在所分配時(shí)隙內(nèi)發(fā)射信息脈沖，各個(gè)脈沖的載波不一定相同，隨機(jī)分布在工作頻段內(nèi)。JTIDS采用寬間隔跳頻方式，相鄰脈沖載波最小間隔為30MHz，避免被TACAN接收機(jī)錯(cuò)誤譯碼。對(duì)于單脈沖方式，每一個(gè)字符使用一個(gè)脈沖，載頻跳變一次，則跳速高達(dá)38461.5次/秒；而對(duì)于雙脈沖工作方式，每一個(gè)字符使用兩個(gè)脈沖發(fā)射，且這兩個(gè)載波是不同的，其跳速更是高達(dá)76923次秒。JTIDS的跳頻序列由網(wǎng)絡(luò)參與組、網(wǎng)絡(luò)編號(hào)和指定的傳輸加密變量共同決定，保證多個(gè)發(fā)射設(shè)備即使在視距范圍內(nèi)相互傳輸也不會(huì)造成干擾。

直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為直擴(kuò)系統(tǒng)，是目前應(yīng)用較為廣泛的一種擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)。直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)是將要發(fā)送的信息用偽隨機(jī)序列擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶上去。在接收端，用與發(fā)送端相同的偽隨機(jī)序列對(duì)接收到的擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，恢復(fù)出原來(lái)的信息。JTIDS的脈沖信號(hào)是由32個(gè)基碼構(gòu)成的偽隨機(jī)序列段對(duì)載頻作MSK調(diào)制而形成的。每個(gè)基碼寬0.2微秒，偽隨機(jī)序列段長(zhǎng)6.4微秒，因此脈沖寬度也為6.4微秒。由于MSK調(diào)制具有較快的旁瓣滾降和較窄的主瓣寬度，直序擴(kuò)頻的結(jié)果將使信號(hào)的功率譜密度下降，所以敵方的情報(bào)系統(tǒng)將很難檢測(cè)到，也降低了對(duì)其他同波段用戶的干擾。

2.2 JTIDS的信道編碼技術(shù)

在實(shí)際信道上傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)，由于信道傳輸特性不理想以及加性噪聲的影響，接收端所收到的數(shù)字信號(hào)不可避免地會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。為了在已知信噪比的情況下達(dá)到一定的比特誤碼率指標(biāo)，首先應(yīng)該合理設(shè)計(jì)基帶信號(hào)，選擇調(diào)制解調(diào)方式，采用時(shí)域、頻域均衡，使比特誤碼率盡可能降低。但實(shí)際上，在許多系統(tǒng)中的比特誤碼率并不能滿足實(shí)際的需求。此時(shí)則必須采用信道編碼即差錯(cuò)控制編碼才能將比特誤碼率進(jìn)一步降低，以滿足系統(tǒng)指標(biāo)要求。JTIDS采用了4種不同的具有強(qiáng)糾錯(cuò)能力的差錯(cuò)控制編碼：（70，75）檢錯(cuò)編碼、Reed—Solomon（RS）編碼、交織碼與雙脈沖編碼。在RS（31，15）編碼解碼時(shí)，由于（31，15）Reed Solomon碼是一種BCH碼，而且是完備碼，使得在由31個(gè)字符組成的大組中，由于干擾或傳播等原因，即使在信號(hào)檢測(cè)時(shí)有16個(gè)字符無(wú)法判決，或者有8個(gè)字符判斷錯(cuò)了，在信道譯碼時(shí)也能糾正過(guò)來(lái)，恢復(fù)這一大組中的所包含的真正信息（在31組中含15組）。 雙脈沖編碼是JTIDS特有的一種編碼方式，其雙脈沖編碼所承載的信息內(nèi)容相同，但載頻不同。接收機(jī)只要能收到2種脈沖中的1個(gè)，就能檢測(cè)出所包含的信息數(shù)據(jù)。在與高速跳頻配合使用時(shí)，雙脈沖編碼會(huì)帶來(lái)較高的編碼增益。同時(shí)，在出現(xiàn)多徑效應(yīng)及部分頻帶遭受干擾時(shí)，雙脈沖編碼能大大提高正確檢測(cè)出信息數(shù)據(jù)的概率。JTIDS的信道編碼技術(shù)能增加通信鏈路的抗干擾能力，同時(shí)可加大鏈路的作用距離。

2.3 JTIDS系統(tǒng)的信號(hào)格式

JTIDS信號(hào)的基本單位是時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)度為7.8125ms，可分為同步段、數(shù)據(jù)段和保護(hù)段三段。由此可見(jiàn)，傳送信息的時(shí)間不到總時(shí)間的50%，一個(gè)時(shí)隙內(nèi)傳送的129個(gè)字符是一串脈沖信號(hào)，這是單脈沖格式。另一種是雙脈沖格式，即在26μs內(nèi)有兩個(gè)信息脈沖，而且所載內(nèi)容一樣，只是發(fā)射載頻不同。這種雙脈沖信號(hào)格式抗人為干擾能力較單脈沖格式要強(qiáng)，不過(guò)對(duì)塔康系統(tǒng)的干擾也要增加，且發(fā)射占空比和跳頻速率均要提高。

三、JTIDS系統(tǒng)的干擾技術(shù)研究

3.1 信號(hào)欺騙式干擾

欺騙式干擾的方式可以干擾JTIDS，首先需要寬帶信道偵察機(jī)快速地偵察和接收J(rèn)TIDS鏈路的信號(hào)，在對(duì)信號(hào)的一些基本參數(shù)進(jìn)行截獲后，干擾系統(tǒng)就對(duì)截獲的信號(hào)立刻現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)和估計(jì)。然后以此為前提，把接收到的一部分JTIDS信號(hào)進(jìn)行復(fù)制，這樣可以生成一種干擾信號(hào)，由于有部分復(fù)制，所以它與原始的JTIDS信號(hào)有比較強(qiáng)的相關(guān)性，同時(shí)將這種信號(hào)通過(guò)干擾發(fā)射機(jī)發(fā)射出去。這就是所謂的欺騙式干擾信號(hào)，因?yàn)樗c原始的JTIDS信號(hào)相關(guān)性較好，所以它的干擾效果也很不錯(cuò)。

當(dāng)我們使用欺騙式干擾方式時(shí)，有以下幾個(gè)方面要著重注意：（1）我們運(yùn)用的寬帶信號(hào)接收技術(shù)一定要有很高的靈敏度，而且它的噪音分貝也不能高。（2）需要對(duì)高速跳頻信號(hào)進(jìn)行截獲，然后檢測(cè)，最后對(duì)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)。（3）一種生成干擾脈沖的技術(shù)。它要與JTIDS原始信號(hào)有較強(qiáng)的相關(guān)性。

3.2 同步段多頻點(diǎn)阻塞式干擾

當(dāng)我們?cè)谶M(jìn)行欺騙式干擾技術(shù)時(shí)有一個(gè)前提，就是我們的信道偵察機(jī)應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)對(duì)JTIDS信號(hào)完全的截獲，而且我們可以對(duì)他們進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)和預(yù)測(cè)，但是在實(shí)際中這種情況是非常難達(dá)到的。如果我們不能全部截獲同步脈沖信號(hào)，我們就可以考慮使用多頻點(diǎn)阻塞式干擾來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行破壞，進(jìn)而對(duì)JTIDS進(jìn)行干擾。

通過(guò)對(duì)JTIDS信號(hào)時(shí)隙的分析可知，JTIDS的同步是該系統(tǒng)正常工作的前提。如果能采取措施對(duì)該系統(tǒng)消息同步段進(jìn)行有效干擾，破壞JTIDS定時(shí)信號(hào)的穩(wěn)定，導(dǎo)致其同步過(guò)程無(wú)法順利完成，數(shù)據(jù)段信息則自然無(wú)法正常接收，即可對(duì)JTIDS進(jìn)行有效的干擾。根據(jù)JTIDS系統(tǒng)的同步捕獲機(jī)制，如果在同步捕獲時(shí)所占用的8個(gè)跳頻信道中有5個(gè)或5個(gè)以上的信道被干擾，則JTIDS就無(wú)法完成同步動(dòng)作，即認(rèn)為其被有效干擾。而對(duì)于同步段40個(gè)脈沖而言，每個(gè)頻點(diǎn)被重復(fù)使用的概率是比較高的，這就為干擾提供了可能。在干擾理想的情況下，當(dāng)干擾方同時(shí)干擾20個(gè)信道的時(shí)候，系統(tǒng)建立同步的概率將小于90%。由此我們可以看出干擾JTIDS信號(hào)的效果與阻塞式干擾頻點(diǎn)數(shù)的多少呈現(xiàn)正相關(guān)的趨勢(shì)，即頻點(diǎn)數(shù)增加，JTIDS同步段被干擾的效果就越好。如果在進(jìn)行阻塞式干擾JTIDS信號(hào)時(shí)，能夠考慮到寬帶信道機(jī)檢測(cè)出來(lái)的部分JTIDS同步段信號(hào)頻點(diǎn)，有針對(duì)性的對(duì)頻點(diǎn)進(jìn)行阻塞，那么干擾效果將非常突出。綜上所述，對(duì)JTIDS的干擾通過(guò)對(duì)其同步段信號(hào)實(shí)施多頻點(diǎn)阻塞式干擾將具有較高的可行性。

四、結(jié)束語(yǔ)

JTIDS系統(tǒng)作為美軍及其盟軍使用的作戰(zhàn)系統(tǒng)，在聯(lián)合作戰(zhàn)的情況下發(fā)揮著重要作用。它是美三軍研制的具有通信、導(dǎo)航和識(shí)別功能的系統(tǒng)，具有用戶基數(shù)大、容納范圍廣和適應(yīng)能力強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)。未來(lái)的社會(huì)是信息化的社會(huì)，未來(lái)的戰(zhàn)爭(zhēng)也將會(huì)是信息化的戰(zhàn)爭(zhēng)，它不僅僅是在戰(zhàn)場(chǎng)的較量，更是信息技術(shù)的較量，所以，開(kāi)展對(duì)JTIDS數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)及其干擾技術(shù)研究是不可或缺的。

但是由于目前JTIDS的技術(shù)還不夠成熟，同步跟蹤技術(shù)的發(fā)展也沒(méi)有突破性的進(jìn)展，很多關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)也無(wú)法獲得，所以在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，我們運(yùn)用同步段多頻點(diǎn)阻塞式干擾技術(shù)對(duì)JTIDS進(jìn)行干擾是最好的選擇。

參 考 文 獻(xiàn)

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