一种有效的对直接序列扩频信号干扰技术

2013-10-13李圣安朱秀珍

舰船电子对抗 2013年5期

李圣安，朱秀珍，罗超

（中国电子科技集团公司27所，郑州450047）

0 引言

直接序列扩频（DSSS）通信具有抗干扰能力强、被截获概率低、隐蔽性好、抗多径衰落以及良好的码分多址能力等一系列优点［1］，成为现代信息传输常用的主要通信方式之一，被广泛应用于移动通信、卫星通信、个人通信、测控、导航和雷达等多个军民用领域。

随着DSSS通信技术在军事领域的日益广泛应用，基于现代信息战中“制信息权”的考虑，对DSSS信号的侦察干扰已成为信息化作战的主要内容［2］。现阶段由于干扰检测、抑制、对消和自适应调零等抗干扰技术的发展和应用，使得对DSSS信号的对抗干扰越来越困难，常规的噪声干扰、脉冲干扰和调制干扰等干扰方式对DSSS信号的干扰效能大大降低，如何对具有强抗干扰性的DSSS信号实施高效干扰是信息对抗领域研究的热点。

1 直接序列扩频通信

DSSS通信的原理是：在信息发送端，用高速的伪随机噪声序列码对信号进行扩频调制，将信号频谱扩展到较宽的频段上；在信息接收端采用相同的序列码对接收的信号进行解扩解调，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。通过扩展频谱的相关处理，大大降低了信号的功率谱能量密度，获得高处理增益，使得信号具有很强的隐蔽性和抗干扰能力。DSSS系统的工作原理如图1所示。

以直接序列－二进制相移键控（DS－BPSK）为例，其信号数学模型为：

式中：A为信号幅度；d（t）∈ （－1，1），为信息数据序列；PN（t）∈ （－1，1），为特定长度的扩频码；ω0为载波频率；φ为初始相位。

图1 DSSS系统原理框图

图2 加干扰的DSSS信号解扩前后功率谱示意图

DSSS信号所采用的扩频码序列一般为m序列、GOLD序列或其它非线性序列，这些伪码序列具有尖锐的自相关峰和极低的互相关值。对于干扰信号而言，由于很难做到与目标系统伪随机序列相关，在DSSS系统接收端解扩功能模块的作用下，干扰信号频谱被扩展，相应功率谱密度被降低（如图2所示），大大减少了进入信号通带内的干扰功率，使解调器的输入信噪比和信干比提高，从而提高了系统的抗干扰能力。只有当干扰信号的伪随机码（PN）序列与通信使用的PN序列相同并在相位上完全一致地到达接收机时，扩频系统才会明显地被干扰［3］。所以在目标信号伪码，码型未知的情况下，对其实施有效干扰具有较大难度。

2 干扰技术原理

DSSS通信一般具有较高的处理增益，若采取常规的干扰信号实施压制干扰，到达目标接收端的干扰功率要求足够大，能够抵消目标扩频处理增益，才可达到理想的干扰效果。在目标通信系统采用干扰抵消、自适应调零和自适应滤波等先进抗干扰技术时，一旦干扰信号功率大到一定程度，会被接收系统快速地检测到，并被其采取上述先进技术滤除，为实施对DSSS信号的大功率压制干扰带来较大困难。

以对GPS系统粗捕获（CA）码实施压制干扰为例分析，GPS信号CA码的扩频处理增益为43dB，为达到较好的干扰效果（干信比为3dB），考虑到GPS接收机最小可检测信噪比（假定为8dB），干扰信号到达接收机时其功率要求至少比GPS信号高38dB。这么大功率的干扰信号很容易被先进的GPS接收机检测到，若其采用自适应调零技术，可轻易将该干扰信号在空域滤除，使其干扰失效。

对DSSS信号的相关干扰、欺骗干扰等需要一定的先验知识，在准确检测到目标信号的通信参数、扩频码结构等基础上，才可以引导实施相关干扰、欺骗干扰。转发干扰不需要详细的信号参数，但需要知道其扩频码周期，经适当延迟转发方可达到干扰效果。

转发干扰由于需要转发截获的目标信号，一般需要干扰机采用收发隔离的2个天线同时持续工作，快速地把转发干扰信号辐射出去［4］。同时延迟时间必须严格考虑，延迟时间不当，干扰会变为目标信号的多径效应，或被目标接收端解扩器直接相关掉，有时还需要对待转发的信号进行特定的处理。结合相关干扰和转发干扰的特点，通过对转发延迟干扰的改进，可以达到更高效的干扰，其干扰信号产生原理如图3所示。

图3 对DSSS信号干扰产生原理图

首先对截获的DSSS信号进行一次缓存，要求存储量至少大于1个扩频码周期Tp，作为干扰信号的产生源。将缓存的数据与当前实时接收到的DSSS信号进行相关处理，通过对处理结果提取判决，引导干扰信号产生并适时输出。干扰信号生成的依据是，在与当前接收的信号具有最大相关值时，循环输出缓存区内整数倍扩频码周期的信号作为干扰信号。干扰输出时输入单元可停止工作，大大降低了干扰系统的功耗和收发单元的相互间影响。

图4分别为在信噪比SNR＝0dB和SNR＝－5dB条件下，计算的某DSSS信号缓存数据与其单周期的PN序列相关系数绝对值的示意图，由于缓存数据与PN序列码在某时刻存在较大相关性，可以对应用此PN码扩频的信号产生相关干扰。

图4 缓存数据与单周期PN序列的相关图（SNR＝0dB／－5dB）

由于缓存数据与目标信号扩频码结构相同，为实施对目标信号相关干扰提供基础。将缓存数据与当前接收的信号经相关计算，当两者扩频码同步时，相关系数出现峰值，此时达到最大相关性，即可达到最佳干扰，相关系数的任意两峰值间长度为整数倍扩频码周期。为了使干扰信号长时间有效，需要截取缓存区内n×Tp（n≥1）长度的信号，并持续循环输出。

图5 缓存数据与当前接收信号的相关图（SNR＝0dB／－5dB）

图5分别为在信噪比SNR＝0dB和SNR＝－5dB条件下，计算的某DSSS信号缓存数据与实时接收信号的相关系数绝对值的示意图，图上出现的多个峰值时刻，表明当前时刻接收信号扩频码正好与缓存数据包含的扩频码同步，缓存数据此时可作为有效干扰信号输出。2个峰值间的时间长度为整数倍扩频码周期，截取后循环输出可实施对目标信号的有效干扰。