超短波無線通信保密技術的應用分析

錢曉凡

摘 要： 本文討論GOLD序列等不同跳頻序列的性能，基于隊列理論，通過增大跳頻序列線性復雜度，提出了混合混沌映射跳頻序列方法，仿真證明該方法可增加系統(tǒng)的抗預測能力，且跳頻序列的平衡性等性能良好，容易實現(xiàn)，適用于超短波通信系統(tǒng)，基于對無線信道分析，利用訓練系列判決反饋均衡快速信道估算方法，運用混沌序列實現(xiàn)保密通信功能。串聯(lián)結構的混沌擴頻序列容易實現(xiàn)，保密性能優(yōu)異。

關鍵詞： 超短波;跳頻通信;保密技術

超短波通信特點是地面吸收較大，只能靠直線方式傳輸，傳輸距離約50km，應急通信領域是超短波通信重要的應用范圍。隨著航空事業(yè)發(fā)展，對超短波通信技術要求提高，電子戰(zhàn)場形勢嚴峻，自動化通信對抗系統(tǒng)給軍隊保密通信帶來了前所未有的威脅，通信系統(tǒng)必須具有抗干擾等反對抗能力，擴展頻譜是目前技術的發(fā)展方向，包含直序列擴頻、線性調頻等基本類型，跳頻抗干擾技術在各類軍事電臺中得以重用。跳頻通信中跳頻圖案的構成對混沌序列具有重要意義。

1 超短波通信發(fā)展現(xiàn)狀

無線通信在軍事領域中應用極廣，其重大技術突破動力源自軍事市場，其中就包括短波單邊帶通信。而超短波通信以往在海上艦船間使用。隨著航空事業(yè)發(fā)展，軍隊對超短波通信技術性能要求提高，近年來也明確了在軍事通信中的重要地位。

國內外跳頻通信系統(tǒng)中，通信系統(tǒng)達到高度自動化、小型化水平，超短波的戰(zhàn)術通信系統(tǒng)發(fā)展到多頻段通信，具備保密通信等多種功能。超短波戰(zhàn)術跳頻通信領域，英國marconi公司的產品被廣泛認可，其技術水平遙遙領先，用于軍隊使用的產品體現(xiàn)出適合本國的特色且環(huán)境適應性良好。國內的實用型超短波跳頻電臺，在技術層面正不斷追趕著國際先進水平。國內首創(chuàng)的系統(tǒng)控制器、DDS頻率合成器、自適應技術、射頻語音處理技術等獲得國家專利的先進技術，正逐步應用到戰(zhàn)術跳頻系統(tǒng)中[1]。

而國內的一些超短波設備，對于戰(zhàn)術通信而言，性能距現(xiàn)實要求卻有一定差距，產品研制初未對通信協(xié)議統(tǒng)一，缺少系統(tǒng)性、整體化設計，設備跨越頻段互通和兼容性問題未得到解決，品種繁多，裝備不能滿足多兵種協(xié)同作戰(zhàn)要求，同一部門互通困難。

2 跳頻通信發(fā)展現(xiàn)狀

跳頻通信是實現(xiàn)擴頻通信的方式，在軍事通信領域得到廣泛應用。跳頻通信發(fā)展自40年代伊始，由于電子對抗具備的突出優(yōu)點，符合信息戰(zhàn)下對抗要求，跳頻電臺在通信中發(fā)揮突出作用，其跳頻系統(tǒng)超短波電臺跳速500跳/秒，21世紀，跳速每秒幾萬條，今后跳頻系統(tǒng)同步時間縮短，信息被敵方發(fā)現(xiàn)概率低[2]。

跳頻干擾與反干擾相互制約，跳頻通信不怕多頻干擾，截獲敵方跳頻圖案矢量跌價帶來接收方茫然，人們希望縮短跳頻信號駐留時間，要求跳頻系統(tǒng)跳速加快。技術發(fā)展受到元器件等因素制約，跳頻速率未達到5000跳，跳頻通信將向與直接序列擴頻混合使用的方式發(fā)展。通信方式要求解決頻帶擁擠問題，人們考慮到使用跳頻通信來解決，采用新的通信技術為爭取國外市場，移動通信領域急需擴容，跳頻碼分多址技術潛力強大，容量可提高20倍，專家倡導采用跳頻碼分多址技術。

有限通信領域考慮擴建需要巨大投資，跳頻則是通信系統(tǒng)建設的途徑之一。一些要求信息保密的部門，如安全部門等，采用跳頻通信可起到保密信息作用，跳頻通信在軍用通信領域有著廣泛發(fā)展前景，國內外跳頻通信正向高跳速方向發(fā)展，向優(yōu)化跳頻序列方向發(fā)展，向自適應跳頻方向發(fā)展。

3 超短波跳頻通信系統(tǒng)

超短波系統(tǒng)是適用跳頻進行的通信系統(tǒng)。跳頻通信是用二進制偽隨機碼序列去離散地的控制輸出頻率，系統(tǒng)由頻率合成器和偽隨機碼產生器組成，發(fā)射機發(fā)射頻率由控制頻率合成器隨機跳，頻率合成器按相同順序跳變，產生本振頻率，得到固定中頻信號，最終送到解調器恢復出傳輸信息。

跳頻通信系統(tǒng)有抗干擾能力強、保密性強、抗衰弱能力等特點。能在頻點數目足夠多時抗頻帶阻塞式干擾。跳頻系統(tǒng)截波快速跳變難以截獲，截獲的部分頻率也無法推測跳頻系統(tǒng)下一跳的頻點。利用跳頻圖案正交性可構成碼分多址系統(tǒng)。跳頻能抗多徑，因假設達到信號有兩條途徑，折射波到達接收機時，頻率跳到其他頻率不會受折射波干擾。

白噪聲是隨機過程，功率譜在寬頻帶內均勻，具有優(yōu)良的相關特性，只能用具有類似帶限白噪聲統(tǒng)計特性的偽隨機碼信號逼近。載波頻率跳變規(guī)律為跳頻圖案，設計跳頻圖案應考慮使用頻隙集合中的頻隙，集合中兩跳頻圖案發(fā)生頻隙重合次數較少，與平移圖案頻隙重合次數少。跳頻圖案產生電路簡單，有較好的隨機性?？勺冾l合成器為跳頻通信系統(tǒng)的核心，跳頻速率決定系統(tǒng)抗干擾能力，系統(tǒng)可變頻率合成器受到跳頻序列控制，能足夠快的跳頻，使系統(tǒng)躲避外部轉發(fā)性干擾。系統(tǒng)要求頻率合成器輸出頻譜純，頻率轉換時間短，跳頻圖案轉換速度快等[3]。

跳頻系統(tǒng)同步是指收發(fā)頻率的變化規(guī)律相同，通過混頻器提取接收信號載波頻率，同步建立包括捕獲、粗細同步。同步系統(tǒng)設計影響系統(tǒng)性能，涉及系統(tǒng)正常工作，同步建立時間要快，同步信號需具備隱蔽性。跳頻同步是收發(fā)跳頻碼速率與跳頻圖案同步，收端獲得同步信息，常用方法包括獨立信道法、插入特殊碼字同步法、同步字頭法等。

4 超短波保密通信系統(tǒng)

采用簡潔跳頻法，主振器選擇晶體振蕩器，為減弱寄生調幅，調制系數不能過大，發(fā)信機中要用多級倍頻器，提高發(fā)射頻率邊帶功率。超短波頻段可集中參數元件構成調諧回路。發(fā)信機調制載波信號，經變頻成為射頻載波送至功率放大器。典型的調式接收機由高頻放大、變頻、基帶放大等部件構成，為減小干擾，將螺旋式濾波器放在接收機的輸入端，中放后的調頻信號可削去混雜脈沖干擾，用鑒頻器將基帶信號恢復，由載波終端機輸給用戶，將超短波發(fā)射機舊線基帶信號分路還原為二線話音信號。超短波通信利用視距傳播方式，受環(huán)境變化影響較小。天線可用尺寸小的定向天線，使用小功率發(fā)射機，調制方式用調頻制，通信質量較好。

采用跳頻對系統(tǒng)進行仿真[4]，使用混合混沌序列加密，利用數學模型構建收發(fā)端、信道模型框圖。發(fā)射數據速率為30KHz。原始數據進入轉換器，將輸入的二進制序列分為并行雙極性序列。二進制數字為A，B，編碼器選用差分編碼器，要求轉換成的CD與AB產生的QDPSK信號相同。QPKS調制器由實數乘法器組成，跳頻序列發(fā)生器每2MS跳變。信道系統(tǒng)模型建立誤碼率測試模型，人為干擾可根據仿真輸入轉發(fā)性干擾，誤碼率測試則采用BER模塊統(tǒng)計誤碼率。

根據數學模型，構建仿真系統(tǒng)。數字信號產生模塊用于產生信源信號，送入跳頻系統(tǒng)?；煦缧蛄兄腥個信號，通過改變輸入值得到不同頻率的載波。信號檢測部分由誤碼率計算模塊組成，通過示波器觀測波形。跳頻系統(tǒng)模塊包括低通濾波器模塊、解調模塊、傳輸延遲模塊等，采用2FSK調制，調制信號經信道傳輸到達接收端解調，再通過參數相同的2FSK解調模塊解調，使用AWNG信道。

實驗仿真時間設為20S，實值混沌序列轉化過程中，各項特性受限，可通過選擇恰當初值和擾動來避免，這樣也能消除數字化序列特性下降。利用混沌序列跳頻系統(tǒng)，能完成對信號加密工作，證明了該系統(tǒng)的應用可能性，通過仿真的誤碼率為0也可看出該系統(tǒng)通信質量優(yōu)秀。

5 結語

超短波無線通信保密技術因其抗衰落性優(yōu)勢，廣泛應用于通信工作中，超短波通信保密技術在軍事領域也發(fā)揮重要作用，跳頻通信保密及時發(fā)揮傳輸信息作用，維護通信系統(tǒng)安全，為反截取信息工作提供防護措施，未來在多個領域也將更好服務于信息的保密傳輸。

參考文獻：

[1]許偉.超短波無線通信保密技術應用探討[J].通訊世界，2019，26（11）：84-85.

[2]劉杰.論超短波無線通信保密技術[J].數字通信世界，2019（09）：68.

[3]常文武.淺析跳頻通信的關鍵技術[J].硅谷，2010（04）.

[4]張?zhí)焓?超短波無線通信保密技術研究[D].長春理工大學，2009.