梁濤

摘 要： 無線通信是戰(zhàn)時的主要信息傳輸手段，其在復雜電磁環(huán)境下的生存能力直接決定了交戰(zhàn)雙方的信息可靠傳送能力。因此，為了奪取戰(zhàn)時的信息優(yōu)勢，提高基于信息系統的體系作戰(zhàn)能力，干擾技術和抗干擾技術成為了世界各軍事強國通信技術的研究重點。首先介紹軍用無線通信主要干擾手段的概念、原理、特點等，其次介紹針對目前干擾手段的主要抗干擾技術，最后以Link?16戰(zhàn)術數據鏈為例，對目前軍用無線通信抗干擾技術進行了分析。

關鍵詞： 跳頻； 擴頻； 干擾/抗干擾； 抗干擾容限

中圖分類號： TN914.4?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）11?0038?05

Research on jamming and anti?jamming technologies in military wireless communication

LIANG Tao

（Naval Equipment Procurement Center， Beijing 100071， China）

Abstract： Since wireless communication is the main information transmission method in war， its viability in complex electromagnetic environment decides the ability of reliable information transmission directly. To capture information superiority in war and improve system fighting capability based on information system， jamming and anti?jamming technologies become the research emphasis of all military powers in the world. In this paper， the conception， principle and characteristics of jamming methods in military wireless communication are introduced， and also the main anti?jamming technologies are presented. The current anti?jamming technologies in military wireless communication are analyzed with the example of Link?16 tactical data link.

Keywords： frequency hopping； spectrum spread； jamming/anti?jamming； anti?jamming tolerance

軍用無線通信系統的生存能力主要表現在抗干擾、反偵察、抗截獲和抗摧毀等方面。戰(zhàn)時任何信息的傳輸以及信息系統與武器平臺之間的交鏈都離不開無線通信，如果沒有通信，就失去了指揮能力，制信息權已然成為戰(zhàn)爭雙方關注的焦點。從廣義通信抗干擾的角度出發(fā)，抗干擾技術可分為擴展頻譜（Spread Spectrum）技術和非擴展頻譜技術。擴譜抗干擾體制主要包括直接序列擴頻、跳頻擴頻、跳時擴譜以及它們的多種組合形式（稱為混合擴譜）。非擴譜抗干擾技術主要包括信道編碼、高效調制、自適應濾波、自適應功率控制、分集接收等常規(guī)波形技術。本文主要針對擴譜抗干擾技術及相應的干擾手段進行總結與分析。

1 軍用無線通信主要干擾手段

1.1 跳頻通信干擾手段

1.1.1 跟蹤式干擾

跟蹤干擾的基本原理是通過一定方式（偵測或破譯跳頻）獲取對方的跳頻頻率，在對方進行跳頻通信的瞬間施放相同頻率的干擾信號，力求覆蓋對方跳頻序列的每個跳頻頻率。跟蹤式干擾一般分為波形跟蹤式干擾、引導跟蹤式干擾和轉發(fā)跟蹤式干擾[1]。各種跟蹤式干擾原理示意圖見圖1。

波形跟蹤干擾首先需要破譯對方的跳頻圖案，然后根據對方跳頻圖案的跳變規(guī)律同步施放窄帶干擾，力求在時域與頻域都與被干擾方的每一跳通信信號重合，實現準確的跟蹤干擾。引導式跟蹤干擾則不需獲取對方的跳頻圖案，僅需要進行實時偵察，一旦發(fā)現對方的通信信號出現在某個頻率上，立即引導干擾機在該頻率實施干擾。其優(yōu)點是無需進行跳頻圖案破譯，但其偵察與干擾動作均需要在同一個跳頻點內完成，需要較高的反應度。轉發(fā)式跟蹤干擾同樣無需破譯跳頻圖案，其僅需要接收對方的跳頻信號，然后進行加噪處理，再發(fā)送出去，實現對跳頻通信的干擾。

1.1.2 阻塞式干擾

阻塞式干擾是一種寬帶式干擾方式，無需知道對方的跳頻規(guī)律，僅需在對方通信頻率范圍內，以高功率覆蓋其全部或部分跳頻頻率，從而實施干擾。阻塞式干擾一般分為寬帶或部分頻段阻塞干擾、梳狀阻塞干擾、跳變碰撞阻塞干擾和掃頻碰撞阻塞干擾[2]，見圖2～圖5。

寬帶或部分頻段阻塞干擾首先需要偵察對方通信的最高和最低頻率，獲取其通信頻段信息，然后對其全部或部分通信頻段進行高功率壓制干擾。梳狀阻塞式干擾需要在已知對方通信頻段和跳頻中心頻點間隔，根據其中心頻率間隔對全部或部分頻點進行窄帶梳狀式干擾。

跳變碰撞阻塞干擾在已知對方跳頻頻段的基礎上，在全部或部分頻段內實施高速的偽隨機跳頻干擾，以達到對跳頻通信產生碰撞干擾的效果。掃頻碰撞阻塞干擾與跳變碰撞阻塞干擾類似，但其不是通過偽隨機跳頻進行干擾的，而是按照對方的跳頻頻率間隔，從低頻到高頻不斷進行跳變掃頻，從而實施碰撞干擾。

1.2 擴頻通信干擾手段

1.2.1 非相關干擾

非相關干擾主要包括窄帶瞄準干擾和寬帶阻塞干擾兩類。由于其工程實現簡單，使用方便，在實際裝備中較多地采用非相關干擾的方式，但需要以干擾機的數量和干擾功率為代價，對擴頻通信系統進行壓制干擾。采用窄帶瞄準式干擾擴頻通信系統，雖然其干擾頻段可以與擴頻系統相同，但由于干擾序列與擴頻序列相關性較差，接收端可以對干擾信號進行限幅或陷波處理，然后進行擴頻相關接收，僅有一小部分干擾信號的能量會進入接收通道，因此干擾效果較差。但當干擾機離被干擾對象較近或干擾功率足夠大時，可以強行阻塞擴頻系統接收機，可以達到較好的非相關干擾的效果。同樣，寬帶阻塞式干擾也需要有足夠大的干擾功率時，才能對擴頻通信系統進行壓制干擾。

1.2.2 相關干擾

相關干擾主要包括波形瞄準式干擾（波形重合干擾）和波形相關干擾兩種，前者屬于瞄準式干擾，后者屬于阻塞式干擾。相關干擾的干擾效果較好，但由于其需要有效地偵測破譯對方的擴頻碼，難度較大。波形瞄準式干擾首先需要偵察破譯被干擾對象的擴頻碼，然后在相應頻段內釋放干擾。這種干擾方式要求干擾信號的載頻、帶寬、時域碼序列均與被干擾對象有極高的相關度，從而進行有效的擴頻干擾，優(yōu)點是不需要太大的干擾功率即可獲得較好的干擾效果。波形相關干擾的基本原理是用一個與被干擾對象多個擴頻碼序列都有較好互相關性的干擾序列，對其進行干擾。這種方式的好處在于可以進行一對多的干擾，并且無需準確獲取對方的擴頻序列，只需要知道其基本類型即可實施干擾。

2 軍用無線通信主要抗干擾技術

2.1 跳頻抗干擾技術

2.1.1 抗跟蹤式干擾

（1） 提高跳頻組網及戰(zhàn)術使用能力

跳頻組網有兩個主要作用：

① 可以提高跳頻通信的反偵察能力。通過正確的跳頻組網方式，干擾方難以將時頻交錯的跳頻頻率集與各跳頻子網的跳頻圖案進行對比分析，可以有效地提高敵方破譯我方跳頻圖案的難度，從而提高了跳頻通信的抗跟蹤干擾的能力。

② 提高跳頻組網的路由中繼能力。當干擾方對我方某一條或幾條通信鏈路實施了干擾時，利用跳頻組網的路由中繼功能選擇其他可用鏈路進行通信。除了正確組網運用以外，還有一些戰(zhàn)術運用手段，如跳頻佯動、頻率優(yōu)化設置等。

（2） 提高跳頻速率或變速跳頻

當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行對抗了，即降低跳頻駐留時間，提高跳頻速率。當跳頻速率高于敵方跟蹤干擾機的最高速度時，就可以有效地抵抗敵方跟蹤式干擾，此時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，尤其對于點對點的跳頻通信系統，其跳頻速率若低于安全跳速，則會被敵方實施跟蹤式干擾。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；即跳頻頻點的駐留時間隨時間推移呈非線性偽隨機變化，這樣可以有效地提高敵方偵察破譯跳頻圖案的難度，使敵方無法進行波形跟蹤式干擾。

（3） 提高跳頻圖案的技術性能和使用水平

這是一種對抗雙方在圖案域的較量，主要是針對波形跟蹤時干擾而言的。從技術上，要求跳頻圖案算法復雜度高、重復周期長、無小周期循環(huán)、隨機性和均勻性好、具有寬間隔跳頻能力、具有多組不同的算法，以及具有算法和跳頻密鑰靈活應用的能力。

從使用上，首先要正確設置、運用和區(qū)分訓練跳頻圖案和作戰(zhàn)跳頻圖案，并且作戰(zhàn)跳頻圖案應采用多種算法。另外，使用者應能根據不同跳頻設備的跳頻組網要求和作戰(zhàn)任務，以及不同的作戰(zhàn)時節(jié)合理分配和使用作戰(zhàn)跳頻圖案及跳頻密鑰，并且能根據戰(zhàn)場電磁干擾情況實時更換，以增大敵方戰(zhàn)時破譯跳頻圖案的難度。

2.1.2 抗阻塞式干擾

（1） 空閑信道搜索技術

空閑信道搜索技術的基本原理是在通信之前對待用頻率進行頻段掃描，檢測各跳頻頻點上是否存在干擾，如無干擾，則保留使用該頻點，如檢測有干擾，則將該頻點剔除。將檢測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行跳頻通信。當阻塞式干擾使得系統無法正常工作時，跳頻通信系統將重新進行空閑信道搜索，重復之前的過程，尋找干擾較小的頻率子集進行通信。但FCS技術有明顯的不足之處：實時性差，掃描時間較長；系統的穩(wěn)定性差，當遇到敵方有意干擾時，可能會出現“乒乓切換”效應。

（2） 實時頻率自適應跳頻技術

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，導致了敵方可實現“三分之一頻率數”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。

實時頻率自適應技術的基本原理是在通信過程中實時偵察通信頻率的被干擾情況，實時刪除被干擾的跳頻頻點，保持通信雙方在無干擾的頻率子集內進行跳頻通信。其與空閑信道搜索技術的區(qū)別在于，實時頻率自適應技術主要用于跳頻通信過程中進行抗干擾躲避，而空閑信道搜索技術是在通信前將干擾頻率剔除，保持通信頻率子集無干擾。若將兩種技術相結合，會使系統具有更好的抗阻塞式干擾的性能。

（3） 頻域、時域二維處理技術

阻塞式干擾在時域、頻域上都是固定的，或在一段時間內是固定的，稱為固定阻塞干擾。實際中，還存在頻域上的固定、時域上的不固定或時域上固定、頻域上不固定或時域、頻域都不固定的阻塞式干擾，即動態(tài)阻塞干擾，比如敵方的掃描式阻塞干擾和隨機跳頻碰撞阻塞干擾等。僅靠頻域一維處理已力不從心了，應考慮在頻域、時域二維空間上進行聯合檢測和處理，不僅在頻域上檢測干擾信號特性以及做相應的處理，還要檢測干擾信號存在的時間信息，以提供準確的干擾信息。實際上，這是一種通信方的電子支援措施，若將這種技術與實時頻率自適應跳頻技術相結合，可以較好地抵抗通信過程中的動態(tài)阻塞干擾，并且可以把固定阻塞式干擾視為動態(tài)阻塞式干擾的一種特殊情況。

（4） 自動更換頻率表技術

當跳頻通信系統被敵方阻塞式干擾到僅剩極少的頻率可用時，跳頻通信系統的通信能力已經達到了崩潰的邊緣，此時應該采取自動更換頻率表技術，以提高跳頻通信系統的生存能力。其基本原理是根據頻率資源的可用情況，在當前跳頻頻率表被嚴重干擾時，通信雙方自動切換到同一張新的跳頻頻率表上繼續(xù)進行通信。實際上，這種方法是實時頻率自適應技術的一種延伸擴展，在具體工程實踐中需要考慮以下問題：

① 設定合適的切換門限，即只有在跳頻系統達到崩潰極限時才進行頻率表切換。

② 同步切換，為保證通信雙方的通信不中斷，需要進行同步切換。

2.2 擴頻抗干擾技術

2.2.1 抗非相關干擾

（1） 自適應窄帶濾波、陷波

在實際工程中，帶內的非相關窄帶干擾有時是固定的，有時是隨時間變化的。為此，需要在接收機前端擴展的頻段內對窄帶干擾實現實時的自適應濾波。由于此時通信信號頻譜寬于干擾信號，對帶內干擾的濾除實際上表現為對干擾的陷波。為了達到這一目的需要解決三方面的技術問題：一是濾波器帶內的陷波頻點要隨著干擾頻點的變化而變化，而且要有濾除多個干擾頻點的能力。二是要求濾波器在干擾頻點處有陡直的陷波特性，以減少有用信號能量的損失。三是如何對帶內的快速掃描干擾，此時需要自適應濾波器具有更快的反應能力。窄帶干擾對解擴性能的影響見圖6。

（2） 抗寬帶非相關干擾技術

對于寬帶非相關干擾，自適應窄帶濾波就很難發(fā)揮作用，如果使用多個窄帶濾波器拼接，會損失較多的信號能量?？梢圆扇∫韵麓胧?/p>

① 限幅措施，以對付干擾功率較大的寬帶非相關干擾，降低干擾的幅度，防止擴頻接收機被推向飽和；

② 適當降低信息速率和增大擴頻處理增益，利用增加信息比特的能量和擴頻系統對非相關干擾的“反擴頻”作用，減少干擾的影響；

③ 增大功率硬抗，以提高擴頻接收機的接收信干比。

2.2.2 抗相關干擾

（1） 采用變碼擴頻策略

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

國外研究人員從不同角度提出了另一種跳碼方式，稱之為自編碼擴頻。其基本原理是利用前[n]個信碼比特作為第[n+1]個信碼的擴頻碼來進行擴頻調制，利用信息碼流的隨機性保證擴頻碼的隨機性，并且每隔一個信息碼元改變一次偽碼。進一步的分析表明，盡管這種技術具有明顯的優(yōu)越性，但還存在一些需要研究和解決的問題。

（2） 其他抗相關干擾措施

針對擴頻相關干擾的特點，還有其他一些措施可以采用，主要有：

① 適當增加碼長及處理增益。無論時固定偽碼擴頻還是跳碼擴頻，增加碼長都有利于增加碼型被識別的難度。

② 提高偽碼的自相關性，降低偽碼的互相關性。提高擴頻偽碼的自相關性，一方面可以使得敵方在偵察時很難找到與之匹配的碼字；另一方面，敵方在進行相關干擾時，只要碼字自相關特性有一點偏離，則擴頻通信接收機即可以將干擾信號作為非相關信號進行擴展處理，相關干擾效果大大下降。

③ 加大功率硬抗。在敵我雙方裝備技術性能一定的條件下，加大功率硬抗是所能采取的最后措施。

3 Link?16跳/擴頻抗干擾技術分析

目前，軍用無線通信基本均以跳/擴頻為基礎進行抗干擾設計，下面對Link?16戰(zhàn)術數據鏈的跳/擴頻原理、跳/擴頻增益性能以及其抗干擾容限進行了分析。

3.1 Link?16跳頻技術及其性能分析

Link?16采用了增加可用跳頻頻率數及高速跳頻的方式進行跳頻抗干擾設計。Link?16傳輸信息的載頻是從960～1 215 MHz頻段內（除去IFF頻段）共51個頻點上偽隨機選取，這種偽隨機的選取是由網絡號和傳輸加密變量控制的[3]。Link?16采用TDMA的多址接入方式，每個時隙長度為7.812 5 ms，由粗同步段（16個脈沖）、精同步段（4個脈沖）和數據段（109個脈沖）組成，每個脈沖持續(xù)13 μs，如圖7所示[4]。

圖7中，6.4 μs用于脈沖信號發(fā)射，6.6 μs用于脈沖間頻率變換及功放切換；因此，其跳頻速率可以達到76 923 次/s。Link?16采用寬頻帶高速跳頻技術，使敵方很難進行跟蹤捕獲發(fā)射信號頻率，極大地提升了系統抗干擾能力。其跳頻處理增益計算方法如下[5]：

[Gp=10log2（Na）+10log2（k） dB]

式中：[Na]為實際跳頻頻點個數；[k]為修正因子，[k=ΔfminB，][Δfmin]為相鄰跳頻頻點中心頻率間隔，[B]為每個跳頻頻點的調制帶寬。Link?16中心頻點間隔為3 MHz，調制帶寬為7.5 MHz，可以算出其跳頻增益為：

[Gp=10log2（51）+10log2（37.5）=13.09 dB]

3.2 Link?16擴頻技術及其性能分析

Link?16采用直接序列擴頻（CCSK調制）技術來對信息序列進行偽隨機擴展，以此生成Link?16脈沖波形。在發(fā)射端，經編碼和交織后的待傳輸信息以5 b為一組作為一個字符，與32 b偽隨機序列進行CCSK調制。表1給出了循環(huán)碼移鍵控（CCSK）的碼字序列[6]。

數據鏈終端接收機在本地生成一個相同的32 b偽隨機序列，使其在時間上做循環(huán)移位，并與接收到的CCSK調制后的碼序列做相關處理。由于CCSK偽隨機序列的自相關性，其與自身做相關時，會產生較大的相關峰，而與其他序列作相關時，相關輸出會很小，CCSK的自相關性和互相關性如圖8、圖9所示。以此來檢測CCSK調制信號所承載的原始信息。經過CCSK調制后，發(fā)射信號的頻譜將會展寬，每個碼片上的能量隨著降低，而接收端能通過相關處理來檢測出相應的偽隨機序列，排除不相關干擾能量，以提升系統的抗干擾能力。

擴頻增益定義為擴頻信號射頻帶寬與傳輸的信息帶寬的比值，或為偽隨機碼[Rc]與信息速率[Ra]的比值，也即擴頻系統的擴頻倍數。因此，可以得出Link?16系統CCSK直擴增益為[6]：

[Gp=10log2（偽碼速率基帶數字信息比特率）=10log2（325）=8.06 dB]

3.3 Link?16擴頻技術及其性能分析

抗干擾容限是指在保證系統正常工作的條件下，接收機能夠承受的干擾信號比有用信號高出的分貝數。干擾容限直接反映了系統接收機可能抵抗的極限干擾強度，即只有當干擾機的干擾功率超過干擾容限后，才能對系統形成干擾[7]。因而，干擾容限往往比處理增益能更確切地反映系統的抗干擾能力。其計算方法如下所示：

[Mj=Gp-[Ls+（SN）0] dB]

式中：[Gp]為跳/擴頻為系統帶來的增益之和；[Ls]為系統內部損耗，一般為1～3 dB，這里取2.5 dB；[（SN）0]為系統正常工作時要求的最小輸入信噪比，即解調器的輸入信噪比，考慮信道編碼帶來的增益，解調器所需的最小輸入信噪比一般在2.8 dB左右，會因不同編解碼算法而有所不同。可以計算出Link?16系統的抗干擾容限為：[Mj=]13.09+8.06-[2.5+2.8]=15.85 dB。

4 結 語

現代戰(zhàn)爭已經由單平臺的機械對抗轉變?yōu)橐跃W絡為中心的信息對抗，無線通信干擾技術與抗干擾技術是交戰(zhàn)雙方互相博弈的一對關鍵要素，取得制信息權就意味著掌握了戰(zhàn)場的主動權，如何在戰(zhàn)時復雜的電磁環(huán)境下保證軍用無線通信系統的生存性已經成為了決定戰(zhàn)爭勝負的關鍵因素之一。總之，認真研究干擾與抗干擾技術對我國的軍用無線通信、指揮控制以及全軍的信息網絡的建設均至關重要。

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