軍用無線通信干擾和抗干擾技術(shù)分析

杜子亮，王英民

(西北工業(yè)大學(xué) 航海學(xué)院，西安 710072)

0 引 言

在以信息化和網(wǎng)絡(luò)中心化為核心的現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，軍用無線通信能夠高效、穩(wěn)定、可靠地分發(fā)與共享情報(bào)、態(tài)勢(shì)、指控、協(xié)同等信息。將戰(zhàn)場(chǎng)上的不同平臺(tái)聯(lián)通為一個(gè)作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)體系作戰(zhàn)，對(duì)于制信息權(quán)的奪取具有重要意義。然而，戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境日益復(fù)雜和嚴(yán)峻，干擾技術(shù)越來越自動(dòng)化、智能化和多維化。如果己方通信系統(tǒng)沒有很強(qiáng)的抗干擾能力，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中極易被壓制，難以或無法進(jìn)行信息傳輸。本文就軍用無線通信干擾和抗干擾技術(shù)開展分析研究。

1 軍用無線通信系統(tǒng)

軍用通信系統(tǒng)能夠有效保證信息傳遞的安全,其有效性主要表現(xiàn)在干擾與抗干擾技術(shù)的強(qiáng)弱上，要具有較強(qiáng)的通信信號(hào)偵收、識(shí)別、處理、干擾能力，還要能保證己方通信信號(hào)能應(yīng)對(duì)敵復(fù)雜多變的干擾樣式。這是當(dāng)前信息化戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)軍用無線通信系統(tǒng)的客觀要求。軍用無線通信系統(tǒng)能夠保證信號(hào)穩(wěn)定，持續(xù)、安全、穩(wěn)定地為部隊(duì)作戰(zhàn)提供通信支撐，不斷深化通信技術(shù)創(chuàng)新研究，在干擾和抗干擾的技術(shù)體制上領(lǐng)先才能在未來不斷變化的信息化戰(zhàn)場(chǎng)新形勢(shì)中生存下來。

2 軍用無線通信干擾和抗干擾的重要意義

軍用無線通信技術(shù)是在特定的條件下所形成的具有特殊能力的一種技術(shù)，與民用通信相比技術(shù)性和專業(yè)性明顯增強(qiáng)。軍用無線通信是應(yīng)用在作戰(zhàn)的環(huán)境中，客觀要求其必須具有較強(qiáng)的保密性才能夠保證通信的安全性。由于軍用通信技術(shù)的發(fā)展較為迅速，加之范圍較廣，所以針對(duì)軍用通信形成多種相關(guān)技術(shù)，主要有通信干擾技術(shù)與抗干擾技術(shù)。干擾技術(shù)可以劃分為跟蹤式干擾和阻塞式干擾，而抗干擾技術(shù)一般分為跳頻反干擾和擴(kuò)頻反干擾。軍用通信對(duì)抗偵察、抗截獲的研究主要是由于軍用通訊技術(shù)在軍事活動(dòng)中需要隱蔽作戰(zhàn)企圖，提升軍事作戰(zhàn)的隱蔽性和突然性，顯著增強(qiáng)作戰(zhàn)能力。從對(duì)抗角度來看，強(qiáng)化通信干擾技術(shù)能保證對(duì)敵通信的壓制干擾，降低敵方作戰(zhàn)能力。提高通信抗干擾技術(shù)才能在作戰(zhàn)的過程中防止因技術(shù)不夠嚴(yán)謹(jǐn)造成的信息泄露的問題。

3 軍用無線通信干擾技術(shù)的分析

軍用無線通信干擾技術(shù)主要分為跟蹤式干擾和阻塞式干擾。采用通信偵查技術(shù)能夠測(cè)量對(duì)手的通信信號(hào)，與對(duì)手的通信頻率保持一致，從而起到干擾作用。通信干擾技術(shù)的應(yīng)用在一定程度上能夠破壞敵方信息傳輸，擾亂其正常指揮。

3.1 跟蹤式干擾

跟蹤式干擾在進(jìn)行偵測(cè)敵方通信信號(hào)基礎(chǔ)上發(fā)射與對(duì)手通信頻率相同的信號(hào)，對(duì)其造成干擾。如果干擾信號(hào)足夠強(qiáng)，在一定程度上能夠與對(duì)手的信號(hào)頻率相重合，最終實(shí)現(xiàn)信號(hào)全面覆蓋。為此，軍事上采用跳頻干擾技術(shù)具有一定的重要作用，能夠降低對(duì)通信系統(tǒng)的干擾。跟蹤式干擾技術(shù)分為3種類型，即波形、引導(dǎo)和轉(zhuǎn)發(fā)，其中最為常用的是引導(dǎo)式追蹤干擾。引導(dǎo)式追蹤干擾在使用時(shí)較為簡(jiǎn)單，只需要對(duì)外部信號(hào)頻率進(jìn)行偵測(cè)，同時(shí)還要保證偵測(cè)的頻率，要保證信號(hào)信息的及時(shí)性才能對(duì)出現(xiàn)的外部信息頻率進(jìn)行干擾。采用引導(dǎo)式追蹤的主要優(yōu)點(diǎn)是無需再利用將跳頻圖對(duì)敵方信號(hào)頻率進(jìn)行破解。雖然干擾方式簡(jiǎn)單，但需要進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，同時(shí)還要保證干擾的頻率與外部出現(xiàn)的信號(hào)頻率的跳頻點(diǎn)一致，才能實(shí)現(xiàn)干擾。這就需要軍事干擾工作人員具有較強(qiáng)的反應(yīng)能力。波形跟蹤干擾技術(shù)就是利用跳頻圖案，通過對(duì)圖案的破解才能對(duì)外部出現(xiàn)的信號(hào)頻率進(jìn)行干擾，最終達(dá)到干擾敵方通信目的。

3.2 阻塞式干擾

阻塞式干擾主要通過對(duì)敵方通信信號(hào)進(jìn)行全頻段覆蓋，發(fā)射干擾信號(hào)。這種干擾方式在一定程度上具有較大的優(yōu)勢(shì)。在無法準(zhǔn)確得知外部信號(hào)頻率的跳頻規(guī)律時(shí)可以采用阻塞干擾，實(shí)現(xiàn)外部頻率信號(hào)干擾目的。阻塞式干擾在使用的過程中可以分為多種類型，其中最為常用的是寬帶阻塞干擾。同時(shí)，還要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)于外部信號(hào)的干擾選擇適合的干擾技術(shù)。在對(duì)信號(hào)頻率進(jìn)行偵測(cè)的基礎(chǔ)上，還可以運(yùn)用兩種或者多種以上的干擾技術(shù)才能夠進(jìn)一步提高對(duì)敵方通信信號(hào)的阻礙作用。

4 軍用無線通信主要抗干擾技術(shù)

4.1 跳頻抗干擾技術(shù)

4.1.1 抗跟蹤式干擾

(1) 提高跳頻組網(wǎng)及戰(zhàn)術(shù)使用能力

跳頻組網(wǎng)有兩個(gè)主要作用：① 可以提高跳頻通信的反偵察能力。通過正確的跳頻組網(wǎng)方式，干擾方難以將時(shí)頻交錯(cuò)的跳頻頻率集與各跳頻子網(wǎng)的跳頻圖案進(jìn)行對(duì)比分析，可以有效地提高敵方破譯我方跳頻圖案的難度，從而提高跳頻通信的抗跟蹤干擾的能力；② 提高跳頻組網(wǎng)的路由中繼能力。當(dāng)干擾方對(duì)我方某一條或幾條通信鏈路實(shí)施干擾時(shí)，利用跳頻組網(wǎng)的路由中繼功能選擇其他可用鏈路進(jìn)行通信。除了正確組網(wǎng)運(yùn)用以外，還有一些戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用手段，如跳頻佯動(dòng)、頻率優(yōu)化設(shè)置等。

(2) 跳頻速率或變速跳頻

當(dāng)跳頻圖案已被敵方破譯獲取的情況下，仍想保持跳頻通信的抗干擾特性就只能在速度域與干擾方進(jìn)行對(duì)抗了，即降低跳頻駐留時(shí)間，提高跳頻速率。當(dāng)跳頻速率高于敵方跟蹤干擾機(jī)的最高速度時(shí)，就可以有效地抵抗敵方跟蹤式干擾，此時(shí)的跳速定義為安全跳速。跳頻速率越高，抗跟蹤式干擾的能力就越強(qiáng)，尤其對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的跳頻通信系統(tǒng)，其跳頻速率若低于安全跳速則會(huì)被敵方實(shí)施跟蹤式干擾。另外，可以采用變速率跳頻策略，這同樣可以抵抗敵方跟蹤式干擾，即跳頻頻點(diǎn)的駐留時(shí)間隨時(shí)間推移呈非線性偽隨機(jī)變化。這樣可以有效地提高敵方偵察破譯跳頻圖案的難度，使敵方無法進(jìn)行波形跟蹤式干擾。

(3) 提高跳頻圖案的技術(shù)性能和使用水平

這是一種對(duì)抗雙方在圖案域的較量，主要是針對(duì)波形跟蹤時(shí)干擾而言的。從技術(shù)上，要求跳頻圖案算法復(fù)雜度高、重復(fù)周期長(zhǎng)、無小周期循環(huán)、隨機(jī)性和均勻性好，并具有寬間隔跳頻能力和多組不同的算法，以及具有算法和跳頻密鑰靈活應(yīng)用的能力。從使用上，首先要正確設(shè)置、運(yùn)用和區(qū)分訓(xùn)練跳頻圖案和作戰(zhàn)跳頻圖案，并且作戰(zhàn)跳頻圖案應(yīng)采用多種算法。另外，使用者應(yīng)能根據(jù)不同跳頻設(shè)備的跳頻組網(wǎng)要求和作戰(zhàn)任務(wù)，以及不同的作戰(zhàn)合理分配和使用作戰(zhàn)跳頻圖案及跳頻密鑰，并且能根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)電磁干擾情況實(shí)時(shí)更換，以增大敵方戰(zhàn)時(shí)破譯跳頻圖案的難度。

4.1.2 抗阻塞式干擾

(1) 空閑信道搜索技術(shù)

空閑信道搜索技術(shù)的基本原理是在通信之前對(duì)待用頻率進(jìn)行頻段掃描，檢測(cè)各跳頻頻點(diǎn)上是否存在干擾，如無干擾則保留使用該頻點(diǎn)，如檢測(cè)有干擾則將該頻點(diǎn)剔除。將檢測(cè)過的頻段組成新的無干擾或干擾較小的跳頻頻率集，通信雙方在新頻率集上進(jìn)行跳頻通信。當(dāng)阻塞式干擾使得系統(tǒng)無法正常工作時(shí)，跳頻通信系統(tǒng)將重新進(jìn)行空閑信道搜索，重復(fù)之前的過程，尋找干擾較小的頻率子集進(jìn)行通信。

(2) 實(shí)時(shí)頻率自適應(yīng)跳頻技術(shù)

在跳頻處理增益一定的條件下，干擾容限一般在頻率集的三分之一左右，導(dǎo)致了敵方可實(shí)現(xiàn)“三分之一頻率數(shù)”干擾策略。這是目前制約常規(guī)跳頻抗阻塞干擾能力的重要瓶頸。實(shí)時(shí)頻率自適應(yīng)技術(shù)是在通信過程中實(shí)時(shí)偵察通信頻率的被干擾情況，實(shí)時(shí)刪除被干擾的跳頻頻點(diǎn)，保持通信雙方在無干擾的頻率子集內(nèi)進(jìn)行跳頻通信。實(shí)時(shí)頻率自適應(yīng)技術(shù)主要用于跳頻通信過程中進(jìn)行抗干擾躲避，而空閑信道搜索技術(shù)是在通信前將干擾頻率剔除，保持通信頻率子集無干擾。若將兩種技術(shù)相結(jié)合，會(huì)使系統(tǒng)具有更好的抗阻塞式干擾的性能。

(3) 頻域、時(shí)域二維處理技術(shù)

阻塞式干擾在時(shí)域、頻域上都是固定的，或在一段時(shí)間內(nèi)是固定的。實(shí)際中，還存在頻域上的固定、時(shí)域上的不固定或時(shí)域上固定、頻域上不固定或時(shí)域、頻域都不固定的阻塞式干擾，即動(dòng)態(tài)阻塞干擾，比如敵方的掃描式阻塞干擾和隨機(jī)跳頻碰撞阻塞干擾等。僅靠頻域一維處理已力不從心了，應(yīng)考慮在頻域、時(shí)域二維空間上進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)和處理。不僅在頻域上檢測(cè)干擾信號(hào)特性以及作相應(yīng)的處理，還要檢測(cè)干擾信號(hào)存在的時(shí)間信息，以提供準(zhǔn)確的干擾信息。實(shí)際上，這是一種通信方的電子支援措施。若將這種技術(shù)與實(shí)時(shí)頻率自適應(yīng)跳頻技術(shù)相結(jié)合，可以較好地抵抗通信過程中的動(dòng)態(tài)阻塞干擾，并且可以把固定阻塞式干擾視為動(dòng)態(tài)阻塞式干擾的一種特殊情況。

(4) 自動(dòng)更換頻率表技術(shù)

當(dāng)跳頻通信系統(tǒng)被敵方阻塞式干擾影響到僅剩極少的頻率可用時(shí)，跳頻通信系統(tǒng)的通信能力已經(jīng)達(dá)到了崩潰的邊緣，此時(shí)應(yīng)該采取自動(dòng)更換頻率表技術(shù)，以提高跳頻通信系統(tǒng)的生存能力。其基本原理是根據(jù)頻率資源的可用情況，在當(dāng)前跳頻頻率表被嚴(yán)重干擾時(shí)，通信雙方自動(dòng)切換到同一張新的跳頻頻率表上繼續(xù)進(jìn)行通信。實(shí)際上，這種方法是實(shí)時(shí)頻率自適應(yīng)技術(shù)的一種延伸擴(kuò)展，在具體工程實(shí)踐中需要考慮以下問題：① 設(shè)定合適的切換門限，即只有在跳頻系統(tǒng)達(dá)到崩潰極限時(shí)才進(jìn)行頻率表切換；② 同步切換，為保證通信雙方的通信不中斷，需要進(jìn)行同步切換。

4.2 擴(kuò)頻抗干擾技術(shù)

4.2.1 抗非相關(guān)干擾

(1) 自適應(yīng)窄帶濾波、陷波

在實(shí)際工程中，帶內(nèi)的非相關(guān)窄帶干擾有時(shí)是固定的、有時(shí)是隨時(shí)間變化的。為此，需要在接收機(jī)前端擴(kuò)展的頻段內(nèi)對(duì)窄帶干擾實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的自適應(yīng)濾波。由于此時(shí)通信信號(hào)頻譜寬于干擾信號(hào)，對(duì)帶內(nèi)干擾的濾除實(shí)際上表現(xiàn)為對(duì)干擾的陷波。為了達(dá)到這一目的需要解決3方面的技術(shù)問題：一是濾波器帶內(nèi)的陷波頻點(diǎn)要隨著干擾頻點(diǎn)的變化而變化，而且要有濾除多個(gè)干擾頻點(diǎn)的能力；二是要求濾波器在干擾頻點(diǎn)處有陡直的陷波特性，以減少有用信號(hào)能量的損失；三是如何對(duì)帶內(nèi)的干擾快速掃描，此時(shí)需要自適應(yīng)濾波器具有更快的反應(yīng)能力。

(2) 抗寬帶非相關(guān)干擾技術(shù)

對(duì)于寬帶非相關(guān)干擾，自適應(yīng)窄帶濾波就很難發(fā)揮作用，如果使用多個(gè)窄帶濾波器拼接，會(huì)損失較多的信號(hào)能量。可以采取以下措施：① 限幅措施，以對(duì)付干擾功率較大的寬帶非相關(guān)干擾，降低干擾的幅度，防止擴(kuò)頻接收機(jī)被推向飽和；② 適當(dāng)降低信息速率和增大擴(kuò)頻處理增益，利用增加信息比特的能量和擴(kuò)頻系統(tǒng)對(duì)非相關(guān)干擾的“反擴(kuò)頻”作用，減少干擾的影響；③ 增大功率硬抗，以提高擴(kuò)頻接收機(jī)的接收信干比。

4.2.2 抗相關(guān)干擾

(1) 采用變碼擴(kuò)頻策略

實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻相關(guān)干擾的前提是對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)的有效偵察，而目前對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)的偵察體制基本上是建立在時(shí)間累積的基礎(chǔ)上的。所以，擴(kuò)頻抗相關(guān)干擾的前提是有效的反偵察，其切入點(diǎn)是盡可能縮短單次連續(xù)通信的時(shí)間，使偵察方無法通過時(shí)間累積的方法提高偵察接收機(jī)的輸出信噪比。為此，采用變碼擴(kuò)頻的策略，可以打破偵察方基于時(shí)間累積的偵察體制，即在通信過程中擴(kuò)頻碼型能夠按照某種規(guī)律自動(dòng)變換，甚至碼型跳變，以增加碼型識(shí)別的難度。

國(guó)外研究人員從不同角度提出了另一種跳碼方式，稱之為自編碼擴(kuò)頻。其基本原理是利用前n個(gè)信碼比特作為第n+1個(gè)信碼的擴(kuò)頻碼來進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，利用信息碼流的隨機(jī)性保證擴(kuò)頻碼的隨機(jī)性，并且每隔一個(gè)信息碼元改變一次偽碼。進(jìn)一步的分析表明，盡管這種技術(shù)具有明顯的優(yōu)越性，但還存在一些需要研究和解決的問題。

(2) 其他抗相關(guān)干擾措施

針對(duì)擴(kuò)頻相關(guān)干擾的特點(diǎn)，還有其他一些措施可以采用，主要有：① 適當(dāng)增加碼長(zhǎng)及處理增益。無論是固定偽碼擴(kuò)頻還是跳碼擴(kuò)頻，增加碼長(zhǎng)都有利于增加碼型被識(shí)別的難度。② 提高偽碼的自相關(guān)性，降低偽碼的互相關(guān)性。提高擴(kuò)頻偽碼的自相關(guān)性，一方面可以使得敵方在偵察時(shí)很難找到與之匹配的碼字；另一方面敵方在進(jìn)行相關(guān)干擾時(shí)，只要碼字自相關(guān)特性有一點(diǎn)偏離，則擴(kuò)頻通信接收機(jī)即可將干擾信號(hào)作為非相關(guān)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展處理，相關(guān)干擾效果大大下降。③ 加大功率硬抗。在敵我雙方裝備技術(shù)性能一定的條件下，加大功率硬抗是所能采取的最后措施。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)已經(jīng)由單平臺(tái)的機(jī)械對(duì)抗轉(zhuǎn)變?yōu)橐跃W(wǎng)絡(luò)為中心的信息對(duì)抗。無線通信干擾技術(shù)與抗干擾技術(shù)是交戰(zhàn)雙方互相博弈的一對(duì)關(guān)鍵要素，取得通信時(shí)信息的重要組成部分就意味著掌握了戰(zhàn)場(chǎng)的主動(dòng)權(quán)。如何在戰(zhàn)時(shí)復(fù)雜的電磁環(huán)境下保證軍用無線通信系統(tǒng)的工作效能已經(jīng)成為了決定戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)的關(guān)鍵因素之一。軍事行動(dòng)中進(jìn)一步加強(qiáng)偵察與反偵察的能力，綜合運(yùn)用干擾和抗干擾方法才能夠保證軍用無線通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。