復(fù)雜電磁環(huán)境下的LPI/LPD通信技術(shù)研究

馮微+楊仕平+王健+鄭晨熹

摘 要： 隨著通信干擾技術(shù)的不斷發(fā)展，戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)也將面對諸如阻塞干擾、跟蹤干擾、錄放干擾以及靈巧干擾等干擾手段，如何對抗這類干擾手段，提升無線通信的可靠性，針對相應(yīng)的LPI/LPD抗干擾技術(shù)進行了研究。

關(guān)鍵詞： 無線通信； 抗干擾； 跳頻通信； 擴頻通信； LPI/LPD

中圖分類號： TN925?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）15?0020?03

Study on LPI/LPD communication technology under complicated EM environment

FENG Wei1， YANG Shi?ping2， WANG Jian2， ZHENG Chen?xi2

（1. China Electronics System Equipment Engineering Corporation Institute， Beijing 100141， China；

2. Guangzhou Haige Communications Group Incorporated Company， Guangzhou 510663， China）

Abstract： With constant development of communication interference technology， tactical communication systems will be faced with various interference means， such as blockage interference， tracking interference， recording/playing interference， ingenious interference， etc. The corresponding LPI/LPD interference?free technology is studied in this paper to deal with the interference means and upgrade the reliability of wireless communication.

Keywords： wireless communication； interference?free； frequency?hopping communication； spectrum?spreading communication； LPI/LPD

目前，我國周邊局部地區(qū)局勢仍顯緊張，迫使我國軍事斗爭策略要順應(yīng)新軍事變革而積極調(diào)整與變化，要革命性地應(yīng)用信息新技術(shù)，增強武器裝備性能，提高部隊的作戰(zhàn)效能，“制電磁權(quán)”斗爭已成為贏得戰(zhàn)爭勝利的關(guān)鍵。為保障作戰(zhàn)部隊在電磁環(huán)境高度復(fù)雜密集的現(xiàn)代戰(zhàn)場上執(zhí)行任務(wù)和機動作戰(zhàn)，通信系統(tǒng)必須具備較強的電子防御能力；否則，作戰(zhàn)編隊通信一旦遭到干擾、壓制和破壞，就會使指揮協(xié)同中斷，中樞神經(jīng)癱瘓，指揮控制失靈，使任何強大的兵力和先進的武器系統(tǒng)都無法發(fā)揮其應(yīng)有的效能[1]。因此，研究無線通信裝備的低截獲/低檢測（LPI/LPD）技術(shù)具有重要的現(xiàn)實意義。

1 國外抗干擾通信發(fā)展趨勢

隨著用戶話音、數(shù)據(jù)、視頻等應(yīng)用業(yè)務(wù)的日益增多，對無線傳輸帶寬提出了更高的要求，在民用領(lǐng)域，出現(xiàn)了以WiMAX，LTE為代表的民用寬帶通信系統(tǒng)，在軍用領(lǐng)域，出現(xiàn)了以美軍寬帶網(wǎng)絡(luò)波形WNW、單兵電臺波形SRW為代表的軍用寬帶通信系統(tǒng)。從技術(shù)發(fā)展階段來講，軍用寬帶波形WNW/SRW與民用寬帶波形WiMAX/LTE的對應(yīng)關(guān)系如圖1所示，他們都屬于第四代通信系統(tǒng)，其中WNW波形的最高速率達5 Mb/s，SRW波形的最高速率達2 Mb/s。

圖1 美軍寬帶波形的發(fā)展趨勢

就抗干擾能力而言，美軍的寬帶網(wǎng)絡(luò)波形WNW與單兵電臺波形SRW也根據(jù)應(yīng)用環(huán)境，設(shè)計了多種工作模式，如圖2所示，WNW波形主要包括OFDM寬帶模式、LPI/LPD模式、AJ模式、BEAM模式；SRW波形則主要包括Combat Comms，LPI/LPD模式、電子戰(zhàn)模式。

2 LPI/LPD技術(shù)簡介

從抗干擾的側(cè)重點來講，低截獲（Low Probability of Interception，LPI）與低檢測（Low Probability of Deception，LPD）有所不同，其中LPI技術(shù)主要是確保信息安全，即使敵方知道我方在通信，但抓不住我方通信內(nèi)容，如圖3所示，主要實現(xiàn)手段包括定速/變速跳頻、跳時、直序擴頻、混合擴頻、調(diào)制變換等技術(shù)；LPD技術(shù)主要是防止頻譜暴露，讓敵方不知道我方在什么時間通信，主要包括功率自適應(yīng)、定向天線、散射通信等技術(shù)[2]。

圖2 美軍WNW波形與SRW波形的功能特點對比

圖3 典型的LPI/LPD技術(shù)

3 LPI/LPD抗干擾設(shè)計

海軍戰(zhàn)場環(huán)境是變化的，任何一種通信干擾措施的有效性都不是絕對的，必須根據(jù)實際情況，采取不同的策略。就裝備使用而言，研究抗干擾措施，應(yīng)從多方面考慮，一種抗干擾措施對某種干擾有效，而對另一種干擾則無效，而另一種干擾措施可能相反，如能將兩種抗干擾措施結(jié)合，則抗干擾能力便會提高。例如DS?SS（擴頻）抗單頻干擾和遠近干擾能力較差，F(xiàn)H?SS（跳頻）抗寬帶干擾和中繼轉(zhuǎn)發(fā)式干擾較差；而DS?FH 混合擴頻調(diào)制卻在抗單頻干擾、寬帶干擾和遠近干擾、中繼轉(zhuǎn)發(fā)式干擾方面能力都很強[3]。

針對上述各種干擾方式的特點，LPI/LPD抗干擾通信波形的設(shè)計從技術(shù)體制角度而言，可從以下幾個技術(shù)方面進行研究。

3.1 擴維通信技術(shù)

為了解決傳統(tǒng)擴跳頻通信面臨的頻帶利用率低、抗干擾能力差的矛盾，擴維通信由同類技術(shù)的擴頻通信延伸拓展而來。擴維是在擴頻的基礎(chǔ)上，讓擴頻圖案攜帶信息，由單一的頻域擴展拓展到任一正交基上的擴展，其具有天然的高頻譜利用率；同時擴維通信利用小的瞬時維度和大的統(tǒng)計維度，達到了強的抗干擾能力，尤其是對抗靈巧干擾的能力[4?5]。

擴維通信與廣義的擴頻通信信號在頻域上都表現(xiàn)為占據(jù)很寬的頻譜，但二者傳送信息的機理有顯著不同。以跳頻和頻域擴維為例，圖4顯示了兩者不同的工作原理。跳頻通信中跳頻圖案由通信雙方事先約定不攜帶任何信息，信息的傳輸在圖中表示為不同的方格類型，跳頻是通過在頻點上調(diào)制不同的相位、幅度攜帶信息。頻域擴維中不同的頻點代表了信號不同的基（維），擴維一方面在頻點上調(diào)制不同的相位、幅度，另一方面頻點自身也是攜帶信息的，圖中顯示為不同的序號，這樣在同樣的帶寬下就可以大大增加攜帶信息的能力。

圖4 頻域擴維與跳頻工作原理比較示意圖

對于空間信息傳輸，整個信號暴露在開放的電磁環(huán)境，跳擴頻圖案容易被電子偵察等手段獲得，當(dāng)通信雙方的圖案（基）暴露后，信號空間可以進行變換投影，其示意如圖5所示。對于跳頻通信信號投影到預(yù)定的圖案上時，信號空間被壓縮到一維。而對于頻域擴維信號，由于占據(jù)了多個基，無論怎樣變換投影，其信號維度保持不變。信號空間的差異將顯著影響頻譜資源的利用效益和抗干擾的能力。

圖5 信號變換投影示意圖

3.2 抗靈巧干擾通信技術(shù)

軍用通信系統(tǒng)不僅要抗跟蹤、阻塞干擾等，還要防止系統(tǒng)受到電子欺騙，即通過在消息中加入假消息，復(fù)制信息和錯誤信息實現(xiàn)欺騙的目的。當(dāng)波形缺乏足夠的捷變性和隨機性時，將增大被截獲和定位的可能性。敵方通過對發(fā)射信號和特征參數(shù)間（同步信號、脈沖類型、頻譜、通信密度等）進行觀測，充分利用暴露的同步信號等特性參數(shù)，實現(xiàn)“靈巧干擾”[6]。

對抗靈巧干擾最有效的方法就是增強信號發(fā)送的不確定性，使其具有偽隨機特性，包括發(fā)送時間的隨機性，發(fā)射頻率的隨機性，發(fā)射信號特性的不確定。其中發(fā)射頻率的隨機性可由隨機跳頻圖案實現(xiàn)；發(fā)射信號特性的隨機性可通過對信號的變換實現(xiàn)，例如對信號進行分數(shù)階傅里葉變換，而且變換參數(shù)也是偽隨機變化的；發(fā)射時間的隨機性可通過初始抖動或跳時實現(xiàn)。初始抖動是對消息初始時間的隨機化，即在一個時隙傳輸?shù)拈_始階段是一段隨機可變的時延。這樣可防止干擾方通過加大信號傳輸間隔，用峰值功率攻擊信息的同步信息，減少了混入接收信號的干擾信號能量。

另一種發(fā)射時間隨機化方法是跳時。跳時與跳頻類似，所不同的是發(fā)射信號在時間軸上跳變。將時間軸劃分為許多時間片，在一幀內(nèi)哪個時間片發(fā)射信號由偽隨機序列進行控制。由于采用較窄的時間片發(fā)射信號，相對而言，信號的頻譜也就展寬了。

為了更好地抵抗靈巧干擾，需要綜合適用多種隨機化技術(shù)，TDMA系統(tǒng)下的綜合利用跳頻+跳時的示意圖。如圖6所示，每一個時隙的發(fā)射頻點不同（跳頻），實現(xiàn)了頻率的隨機化； 同時每一個時隙劃分為多個更小的時間片，用戶在時隙內(nèi)偽隨機選擇某一個時間片發(fā)射信號（跳時），并且發(fā)射初始時間延遲是隨機可變的（抖動），實現(xiàn)了時間的隨機化。

圖6 跳頻+跳時抗干擾設(shè)計示意圖

將跳頻圖案相同的用戶分為一組， 組內(nèi)不同用戶每個時隙占用的時間片，初始時延抖動都各不相同，實現(xiàn)正交跳時。通過正交跳頻和正交跳時，各用戶互不影響的同時傳輸，也實現(xiàn)了時間、頻率上的隨機化，更好地抵抗靈巧干擾的影響。

3.3 信號調(diào)制特征跳變技術(shù)

該技術(shù)通過實時調(diào)整發(fā)射參數(shù)，如帶寬、調(diào)制編碼方式等，讓敵方難以采用正確的解調(diào)解碼方法獲得信息，自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)在一定程度上可以達到上述效果；通過特殊的處理手段，改變信號的頻譜和時域特征，使敵方無法正確判斷信號類型，從而也就無法正確解析。目前提出了一種去擴頻特征信號變換的抗截獲技術(shù)，該技術(shù)通過同時改變原始信號的頻域和時域特征，達到對原始波形調(diào)制信息的加密處理。該方法具有以下特點：對調(diào)制信號進行加密且不改變信號的3 dB帶寬；由多個參數(shù)確定，參數(shù)取值范圍為整個實數(shù)區(qū)間，很難通過遍歷搜索得到；變換的參數(shù)可以隨時間變化動態(tài)調(diào)整進一步增大偵收的難度。如圖7所示，可偽裝其他的調(diào)制方式（可將QPSK信號通過去擴頻特征信號變換變換成加噪聲的16QAM信號）；偽裝成高斯白噪聲（可將QPSK信號通過去擴頻特征信號變換變換成為隨機噪聲）；偽裝成多徑信號（可將QPSK信號通過去擴頻特征信號變換變換成為多徑信號）。

圖7 信號調(diào)制特征跳變技術(shù)應(yīng)用示例

3.4 功率自適應(yīng)通信技術(shù)

LPD技術(shù)主要防止頻譜暴露，對小型化、低功耗電臺而言，功率自適應(yīng)控制是關(guān)鍵。功率自適應(yīng)控制可在鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層或二層同時進行。

網(wǎng)絡(luò)層功率控制：主要研究如何通過改變發(fā)射功率改變網(wǎng)絡(luò)連通性和選擇路徑，側(cè)重于提高網(wǎng)絡(luò)吞吐率；網(wǎng)絡(luò)層通常很長一段時間才進行一次調(diào)整，調(diào)整頻率較低。

鏈路層功率控制：主要是發(fā)送節(jié)點根據(jù)當(dāng)前信道條件和發(fā)送分組的目的地址調(diào)整無線發(fā)射功率，在確保數(shù)據(jù)傳輸可靠性的同時，側(cè)重于降低網(wǎng)絡(luò)能耗；鏈路層需要可能經(jīng)常調(diào)整發(fā)射功率，甚至每發(fā)送一次分組就需要調(diào)整一次；鏈路層控制分組用最大功率發(fā)送，數(shù)據(jù)分組和ACK用最小必須功率發(fā)送。

混合功率控制機制：將網(wǎng)絡(luò)層功率控制機制與鏈路層功率控制兩種機制結(jié)合起來，在發(fā)送數(shù)據(jù)分組時，MAC協(xié)議根據(jù)節(jié)點的距離和當(dāng)前信道條件調(diào)整發(fā)射功率，每當(dāng)分組到節(jié)點后，節(jié)點利用網(wǎng)絡(luò)層的功率控制機制來調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓撲和選擇路由。

4 結(jié) 語

通信干擾與通信抗干擾是一對相生相克的矛盾，它們互相制約，但又互相促進發(fā)展，既沒有攻不破的電子防御，也沒有防不了的電子進攻。在電子戰(zhàn)攻防中，關(guān)鍵是結(jié)合干擾的具體形式，在實戰(zhàn)中應(yīng)靈活運用各種對抗方法，在高技術(shù)條件下發(fā)揮出作戰(zhàn)效能。

參考文獻

[1] 劉維國，張大禹.電磁兼容環(huán)境下艦艇通信頻率指配研究[J].艦船電子對抗，2002，25（6）：11?13.

[2] 鄭高謙.實現(xiàn)低截獲概率雷達的技術(shù)途徑[J].現(xiàn)代電子，2002（3）：17?20.

[3] 張艷芹，許錄平，李劍.一種具有低截獲特性的組合調(diào)制雷達信號[J].彈道學(xué)報，2006，18（3）：90?93.

[4] 葛躍田.自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)及其在移動通信中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2003，26（2）：34?36.

[5] PROAKIS J G.數(shù)字通信[M].張力軍，譯.5版.北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[6] 梅林，沙學(xué)軍，冉啟文，等.四項加權(quán)分數(shù)Fourier變換在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].中國科學(xué)：信息科學(xué)，2010，40（5）：732?741.

針對上述各種干擾方式的特點，LPI/LPD抗干擾通信波形的設(shè)計從技術(shù)體制角度而言，可從以下幾個技術(shù)方面進行研究。

3.1 擴維通信技術(shù)

為了解決傳統(tǒng)擴跳頻通信面臨的頻帶利用率低、抗干擾能力差的矛盾，擴維通信由同類技術(shù)的擴頻通信延伸拓展而來。擴維是在擴頻的基礎(chǔ)上，讓擴頻圖案攜帶信息，由單一的頻域擴展拓展到任一正交基上的擴展，其具有天然的高頻譜利用率；同時擴維通信利用小的瞬時維度和大的統(tǒng)計維度，達到了強的抗干擾能力，尤其是對抗靈巧干擾的能力[4?5]。

擴維通信與廣義的擴頻通信信號在頻域上都表現(xiàn)為占據(jù)很寬的頻譜，但二者傳送信息的機理有顯著不同。以跳頻和頻域擴維為例，圖4顯示了兩者不同的工作原理。跳頻通信中跳頻圖案由通信雙方事先約定不攜帶任何信息，信息的傳輸在圖中表示為不同的方格類型，跳頻是通過在頻點上調(diào)制不同的相位、幅度攜帶信息。頻域擴維中不同的頻點代表了信號不同的基（維），擴維一方面在頻點上調(diào)制不同的相位、幅度，另一方面頻點自身也是攜帶信息的，圖中顯示為不同的序號，這樣在同樣的帶寬下就可以大大增加攜帶信息的能力。

圖4 頻域擴維與跳頻工作原理比較示意圖

對于空間信息傳輸，整個信號暴露在開放的電磁環(huán)境，跳擴頻圖案容易被電子偵察等手段獲得，當(dāng)通信雙方的圖案（基）暴露后，信號空間可以進行變換投影，其示意如圖5所示。對于跳頻通信信號投影到預(yù)定的圖案上時，信號空間被壓縮到一維。而對于頻域擴維信號，由于占據(jù)了多個基，無論怎樣變換投影，其信號維度保持不變。信號空間的差異將顯著影響頻譜資源的利用效益和抗干擾的能力。

圖5 信號變換投影示意圖

3.2 抗靈巧干擾通信技術(shù)

軍用通信系統(tǒng)不僅要抗跟蹤、阻塞干擾等，還要防止系統(tǒng)受到電子欺騙，即通過在消息中加入假消息，復(fù)制信息和錯誤信息實現(xiàn)欺騙的目的。當(dāng)波形缺乏足夠的捷變性和隨機性時，將增大被截獲和定位的可能性。敵方通過對發(fā)射信號和特征參數(shù)間（同步信號、脈沖類型、頻譜、通信密度等）進行觀測，充分利用暴露的同步信號等特性參數(shù)，實現(xiàn)“靈巧干擾”[6]。

對抗靈巧干擾最有效的方法就是增強信號發(fā)送的不確定性，使其具有偽隨機特性，包括發(fā)送時間的隨機性，發(fā)射頻率的隨機性，發(fā)射信號特性的不確定。其中發(fā)射頻率的隨機性可由隨機跳頻圖案實現(xiàn)；發(fā)射信號特性的隨機性可通過對信號的變換實現(xiàn)，例如對信號進行分數(shù)階傅里葉變換，而且變換參數(shù)也是偽隨機變化的；發(fā)射時間的隨機性可通過初始抖動或跳時實現(xiàn)。初始抖動是對消息初始時間的隨機化，即在一個時隙傳輸?shù)拈_始階段是一段隨機可變的時延。這樣可防止干擾方通過加大信號傳輸間隔，用峰值功率攻擊信息的同步信息，減少了混入接收信號的干擾信號能量。

另一種發(fā)射時間隨機化方法是跳時。跳時與跳頻類似，所不同的是發(fā)射信號在時間軸上跳變。將時間軸劃分為許多時間片，在一幀內(nèi)哪個時間片發(fā)射信號由偽隨機序列進行控制。由于采用較窄的時間片發(fā)射信號，相對而言，信號的頻譜也就展寬了。

為了更好地抵抗靈巧干擾，需要綜合適用多種隨機化技術(shù)，TDMA系統(tǒng)下的綜合利用跳頻+跳時的示意圖。如圖6所示，每一個時隙的發(fā)射頻點不同（跳頻），實現(xiàn)了頻率的隨機化； 同時每一個時隙劃分為多個更小的時間片，用戶在時隙內(nèi)偽隨機選擇某一個時間片發(fā)射信號（跳時），并且發(fā)射初始時間延遲是隨機可變的（抖動），實現(xiàn)了時間的隨機化。

圖6 跳頻+跳時抗干擾設(shè)計示意圖

將跳頻圖案相同的用戶分為一組， 組內(nèi)不同用戶每個時隙占用的時間片，初始時延抖動都各不相同，實現(xiàn)正交跳時。通過正交跳頻和正交跳時，各用戶互不影響的同時傳輸，也實現(xiàn)了時間、頻率上的隨機化，更好地抵抗靈巧干擾的影響。

3.3 信號調(diào)制特征跳變技術(shù)

該技術(shù)通過實時調(diào)整發(fā)射參數(shù)，如帶寬、調(diào)制編碼方式等，讓敵方難以采用正確的解調(diào)解碼方法獲得信息，自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)在一定程度上可以達到上述效果；通過特殊的處理手段，改變信號的頻譜和時域特征，使敵方無法正確判斷信號類型，從而也就無法正確解析。目前提出了一種去擴頻特征信號變換的抗截獲技術(shù)，該技術(shù)通過同時改變原始信號的頻域和時域特征，達到對原始波形調(diào)制信息的加密處理。該方法具有以下特點：對調(diào)制信號進行加密且不改變信號的3 dB帶寬；由多個參數(shù)確定，參數(shù)取值范圍為整個實數(shù)區(qū)間，很難通過遍歷搜索得到；變換的參數(shù)可以隨時間變化動態(tài)調(diào)整進一步增大偵收的難度。如圖7所示，可偽裝其他的調(diào)制方式（可將QPSK信號通過去擴頻特征信號變換變換成加噪聲的16QAM信號）；偽裝成高斯白噪聲（可將QPSK信號通過去擴頻特征信號變換變換成為隨機噪聲）；偽裝成多徑信號（可將QPSK信號通過去擴頻特征信號變換變換成為多徑信號）。

圖7 信號調(diào)制特征跳變技術(shù)應(yīng)用示例

3.4 功率自適應(yīng)通信技術(shù)

LPD技術(shù)主要防止頻譜暴露，對小型化、低功耗電臺而言，功率自適應(yīng)控制是關(guān)鍵。功率自適應(yīng)控制可在鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層或二層同時進行。

網(wǎng)絡(luò)層功率控制：主要研究如何通過改變發(fā)射功率改變網(wǎng)絡(luò)連通性和選擇路徑，側(cè)重于提高網(wǎng)絡(luò)吞吐率；網(wǎng)絡(luò)層通常很長一段時間才進行一次調(diào)整，調(diào)整頻率較低。

鏈路層功率控制：主要是發(fā)送節(jié)點根據(jù)當(dāng)前信道條件和發(fā)送分組的目的地址調(diào)整無線發(fā)射功率，在確保數(shù)據(jù)傳輸可靠性的同時，側(cè)重于降低網(wǎng)絡(luò)能耗；鏈路層需要可能經(jīng)常調(diào)整發(fā)射功率，甚至每發(fā)送一次分組就需要調(diào)整一次；鏈路層控制分組用最大功率發(fā)送，數(shù)據(jù)分組和ACK用最小必須功率發(fā)送。

混合功率控制機制：將網(wǎng)絡(luò)層功率控制機制與鏈路層功率控制兩種機制結(jié)合起來，在發(fā)送數(shù)據(jù)分組時，MAC協(xié)議根據(jù)節(jié)點的距離和當(dāng)前信道條件調(diào)整發(fā)射功率，每當(dāng)分組到節(jié)點后，節(jié)點利用網(wǎng)絡(luò)層的功率控制機制來調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓撲和選擇路由。

4 結(jié) 語

通信干擾與通信抗干擾是一對相生相克的矛盾，它們互相制約，但又互相促進發(fā)展，既沒有攻不破的電子防御，也沒有防不了的電子進攻。在電子戰(zhàn)攻防中，關(guān)鍵是結(jié)合干擾的具體形式，在實戰(zhàn)中應(yīng)靈活運用各種對抗方法，在高技術(shù)條件下發(fā)揮出作戰(zhàn)效能。

參考文獻

[1] 劉維國，張大禹.電磁兼容環(huán)境下艦艇通信頻率指配研究[J].艦船電子對抗，2002，25（6）：11?13.

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[5] PROAKIS J G.數(shù)字通信[M].張力軍，譯.5版.北京：電子工業(yè)出版社，2009.

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針對上述各種干擾方式的特點，LPI/LPD抗干擾通信波形的設(shè)計從技術(shù)體制角度而言，可從以下幾個技術(shù)方面進行研究。

3.1 擴維通信技術(shù)

為了解決傳統(tǒng)擴跳頻通信面臨的頻帶利用率低、抗干擾能力差的矛盾，擴維通信由同類技術(shù)的擴頻通信延伸拓展而來。擴維是在擴頻的基礎(chǔ)上，讓擴頻圖案攜帶信息，由單一的頻域擴展拓展到任一正交基上的擴展，其具有天然的高頻譜利用率；同時擴維通信利用小的瞬時維度和大的統(tǒng)計維度，達到了強的抗干擾能力，尤其是對抗靈巧干擾的能力[4?5]。

擴維通信與廣義的擴頻通信信號在頻域上都表現(xiàn)為占據(jù)很寬的頻譜，但二者傳送信息的機理有顯著不同。以跳頻和頻域擴維為例，圖4顯示了兩者不同的工作原理。跳頻通信中跳頻圖案由通信雙方事先約定不攜帶任何信息，信息的傳輸在圖中表示為不同的方格類型，跳頻是通過在頻點上調(diào)制不同的相位、幅度攜帶信息。頻域擴維中不同的頻點代表了信號不同的基（維），擴維一方面在頻點上調(diào)制不同的相位、幅度，另一方面頻點自身也是攜帶信息的，圖中顯示為不同的序號，這樣在同樣的帶寬下就可以大大增加攜帶信息的能力。

圖4 頻域擴維與跳頻工作原理比較示意圖

對于空間信息傳輸，整個信號暴露在開放的電磁環(huán)境，跳擴頻圖案容易被電子偵察等手段獲得，當(dāng)通信雙方的圖案（基）暴露后，信號空間可以進行變換投影，其示意如圖5所示。對于跳頻通信信號投影到預(yù)定的圖案上時，信號空間被壓縮到一維。而對于頻域擴維信號，由于占據(jù)了多個基，無論怎樣變換投影，其信號維度保持不變。信號空間的差異將顯著影響頻譜資源的利用效益和抗干擾的能力。

圖5 信號變換投影示意圖

3.2 抗靈巧干擾通信技術(shù)

軍用通信系統(tǒng)不僅要抗跟蹤、阻塞干擾等，還要防止系統(tǒng)受到電子欺騙，即通過在消息中加入假消息，復(fù)制信息和錯誤信息實現(xiàn)欺騙的目的。當(dāng)波形缺乏足夠的捷變性和隨機性時，將增大被截獲和定位的可能性。敵方通過對發(fā)射信號和特征參數(shù)間（同步信號、脈沖類型、頻譜、通信密度等）進行觀測，充分利用暴露的同步信號等特性參數(shù)，實現(xiàn)“靈巧干擾”[6]。

對抗靈巧干擾最有效的方法就是增強信號發(fā)送的不確定性，使其具有偽隨機特性，包括發(fā)送時間的隨機性，發(fā)射頻率的隨機性，發(fā)射信號特性的不確定。其中發(fā)射頻率的隨機性可由隨機跳頻圖案實現(xiàn)；發(fā)射信號特性的隨機性可通過對信號的變換實現(xiàn)，例如對信號進行分數(shù)階傅里葉變換，而且變換參數(shù)也是偽隨機變化的；發(fā)射時間的隨機性可通過初始抖動或跳時實現(xiàn)。初始抖動是對消息初始時間的隨機化，即在一個時隙傳輸?shù)拈_始階段是一段隨機可變的時延。這樣可防止干擾方通過加大信號傳輸間隔，用峰值功率攻擊信息的同步信息，減少了混入接收信號的干擾信號能量。

另一種發(fā)射時間隨機化方法是跳時。跳時與跳頻類似，所不同的是發(fā)射信號在時間軸上跳變。將時間軸劃分為許多時間片，在一幀內(nèi)哪個時間片發(fā)射信號由偽隨機序列進行控制。由于采用較窄的時間片發(fā)射信號，相對而言，信號的頻譜也就展寬了。

為了更好地抵抗靈巧干擾，需要綜合適用多種隨機化技術(shù)，TDMA系統(tǒng)下的綜合利用跳頻+跳時的示意圖。如圖6所示，每一個時隙的發(fā)射頻點不同（跳頻），實現(xiàn)了頻率的隨機化； 同時每一個時隙劃分為多個更小的時間片，用戶在時隙內(nèi)偽隨機選擇某一個時間片發(fā)射信號（跳時），并且發(fā)射初始時間延遲是隨機可變的（抖動），實現(xiàn)了時間的隨機化。

圖6 跳頻+跳時抗干擾設(shè)計示意圖

將跳頻圖案相同的用戶分為一組， 組內(nèi)不同用戶每個時隙占用的時間片，初始時延抖動都各不相同，實現(xiàn)正交跳時。通過正交跳頻和正交跳時，各用戶互不影響的同時傳輸，也實現(xiàn)了時間、頻率上的隨機化，更好地抵抗靈巧干擾的影響。

3.3 信號調(diào)制特征跳變技術(shù)

該技術(shù)通過實時調(diào)整發(fā)射參數(shù)，如帶寬、調(diào)制編碼方式等，讓敵方難以采用正確的解調(diào)解碼方法獲得信息，自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)在一定程度上可以達到上述效果；通過特殊的處理手段，改變信號的頻譜和時域特征，使敵方無法正確判斷信號類型，從而也就無法正確解析。目前提出了一種去擴頻特征信號變換的抗截獲技術(shù)，該技術(shù)通過同時改變原始信號的頻域和時域特征，達到對原始波形調(diào)制信息的加密處理。該方法具有以下特點：對調(diào)制信號進行加密且不改變信號的3 dB帶寬；由多個參數(shù)確定，參數(shù)取值范圍為整個實數(shù)區(qū)間，很難通過遍歷搜索得到；變換的參數(shù)可以隨時間變化動態(tài)調(diào)整進一步增大偵收的難度。如圖7所示，可偽裝其他的調(diào)制方式（可將QPSK信號通過去擴頻特征信號變換變換成加噪聲的16QAM信號）；偽裝成高斯白噪聲（可將QPSK信號通過去擴頻特征信號變換變換成為隨機噪聲）；偽裝成多徑信號（可將QPSK信號通過去擴頻特征信號變換變換成為多徑信號）。

圖7 信號調(diào)制特征跳變技術(shù)應(yīng)用示例

3.4 功率自適應(yīng)通信技術(shù)

LPD技術(shù)主要防止頻譜暴露，對小型化、低功耗電臺而言，功率自適應(yīng)控制是關(guān)鍵。功率自適應(yīng)控制可在鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層或二層同時進行。

網(wǎng)絡(luò)層功率控制：主要研究如何通過改變發(fā)射功率改變網(wǎng)絡(luò)連通性和選擇路徑，側(cè)重于提高網(wǎng)絡(luò)吞吐率；網(wǎng)絡(luò)層通常很長一段時間才進行一次調(diào)整，調(diào)整頻率較低。

鏈路層功率控制：主要是發(fā)送節(jié)點根據(jù)當(dāng)前信道條件和發(fā)送分組的目的地址調(diào)整無線發(fā)射功率，在確保數(shù)據(jù)傳輸可靠性的同時，側(cè)重于降低網(wǎng)絡(luò)能耗；鏈路層需要可能經(jīng)常調(diào)整發(fā)射功率，甚至每發(fā)送一次分組就需要調(diào)整一次；鏈路層控制分組用最大功率發(fā)送，數(shù)據(jù)分組和ACK用最小必須功率發(fā)送。

混合功率控制機制：將網(wǎng)絡(luò)層功率控制機制與鏈路層功率控制兩種機制結(jié)合起來，在發(fā)送數(shù)據(jù)分組時，MAC協(xié)議根據(jù)節(jié)點的距離和當(dāng)前信道條件調(diào)整發(fā)射功率，每當(dāng)分組到節(jié)點后，節(jié)點利用網(wǎng)絡(luò)層的功率控制機制來調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓撲和選擇路由。

4 結(jié) 語

通信干擾與通信抗干擾是一對相生相克的矛盾，它們互相制約，但又互相促進發(fā)展，既沒有攻不破的電子防御，也沒有防不了的電子進攻。在電子戰(zhàn)攻防中，關(guān)鍵是結(jié)合干擾的具體形式，在實戰(zhàn)中應(yīng)靈活運用各種對抗方法，在高技術(shù)條件下發(fā)揮出作戰(zhàn)效能。

參考文獻

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[3] 張艷芹，許錄平，李劍.一種具有低截獲特性的組合調(diào)制雷達信號[J].彈道學(xué)報，2006，18（3）：90?93.

[4] 葛躍田.自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)及其在移動通信中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2003，26（2）：34?36.

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