艦艇短波通信抗干擾分析

馬 遷

(海軍大連艦艇學(xué)院，大連 116018)

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艦艇短波通信抗干擾分析

馬 遷

(海軍大連艦艇學(xué)院，大連 116018)

簡述了水面艦艇短波通信面臨的問題,在分析干擾樣式的基礎(chǔ)上研究了短波通信抗干擾模型，并提出了抗干擾對策。對增強短波通信抗干擾能力，確保艦艇通信暢通具有重要意義。

艦艇通信；短波通信；抗干擾

0 引 言

作為海軍通信的主要手段，短波通信被廣泛用于海軍艦艇的中遠(yuǎn)距離通信，以實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)等通信業(yè)務(wù)。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，海上通信對抗日趨激烈，艦艇短波通信面臨著越來越嚴(yán)重的威脅。因此，加強短波通信抗干擾問題的研究，確保海上艦艇編隊作戰(zhàn)通信暢通，對打贏信息條件下的海上戰(zhàn)爭具有重要意義。

1 海上艦艇短波通信面臨問題

隨著軍事通信地位的不斷提升，現(xiàn)代軍事強國都十分重視通信偵察與干擾技術(shù)，通信對抗系統(tǒng)的發(fā)展體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)通信偵察范圍大,靈敏度高；(2)干擾樣式多，能力強，具備多目標(biāo)干擾能力；(3)偵察、測向、干擾融為一體；(4)對抗平臺多樣化。

在實際作戰(zhàn)情況下，海上艦艇短波通信面臨的威脅主要來自敵方岸基航空兵電子戰(zhàn)部隊、艦載航空兵電子戰(zhàn)部隊以及艦艇電子戰(zhàn)部門。從目前美軍裝備的機載通信對抗設(shè)備看，通信偵察接收機的靈敏度一般在-80～-110 dBmW，能接收多種方式的通信信號；通信測向精度達(dá)1°均方根值，測向時間最短為20 ms，靈敏度一般為0.5～1 μV；通信干擾系統(tǒng)的頻率范圍一般在1.5～230 MHz，干擾功率可達(dá)8～10 kW。與機載裝備相比，艦載電子對抗裝備性能相對落后。

不難看出，艦艇短波頻段完全暴露在通信對抗系統(tǒng)的偵察與干擾范圍內(nèi)，通信系統(tǒng)面臨著嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。因此，必須采取抗干擾技術(shù)手段，靈活運用抗干擾戰(zhàn)術(shù)措施，確保艦艇短波通信聯(lián)絡(luò)暢通。

2 艦艇短波模擬通信抗干擾模型

2.1 短波通信干擾及作戰(zhàn)樣式

海軍作戰(zhàn)指揮通信中，短波通信主要以語音和數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)為主。而單邊帶通信由于具有節(jié)約頻譜、功率及抗干擾能力強等良好特性，被廣泛用于短波通信中。因此，本文主要分析短波單邊帶語音和二進制頻移鍵控(2FSK)數(shù)字通信抗干擾問題。

2.2 短波通信干擾模型

對通信系統(tǒng)受干擾程度進行效能分析，語音信號主要考慮相應(yīng)的語音清晰度和可懂度D，數(shù)字信號主要考慮相應(yīng)的差錯率和誤碼率Pe，用其表示語音通信受干擾等級如下：

D≤0.5或0.2≤Pe時，受到強烈干擾，干擾等級為三級；

0.5

0.7

0.9

對單音節(jié)詞的語音清晰度有：

D=1-exp[-0.017 41·(ρ0+12)1.602 4]

(1)

以2FSK系統(tǒng)為例，當(dāng)采用最佳非相干解調(diào)時，誤碼率為:

(2)

式中:ρ0=10lgρ0，為通信接收機輸出端信噪比。

對單邊帶通信系統(tǒng)，其接收機輸出的信噪比約等于輸入功率的信噪比[1]，因此通過接收機輸入端的信噪比求得接收機輸出的信噪比。

由接收機輸入端信噪比為:

(3)

式中:Psi，Pji分別為進入通信接收機的信號功率和干擾功率。

考慮到海上艦艇短波通信信號采用天波傳輸時，有:

(4)

對干擾信號傳輸，有:

(5)

式中：λ為通信信號波長；Rt為通信收發(fā)距離；Pt，Gt為通信發(fā)射機發(fā)射功率和增益；qrt為通信接收天線在發(fā)射方向上的增益；Pj，Gj為干擾機輸出功率和增益；γj為干擾的極化損失；Rj為干擾機到通信接收機距離；qrj(θ)為通信接收天線在干擾方向上的增益；Brj為干擾功率進入通信接收機的百分比。

在干擾信號中心頻率對準(zhǔn)通信信號中心頻率，有效頻偏為fdl，有效調(diào)頻指數(shù)mdl?1，且通信接收機通頻帶寬為fb時，有：

(6)

由此可以得到：

(7)

3 短波通信抗干擾分析

對于短波鞭狀接收天線，為計算方便，不考慮其方向性，即qrj(θ)=qrt；假設(shè)Pt=Pj，語音通頻帶取300～3 000 Hz；設(shè)Gt=Gj；fdl=800 Hz、fb=2 700 Hz時，Brj=0.499 7。

當(dāng)取Rt=300 km時，設(shè)100 km≤Rj≤500 km，Rj與語音清晰度、可懂度D和誤碼率Pe的關(guān)系如圖1所示。

圖1 D和Pe與Rj的關(guān)系(Rt=300 km)

當(dāng)取Rj=100 km時，設(shè)100 km≤Rt≤500 km，Rt與語音清晰度、可懂度D及誤碼率Pe的關(guān)系如圖2所示。

圖2 D和Pe與Rj的關(guān)系(Rt=100 km)

當(dāng)取Pj=500 W，Rj=Rt時，Pt(100 W≤Pt≤1 000 W)與語音清晰度、可懂度D和誤碼率Pe的關(guān)系如圖3所示。

圖3 D和Pe與Pt的關(guān)系(Rj=Rt)

對于語音通信，當(dāng)取Rj=0.5Rt時，fb(50 Hz≤fb≤3 000)與語音清晰度、可懂度D的關(guān)系如圖4所示。

圖4 D與fb的關(guān)系(Rj=Rt)

對于數(shù)字通信，主要考慮傳輸速率與信噪比之間的關(guān)系，可通過香農(nóng)公式進行定性分析：

c=b·log2(1+S/N)

(8)

當(dāng)頻帶寬度B一定時，信噪比S/N與理論最大傳輸速率C之間按對數(shù)關(guān)系變化，即當(dāng)信道受到干擾信噪比變小時，理論最大傳輸速率也隨之變小。

4 短波通信抗干擾對策

通信偵察是通信干擾的情報保障和支援手段，在平時和實施干擾前尋找并監(jiān)視對方無線電信號，進行分析識別，獲取技術(shù)情報，為實施干擾做準(zhǔn)備；在實施干擾的過程中監(jiān)視對方信號并檢查干擾效果，引導(dǎo)干擾機進行干擾[2]。因此，在組織短波通信抗干擾時，可采取通信抗干擾技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)方法，綜合運用通信防偵察和抗干擾措施，以增強艦艇短波通信系統(tǒng)的抗干擾能力。

4.1 采用通信抗干擾技術(shù)

4.1.1 擴頻技術(shù)

擴頻通信中最常用的2種為直接序列擴頻(DS-SS)和跳頻擴頻(FH-SS)。

直接序列擴頻通信是指在發(fā)射端用偽隨機擴頻碼將待傳輸信息擴展為寬帶信號進行傳輸，在接收端利用相應(yīng)手段將其壓縮恢復(fù)，從而獲取傳輸信息的通信。由于接收機對DS-SS信號再次與原擴頻偽隨機序列進行波形相乘而還原出信息碼序列，干擾信號則被接收機本地偽隨機碼波形相乘后而擴頻，只有很小部分干擾信號能量能進入接收機中頻窄帶濾波器，絕大部分干擾能量被抑制掉了。DS-SS信號頻譜密度很低，具有低截獲、難偵收等優(yōu)點。

跳頻技術(shù)是軍事通信抗干擾技術(shù)中應(yīng)用最廣泛最有效的措施之一，其原理是收發(fā)雙方的載波頻率隨偽碼的變化而同步跳變。跳頻信號載波頻率在很寬的頻帶內(nèi)跳變，使干擾方難以跟瞄，但其瞬時帶寬同定頻一樣。跳頻通信跳頻信號的頻譜已被擴展，頻譜密度很小，即使有部分頻點被干擾，信號不會造成嚴(yán)重畸變，仍能在其他未被干擾的頻點上進行正常的通信。

DS/FH混合擴頻體制是目前應(yīng)用較多的一種綜合擴頻技術(shù)。DS/FH能獲得較大的處理增益，大大提高通信抗干擾能力；既發(fā)揮DS信號的低截獲、高隱蔽性優(yōu)點，又發(fā)揮了跳頻的全部優(yōu)點，克服了遠(yuǎn)近效應(yīng)、多徑效應(yīng)、同臺干擾等缺點。

4.1.2 猝發(fā)傳輸技術(shù)

猝發(fā)通信是首先將正常速率的信息存貯起來，然后在某瞬間以10～100倍或更高于正常速率的速度猝發(fā)；接收機則是將信息記錄下來后，按正常速率恢復(fù)出原信號。猝發(fā)通信具有隨機性和短暫性，是一種有效的抗干擾措施，主要分為兩類：一類是同步數(shù)字信息猝發(fā)裝置，它是直接將數(shù)字信息發(fā)送出去，具有高的數(shù)傳速率；另一類是調(diào)制式數(shù)字信息猝發(fā)裝置，發(fā)送時先將數(shù)字信號進行頻移鍵控(FSK)調(diào)制，變成相應(yīng)的2個或多個單音音頻信號發(fā)送出去，這種裝置數(shù)傳速率較低，但結(jié)構(gòu)簡單。

4.1.3 自適應(yīng)技術(shù)

(1) 自適應(yīng)天線技術(shù)

由式(7)可知，增大qrt值可增強短波通信抗干擾能力。自適應(yīng)調(diào)零天線是采用空間信號處理技術(shù)，通過控制相控陣天線單元的距離和天線電流的相位，使天線方向圖的波瓣零點對準(zhǔn)干擾方向，而使最大方向主波束對準(zhǔn)接收信號方向，其本質(zhì)是一種自動調(diào)節(jié)天線方向圖的空間濾波器。所以，自適應(yīng)天線具有很強的抗干擾能力，能有效對抗不同形式的干擾，如寬帶干擾、窄帶干擾、同頻干擾、鄰道干擾。

(2) 自適應(yīng)功率控制技術(shù)

由式(7)可知，增大Pt值可增強短波通信抗干擾能力。功率自適應(yīng)控制是根據(jù)干擾信號電平的高低來調(diào)整發(fā)射機的輸出功率，使輸出信號電平隨干擾信號電平變化而變化，這樣既節(jié)省信號功率，又能壓制干擾信號，同時降低對友鄰電臺的干擾。

(3) 自適應(yīng)信道選擇技術(shù)

自適應(yīng)信道選擇技術(shù)同自適應(yīng)跳頻技術(shù)相類似，是實時監(jiān)測信道特性和質(zhì)量，及時準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)敵對方施放的電子干擾種類和特性，迅速采取相應(yīng)的抗干擾措施；或者遇到干擾時，自動切換到最佳信道或次最佳信道上繼續(xù)進行通信。

4.2 采取通信抗干擾戰(zhàn)術(shù)

4.2.1 防敵通信偵察戰(zhàn)術(shù)措施

(1) 無線電屏障

無線電通信屏障，就是利用自然干擾或已方通信干擾信號，使己方無線電信號靠近或隱藏在無線電噪聲中，使敵難以有效實施通信偵察。

(2) 無線電佯動

組織無線電佯動，建立無線電佯動網(wǎng)，是反敵無線電通信偵察的重要措施[3]。例如，為保障我主要作戰(zhàn)方向的主要無線電通信網(wǎng)(專)正常工作，可在次要方向設(shè)置佯動臺，建立無線電佯動網(wǎng)；在敵容易捕捉到的頻率上出現(xiàn)、頻繁聯(lián)絡(luò)、發(fā)假電報、假信號，并適時改頻，制造假象，迷惑牽制敵人。

(3) 無線電靜默

分為單向靜默和全面靜默，即在規(guī)定的時間和空間內(nèi)，禁止無線電臺發(fā)信，通常結(jié)合無線電佯動，實現(xiàn)防敵通信偵察、隱蔽艦艇行動的目的。在實施無線電靜默期間，可采用視覺手段達(dá)成近距離通信。

(4) 控制發(fā)射功率

由式(4)可知，在敵偵察接收機靈敏度一定的情況下，大功率信號傳播距離遠(yuǎn)，容易被敵偵察、測定。因此，在不影響通信效果的前提下，應(yīng)盡量減小發(fā)射機功率，防止敵方電子偵察。

(5) 縮短發(fā)信時間

應(yīng)盡量減少報量、縮短報文，廣泛采用無線電信號通信，簡化聯(lián)絡(luò)手續(xù)、短呼叫、短勤務(wù)會話、短工作，減少電臺開機數(shù)量和次數(shù),采用快速通信設(shè)備快速傳輸信號；提高報務(wù)員技能，快速收發(fā)無線電報、電話，將帶有信息內(nèi)容的無線電波在空中暴露的時間減少到最低程度。

4.2.2 反敵通信干擾戰(zhàn)術(shù)措施

(1) 驅(qū)離干擾平臺

由圖1可知，當(dāng)敵干擾平臺與我接收機距離增大時，干擾效果將明顯變?nèi)?。因此可使用軟硬結(jié)合的對抗方式，通過驅(qū)離敵干擾平臺以增加干擾機與我接收機間距離，或直接摧毀敵方干擾平臺，實現(xiàn)短波抗干擾通信，降低敵方通信干擾效果。

(2) 縮短收發(fā)距離

由圖2可知，當(dāng)我通信收發(fā)距離變小時，受干擾情況將明顯減弱。因此，在滿足作戰(zhàn)要求的情況下，可通過調(diào)整艦艇陣位以縮短我通信發(fā)射機與接收機間距離，降低敵方對我實施的通信干擾程度，改善短波通信效果；如果滿足通信時限要求，也可采取設(shè)置通信中繼平臺，間接縮短通信距離，通過轉(zhuǎn)信方式達(dá)成短波抗干擾通信。

(3) 加大發(fā)信功率

由式(7)可知，增大通信發(fā)射功率可改善通信效果，降低通信干擾程度，但通過對圖3的分析可知，其效果只是在一定范圍內(nèi)比較明顯。同時還應(yīng)注意到，采用大功率通信使我方電磁暴露的幾率增大，易遭敵火力攻擊。

(4) 優(yōu)選工作方式

由圖4可知，當(dāng)敵采取阻塞干擾時，接收機通頻帶寬對語音可懂度的影響較大，當(dāng)接收機帶寬增加時，語音可懂度迅速下降。因此，在傳輸信息量要求不大的情況下，可改變工作方式，選擇窄帶通信模式以減小接收機通頻帶寬，降低敵方通信干擾效果。

(5) 合理調(diào)整速率

由式(8)可知，在接收機通頻帶寬一定的情況下，當(dāng)短波信道受到干擾，信噪比下降。此時，可通過降低信息速率的方式，改善短波通信數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。

5 結(jié)束語

隨著通信干擾技術(shù)的不斷發(fā)展，為實現(xiàn)通信抗干擾目的，艦艇短波通信應(yīng)充分發(fā)揮抗干擾裝備優(yōu) 勢，同時靈活運用抗干擾戰(zhàn)術(shù)措施，兼顧通信防偵察和抗干擾兩個方面，確保艦艇短波通信聯(lián)絡(luò)暢通。

[1] 邵國培，曹志耀，何俊,等.電子對抗作戰(zhàn)效能分析[M].北京:解放軍出版社，1998.

[2] 王紅星，曹建平.通信偵察與干擾技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出版社，2005.

[3] 張海勇.未來高技術(shù)戰(zhàn)爭海上聯(lián)合編隊通信網(wǎng)的保密措施[J].艦船電子工程，2000(3):45-47.

Analysis on Anti-jamming of Short Wave Communication in Warships

MA Qian

(Dalian Naval Academy,Dalian 116018，China)

This paper briefly describes the problems faced by short wave communication in surface warships,based on analyzing the jamming modes,studies the anti-jamming model of short wave communication,and puts forward the methods of anti-jamming,which is of important meaning for enhancing the anti-jamming capacity of short wave communication and keeping warship communication free.

warship communication;short wave communication;anti-jamming

2015-04-18

TN975

A

CN32-1413(2015)04-0021-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.04.006