军用无线通信干扰与抗干扰技术研究

梁涛

摘 要： 无线通信是战时的主要信息传输手段，其在复杂电磁环境下的生存能力直接决定了交战双方的信息可靠传送能力。因此，为了夺取战时的信息优势，提高基于信息系统的体系作战能力，干扰技术和抗干扰技术成为了世界各军事强国通信技术的研究重点。首先介绍军用无线通信主要干扰手段的概念、原理、特点等，其次介绍针对目前干扰手段的主要抗干扰技术，最后以Link?16战术数据链为例，对目前军用无线通信抗干扰技术进行了分析。

关键词： 跳频； 扩频； 干扰/抗干扰； 抗干扰容限

中图分类号： TN914.4?34 文献标识码： A 文章编号： 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

军用无线通信系统的生存能力主要表现在抗干扰、反侦察、抗截获和抗摧毁等方面。战时任何信息的传输以及信息系统与武器平台之间的交链都离不开无线通信，如果没有通信，就失去了指挥能力，制信息权已然成为战争双方关注的焦点。从广义通信抗干扰的角度出发，抗干扰技术可分为扩展频谱（Spread Spectrum）技术和非扩展频谱技术。扩谱抗干扰体制主要包括直接序列扩频、跳频扩频、跳时扩谱以及它们的多种组合形式（称为混合扩谱）。非扩谱抗干扰技术主要包括信道编码、高效调制、自适应滤波、自适应功率控制、分集接收等常规波形技术。本文主要针对扩谱抗干扰技术及相应的干扰手段进行总结与分析。

1 军用无线通信主要干扰手段

1.1 跳频通信干扰手段

1.1.1 跟踪式干扰

跟踪干扰的基本原理是通过一定方式（侦测或破译跳频）获取对方的跳频频率，在对方进行跳频通信的瞬间施放相同频率的干扰信号，力求覆盖对方跳频序列的每个跳频频率。跟踪式干扰一般分为波形跟踪式干扰、引导跟踪式干扰和转发跟踪式干扰[1]。各种跟踪式干扰原理示意图见图1。

波形跟踪干扰首先需要破译对方的跳频图案，然后根据对方跳频图案的跳变规律同步施放窄带干扰，力求在时域与频域都与被干扰方的每一跳通信信号重合，实现准确的跟踪干扰。引导式跟踪干扰则不需获取对方的跳频图案，仅需要进行实时侦察，一旦发现对方的通信信号出现在某个频率上，立即引导干扰机在该频率实施干扰。其优点是无需进行跳频图案破译，但其侦察与干扰动作均需要在同一个跳频点内完成，需要较高的反应度。转发式跟踪干扰同样无需破译跳频图案，其仅需要接收对方的跳频信号，然后进行加噪处理，再发送出去，实现对跳频通信的干扰。

1.1.2 阻塞式干扰

阻塞式干扰是一种宽带式干扰方式，无需知道对方的跳频规律，仅需在对方通信频率范围内，以高功率覆盖其全部或部分跳频频率，从而实施干扰。阻塞式干扰一般分为宽带或部分频段阻塞干扰、梳状阻塞干扰、跳变碰撞阻塞干扰和扫频碰撞阻塞干扰[2]，见图2～图5。

宽带或部分频段阻塞干扰首先需要侦察对方通信的最高和最低频率，获取其通信频段信息，然后对其全部或部分通信频段进行高功率压制干扰。梳状阻塞式干扰需要在已知对方通信频段和跳频中心频点间隔，根据其中心频率间隔对全部或部分频点进行窄带梳状式干扰。

跳变碰撞阻塞干扰在已知对方跳频频段的基础上，在全部或部分频段内实施高速的伪随机跳频干扰，以达到对跳频通信产生碰撞干扰的效果。扫频碰撞阻塞干扰与跳变碰撞阻塞干扰类似，但其不是通过伪随机跳频进行干扰的，而是按照对方的跳频频率间隔，从低频到高频不断进行跳变扫频，从而实施碰撞干扰。

1.2 扩频通信干扰手段

1.2.1 非相关干扰

非相关干扰主要包括窄带瞄准干扰和宽带阻塞干扰两类。由于其工程实现简单，使用方便，在实际装备中较多地采用非相关干扰的方式，但需要以干扰机的数量和干扰功率为代价，对扩频通信系统进行压制干扰。采用窄带瞄准式干扰扩频通信系统，虽然其干扰频段可以与扩频系统相同，但由于干扰序列与扩频序列相关性较差，接收端可以对干扰信号进行限幅或陷波处理，然后进行扩频相关接收，仅有一小部分干扰信号的能量会进入接收通道，因此干扰效果较差。但当干扰机离被干扰对象较近或干扰功率足够大时，可以强行阻塞扩频系统接收机，可以达到较好的非相关干扰的效果。同样，宽带阻塞式干扰也需要有足够大的干扰功率时，才能对扩频通信系统进行压制干扰。

1.2.2 相关干扰

相关干扰主要包括波形瞄准式干扰（波形重合干扰）和波形相关干扰两种，前者属于瞄准式干扰，后者属于阻塞式干扰。相关干扰的干扰效果较好，但由于其需要有效地侦测破译对方的扩频码，难度较大。波形瞄准式干扰首先需要侦察破译被干扰对象的扩频码，然后在相应频段内释放干扰。这种干扰方式要求干扰信号的载频、带宽、时域码序列均与被干扰对象有极高的相关度，从而进行有效的扩频干扰，优点是不需要太大的干扰功率即可获得较好的干扰效果。波形相关干扰的基本原理是用一个与被干扰对象多个扩频码序列都有较好互相关性的干扰序列，对其进行干扰。这种方式的好处在于可以进行一对多的干扰，并且无需准确获取对方的扩频序列，只需要知道其基本类型即可实施干扰。

2 军用无线通信主要抗干扰技术

2.1 跳频抗干扰技术

2.1.1 抗跟踪式干扰

（1） 提高跳频组网及战术使用能力

跳频组网有两个主要作用：

① 可以提高跳频通信的反侦察能力。通过正确的跳频组网方式，干扰方难以将时频交错的跳频频率集与各跳频子网的跳频图案进行对比分析，可以有效地提高敌方破译我方跳频图案的难度，从而提高了跳频通信的抗跟踪干扰的能力。

② 提高跳频组网的路由中继能力。当干扰方对我方某一条或几条通信链路实施了干扰时，利用跳频组网的路由中继功能选择其他可用链路进行通信。除了正确组网运用以外，还有一些战术运用手段，如跳频佯动、频率优化设置等。

（2） 提高跳频速率或变速跳频

当跳频图案已被敌方破译获取的情况下，仍想保持跳频通信的抗干扰特性就只能在速度域与干扰方进行对抗了，即降低跳频驻留时间，提高跳频速率。当跳频速率高于敌方跟踪干扰机的最高速度时，就可以有效地抵抗敌方跟踪式干扰，此时的跳速定义为安全跳速。跳频速率越高，抗跟踪式干扰的能力就越强，尤其对于点对点的跳频通信系统，其跳频速率若低于安全跳速，则会被敌方实施跟踪式干扰。另外，可以采用变速率跳频策略，这同样可以抵抗敌方跟踪式干扰；即跳频频点的驻留时间随时间推移呈非线性伪随机变化，这样可以有效地提高敌方侦察破译跳频图案的难度，使敌方无法进行波形跟踪式干扰。

（3） 提高跳频图案的技术性能和使用水平

这是一种对抗双方在图案域的较量，主要是针对波形跟踪时干扰而言的。从技术上，要求跳频图案算法复杂度高、重复周期长、无小周期循环、随机性和均匀性好、具有宽间隔跳频能力、具有多组不同的算法，以及具有算法和跳频密钥灵活应用的能力。

从使用上，首先要正确设置、运用和区分训练跳频图案和作战跳频图案，并且作战跳频图案应采用多种算法。另外，使用者应能根据不同跳频设备的跳频组网要求和作战任务，以及不同的作战时节合理分配和使用作战跳频图案及跳频密钥，并且能根据战场电磁干扰情况实时更换，以增大敌方战时破译跳频图案的难度。

2.1.2 抗阻塞式干扰

（1） 空闲信道搜索技术

空闲信道搜索技术的基本原理是在通信之前对待用频率进行频段扫描，检测各跳频频点上是否存在干扰，如无干扰，则保留使用该频点，如检测有干扰，则将该频点剔除。将检测过的频段组成新的无干扰或干扰较小的跳频频率集，通信双方在新频率集上进行跳频通信。当阻塞式干扰使得系统无法正常工作时，跳频通信系统将重新进行空闲信道搜索，重复之前的过程，寻找干扰较小的频率子集进行通信。但FCS技术有明显的不足之处：实时性差，扫描时间较长；系统的稳定性差，当遇到敌方有意干扰时，可能会出现“乒乓切换”效应。

（2） 实时频率自适应跳频技术

在跳频处理增益一定的条件下，干扰容限一般在频率集的三分之一左右，导致了敌方可实现“三分之一频率数”干扰策略，这是目前制约常规跳频抗阻塞干扰能力的重要瓶颈。

实时频率自适应技术的基本原理是在通信过程中实时侦察通信频率的被干扰情况，实时删除被干扰的跳频频点，保持通信双方在无干扰的频率子集内进行跳频通信。其与空闲信道搜索技术的区别在于，实时频率自适应技术主要用于跳频通信过程中进行抗干扰躲避，而空闲信道搜索技术是在通信前将干扰频率剔除，保持通信频率子集无干扰。若将两种技术相结合，会使系统具有更好的抗阻塞式干扰的性能。

（3） 频域、时域二维处理技术

阻塞式干扰在时域、频域上都是固定的，或在一段时间内是固定的，称为固定阻塞干扰。实际中，还存在频域上的固定、时域上的不固定或时域上固定、频域上不固定或时域、频域都不固定的阻塞式干扰，即动态阻塞干扰，比如敌方的扫描式阻塞干扰和随机跳频碰撞阻塞干扰等。仅靠频域一维处理已力不从心了，应考虑在频域、时域二维空间上进行联合检测和处理，不仅在频域上检测干扰信号特性以及做相应的处理，还要检测干扰信号存在的时间信息，以提供准确的干扰信息。实际上，这是一种通信方的电子支援措施，若将这种技术与实时频率自适应跳频技术相结合，可以较好地抵抗通信过程中的动态阻塞干扰，并且可以把固定阻塞式干扰视为动态阻塞式干扰的一种特殊情况。

（4） 自动更换频率表技术

当跳频通信系统被敌方阻塞式干扰到仅剩极少的频率可用时，跳频通信系统的通信能力已经达到了崩溃的边缘，此时应该采取自动更换频率表技术，以提高跳频通信系统的生存能力。其基本原理是根据频率资源的可用情况，在当前跳频频率表被严重干扰时，通信双方自动切换到同一张新的跳频频率表上继续进行通信。实际上，这种方法是实时频率自适应技术的一种延伸扩展，在具体工程实践中需要考虑以下问题：

① 设定合适的切换门限，即只有在跳频系统达到崩溃极限时才进行频率表切换。

② 同步切换，为保证通信双方的通信不中断，需要进行同步切换。

2.2 扩频抗干扰技术

2.2.1 抗非相关干扰

（1） 自适应窄带滤波、陷波

在实际工程中，带内的非相关窄带干扰有时是固定的，有时是随时间变化的。为此，需要在接收机前端扩展的频段内对窄带干扰实现实时的自适应滤波。由于此时通信信号频谱宽于干扰信号，对带内干扰的滤除实际上表现为对干扰的陷波。为了达到这一目的需要解决三方面的技术问题：一是滤波器带内的陷波频点要随着干扰频点的变化而变化，而且要有滤除多个干扰频点的能力。二是要求滤波器在干扰频点处有陡直的陷波特性，以减少有用信号能量的损失。三是如何对带内的快速扫描干扰，此时需要自适应滤波器具有更快的反应能力。窄带干扰对解扩性能的影响见图6。

（2） 抗宽带非相关干扰技术

对于宽带非相关干扰，自适应窄带滤波就很难发挥作用，如果使用多个窄带滤波器拼接，会损失较多的信号能量。可以采取以下措施：

① 限幅措施，以对付干扰功率较大的宽带非相关干扰，降低干扰的幅度，防止扩频接收机被推向饱和；

② 适当降低信息速率和增大扩频处理增益，利用增加信息比特的能量和扩频系统对非相关干扰的“反扩频”作用，减少干扰的影响；

③ 增大功率硬抗，以提高扩频接收机的接收信干比。

2.2.2 抗相关干扰

（1） 采用变码扩频策略

实现扩频相关干扰的前提是对扩频信号的有效侦察，而目前对扩频信号的侦察体制基本上是建立在时间累积的基础上的，所以扩频抗相关干扰的前提是有效的反侦察，其切入点是尽可能缩短单次连续通信的时间，使侦察方无法通过时间累积的方法提高侦察接收机的输出信噪比。为此，采用变码扩频的策略，可以打破侦察方基于时间累积的侦察体制，即在通信过程中扩频码型能够按照某种规律自动变换，甚至码型跳变，以增加码型识别的难度。

国外研究人员从不同角度提出了另一种跳码方式，称之为自编码扩频。其基本原理是利用前[n]个信码比特作为第[n+1]个信码的扩频码来进行扩频调制，利用信息码流的随机性保证扩频码的随机性，并且每隔一个信息码元改变一次伪码。进一步的分析表明，尽管这种技术具有明显的优越性，但还存在一些需要研究和解决的问题。

（2） 其他抗相关干扰措施

针对扩频相关干扰的特点，还有其他一些措施可以采用，主要有：

① 适当增加码长及处理增益。无论时固定伪码扩频还是跳码扩频，增加码长都有利于增加码型被识别的难度。

② 提高伪码的自相关性，降低伪码的互相关性。提高扩频伪码的自相关性，一方面可以使得敌方在侦察时很难找到与之匹配的码字；另一方面，敌方在进行相关干扰时，只要码字自相关特性有一点偏离，则扩频通信接收机即可以将干扰信号作为非相关信号进行扩展处理，相关干扰效果大大下降。

③ 加大功率硬抗。在敌我双方装备技术性能一定的条件下，加大功率硬抗是所能采取的最后措施。

3 Link?16跳/扩频抗干扰技术分析

目前，军用无线通信基本均以跳/扩频为基础进行抗干扰设计，下面对Link?16战术数据链的跳/扩频原理、跳/扩频增益性能以及其抗干扰容限进行了分析。

3.1 Link?16跳频技术及其性能分析

Link?16采用了增加可用跳频频率数及高速跳频的方式进行跳频抗干扰设计。Link?16传输信息的载频是从960～1 215 MHz频段内（除去IFF频段）共51个频点上伪随机选取，这种伪随机的选取是由网络号和传输加密变量控制的[3]。Link?16采用TDMA的多址接入方式，每个时隙长度为7.812 5 ms，由粗同步段（16个脉冲）、精同步段（4个脉冲）和数据段（109个脉冲）组成，每个脉冲持续13 μs，如图7所示[4]。

图7中，6.4 μs用于脉冲信号发射，6.6 μs用于脉冲间频率变换及功放切换；因此，其跳频速率可以达到76 923 次/s。Link?16采用宽频带高速跳频技术，使敌方很难进行跟踪捕获发射信号频率，极大地提升了系统抗干扰能力。其跳频处理增益计算方法如下[5]：

[Gp=10log2（Na）+10log2（k） dB]

式中：[Na]为实际跳频频点个数；[k]为修正因子，[k=ΔfminB，][Δfmin]为相邻跳频频点中心频率间隔，[B]为每个跳频频点的调制带宽。Link?16中心频点间隔为3 MHz，调制带宽为7.5 MHz，可以算出其跳频增益为：

[Gp=10log2（51）+10log2（37.5）=13.09 dB]

3.2 Link?16扩频技术及其性能分析

Link?16采用直接序列扩频（CCSK调制）技术来对信息序列进行伪随机扩展，以此生成Link?16脉冲波形。在发射端，经编码和交织后的待传输信息以5 b为一组作为一个字符，与32 b伪随机序列进行CCSK调制。表1给出了循环码移键控（CCSK）的码字序列[6]。

数据链终端接收机在本地生成一个相同的32 b伪随机序列，使其在时间上做循环移位，并与接收到的CCSK调制后的码序列做相关处理。由于CCSK伪随机序列的自相关性，其与自身做相关时，会产生较大的相关峰，而与其他序列作相关时，相关输出会很小，CCSK的自相关性和互相关性如图8、图9所示。以此来检测CCSK调制信号所承载的原始信息。经过CCSK调制后，发射信号的频谱将会展宽，每个码片上的能量随着降低，而接收端能通过相关处理来检测出相应的伪随机序列，排除不相关干扰能量，以提升系统的抗干扰能力。

扩频增益定义为扩频信号射频带宽与传输的信息带宽的比值，或为伪随机码[Rc]与信息速率[Ra]的比值，也即扩频系统的扩频倍数。因此，可以得出Link?16系统CCSK直扩增益为[6]：

[Gp=10log2（伪码速率基带数字信息比特率）=10log2（325）=8.06 dB]

3.3 Link?16扩频技术及其性能分析

抗干扰容限是指在保证系统正常工作的条件下，接收机能够承受的干扰信号比有用信号高出的分贝数。干扰容限直接反映了系统接收机可能抵抗的极限干扰强度，即只有当干扰机的干扰功率超过干扰容限后，才能对系统形成干扰[7]。因而，干扰容限往往比处理增益能更确切地反映系统的抗干扰能力。其计算方法如下所示：

[Mj=Gp-[Ls+（SN）0] dB]

式中：[Gp]为跳/扩频为系统带来的增益之和；[Ls]为系统内部损耗，一般为1～3 dB，这里取2.5 dB；[（SN）0]为系统正常工作时要求的最小输入信噪比，即解调器的输入信噪比，考虑信道编码带来的增益，解调器所需的最小输入信噪比一般在2.8 dB左右，会因不同编解码算法而有所不同。可以计算出Link?16系统的抗干扰容限为：[Mj=]13.09+8.06-[2.5+2.8]=15.85 dB。

4 结 语

现代战争已经由单平台的机械对抗转变为以网络为中心的信息对抗，无线通信干扰技术与抗干扰技术是交战双方互相博弈的一对关键要素，取得制信息权就意味着掌握了战场的主动权，如何在战时复杂的电磁环境下保证军用无线通信系统的生存性已经成为了决定战争胜负的关键因素之一。总之，认真研究干扰与抗干扰技术对我国的军用无线通信、指挥控制以及全军的信息网络的建设均至关重要。

参考文献

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