军事卫星通信抗恶意干扰关键技术研究

李峰



军事卫星通信抗恶意干扰关键技术研究

李峰

32090部队工程师，河北 廊坊 065001

卫星通信作为未来指挥通信和军事信息传递的一种远程通信指挥手段，在高技术战争中的作用越来越明显，同时也易遭到干扰和破坏。简述了军事卫星通信面临的恶意干扰威胁，重点对卫星通信抗干扰的关键技术手段进行了详细阐述，指出了探索基于星地空一体化设计、综合运用多种抗干扰技术是军事卫星通信抗恶意干扰研究的发展方向。

军事卫星通信；抗恶意干扰；关键技术

引言

由于覆盖区域广，能提供稳定、畅通、可靠和大容量的全球通信，卫星通信已成为现代军事战略、战术通信的主要传输手段，在军事通信中有着特别重要的应用价值。未来的战争是复杂电磁环境下的信息化联合作战。军事通信系统面临着自身缺陷、复杂电磁环境和人为恶意干扰，这对信息传输的可靠性和有效性产生一定的影响。因此，深入研究军事通信抗干扰技术，提高它的抗恶意干扰能力，具有重要的现实意义。

1 军事卫星通信面临的恶意干扰威胁

一个卫星通信系统由发端地球站、上行传播路径、卫星转发器、下行传播路径和收端地球站组成。恶意干扰指人为蓄意侵占用户转发器，抢占频点，通过功率掠夺的方式达到大信号压制小信号、占用或干扰转发器的目的。根据卫星通信系统的组成和工作过程，军事卫星通信面临的恶意干扰威胁主要有上行链路干扰、转发器干扰、下行链路干扰、遥控遥测控制指令干扰和卫星通信网信令干扰。这些恶意干扰严重影响了通信的质量，同时还有可能导致信息的泄露。

2 军事卫星通信抗恶意干扰的应对措施及关键技术

抗干扰是指通过对信息、信息载体及传播方式进行特定的处理，提高通信接收端的输出信干比，使其具备区分有用信号和干扰信号的能力，从而正确地接收所需要的信号。

2.1 地面应用抗干扰技术

2.1.1 扩频技术

扩频抗干扰技术包括直接序列扩频技术、跳频扩频技术以及它们的混合技术。直扩是将信号频带变为远大于信息带宽的通信方式。它用伪随机码来产生类似白噪声统计特性的宽带信号。由于其带宽很宽、能量分散、电平较低，因此采用一般的接收方式将不能进行接收。跳频是一种以快速改变频率避开对方截获与干扰的通信体制。为了确保通信中发射机频率不断快速变化，接收机能准确接收到，收发设备的频率变化按照事先约定的伪随机码进行跳变。由于跳频信号以频率的跳变躲避某些频率点上有意和无意的干扰，因此跳频通信具有较强的抗干扰能力。采用扩频技术应注意以下两点：一是利用扩频实现多址通信的多址数目不宜过多，应把扩频处理增益主要用在提高抗干扰能力上；二是由于实现扩频需要占用转发器的较宽频带，因此采用Ka或更高频段较为有利。

2.1.2 高频段通信技术

军用卫星通信正在由X波段向EHF频段发展。EHF频段有较好的抗干扰特性：一是可得到非常宽的工作频带，使扩频技术在极宽的频带内充分使用，极大地提高了抗干扰能力；二是在信息速率不变的情况下，可用冗余比特大、纠错能力强的先进的纠错编码技术及加密技术，既降低了被截获的概率，又提高了抗干扰能力；三是可利用频段宽，易于设置多个应急备用频段，战时出其不意使用，以增强系统反侦察和抗干扰能力；四是天线增益高，方向性强，敌方不易截获；五是天线低仰角时降雨损耗较大，敌方不易跟踪[1]。

2.1.3 先进的差错编码处理技术

卫星通信系统中使用差错编码技术，是以设备的复杂性和增加频带宽度的方式来换取传输性能的提高。高码率、大约束长度、高数据率和VLSI化成为FEC的发展方向。当前卫星通信领域使用的FEC码主要有卷积编码-Viterbi译码、自正交卷积编码门限译码、BCH码、R-S码、卷积序列译码及级联码、TCM编码等。这不仅在信噪比较低的高噪声环境下性能优越，而且具有很强的抗衰落、抗干扰能力。在卫星通信中，采用多种差错编码技术，可以提高系统性能。

2.1.4 智能组网技术

卫星通信系统本身就是许多复杂网络系统的集成。智能组网技术是指卫星通信网系可以自动感知电磁环境，对受干扰程度做出分析判断，实时调整通信系统的网络结构。当系统受到不可抵御的强干扰时，主动关闭某些传输通道，减少系统承载信息量，根据优先级别，优先将重要信息迂回到其他路径进行传输。当干扰分析与识别设备发现干扰消除时，能自动恢复到正常工作状态。目前卫星通信中的网络抗干扰技术主要集中在路由选择协议中，即节点检测到干扰后，通知网络层，路由选择协议根据受干扰节点的状况重新制定路由策略，以避开干扰环境。

2.1.5 宽频搜索认知技术

认知抗干扰卫星通信是在星上转发器或整个卫星的多个转发器频段内实时感知空闲状态及干扰的存在，对卫星通信频谱资源达到有效利用。宽频搜索认知抗干扰技术，要求能够在非常宽的频带内进行实时频谱搜索，然后感知主要用户的干扰和存在，再选可用信道以适当的调制和编码方式通过突发形式来传输信号。在没有干扰的情况下，认知卫星通信用户能够快速搜索信道、快速传输信息。为了对抗干扰，要求在整个超宽带频谱内搜索可用频谱并快速跳变到空闲信道。当检测到干扰时，必须重新感知选择新的可用信道。作为接收方，应快速感知发送方在一次通信过程中重新选择了信道，并切换到新的信道上。在整个感知过程中，都是以实时宽带频谱感知为基础。实时性感知越好，跳选频率越大，被侦察的概率就越小，受干扰的机会就少。

2.1.6 超宽带多域联合跳变猝发技术

卫星通信干扰是干扰方在某一通信域上对通信方实施压制。这个信道一般包括时域、频域、空域，在有效实施干扰时，必须在与被干扰方信号复合或匹配的同时进行能量覆盖。卫星通信所具有的宽频带，使其能够更好地利用多种先进抗干扰技术，并进行多域联合抗干扰[2]。目前，两项较有前景的卫星干扰技术分别是超宽带和猝发技术，采用正交频分复用的多载波多频带（MB-OFDM）系统。根据MB-OFDM特点，采用时域和频域交织工作方式，在每个交织点上可传输一个脉冲，也便于根据各站发射功率和干扰情况，降低或取消某一个或多个子带的发射功率。超宽带实质上是脉冲通信，采用随机方式选择时有很好的隐蔽性和抗截获性，既可以提高隐蔽性和干扰性，又可以提高通信速率，从而提升抗干扰性能。

2.2 星上抗干扰技术

2.2.1 捷变波束通信技术

捷变波束通信是一种跳波束通信技术，通常利用相控阵天线实现波束指向的快速跳变。其原理是利用敌我双方信号在幅度、频谱、编码及空间方位的不同，通过对天线各阵元进行自适应加权处理，自动控制和优化天线的方向图，在来自干扰源的方向上产生深度调零，使信号受到的干扰最小。当处于发射状态时，能产生高增益、低旁瓣电平波束，使卫星信号不容易被敌方截获；当处于接收状态时，能自动将方向图零点对准干扰方向，保证有用信号方向上的增益几乎不受影响，达到存在干扰时卫星能正常工作的目的。因此，在利用通信波束方向性增益的同时，还能大大降低通信被截获的概率，实现通信的隐蔽性。如美国的先进极高频军事卫星采用相控阵捷变波束天线，可以便捷地通过电子手段改变射频波束的指向，使用户之间的波束瞬间跳变。

2.2.2 星上信号处理技术

星上处理技术是避免卫星遭受“侦收下行，干扰上行”这一常见干扰手段的有效方法。处理转发器相对于透明转发器有明显的抗干扰优势。卫星通信的传输性能是由上行和下行载波噪声功率比（C/N）综合决定的。星上处理的作用是将上行链路与下行链路分开，互不干扰，使上行链路的线性动态范围大幅度增加，确保下行链路的射频功放不被推向饱和，可以对干扰加以识别、处理，使其影响减到最小或消除[1]。

星上处理技术主要包括四类：一是对数字信号进行解跳、解扩、解调再生，然后再进行相反的过程，使噪声不会积累；二是在多波束天线之间进行更高级的信号变换和处理，如上行FDMA信号变为下行TDM信号；三是在不同的卫星天线波束之间进行多址/复用转换；四是星上干扰限幅、自动增益控制和自适应干扰对消，如美国的极高频系列卫星通信系统就可以实现星上解调、解跳、再调频等处理功能。星上处理转发器工作时，抗干扰性能随扩频增益线性增加，不存在饱和效应。

2.2.3多输入多输出技术

多输入多输出（MIMO）技术是在通信系统的收发两端，分别安装了多个收发天线，利用空间中的多个传输信道，成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率，同时抑制信道的衰落，是在分集技术基础上发展起来的一个新兴的通信技术。MIMO技术不但能将同一信息通过相对独立的多路途径，通过多发射天线分发，同时还能将分散传输到接收点的多路信号，通过多接收天线有效地接收。通过多副天线提供的多个空间信道，降低了信号电平的衰落幅度，起到了抗干扰作用。

MIMO技术目前有两种：一是使用多天线的空时分组码，即利用空间和时间上的编码，实现空间分集和时间分集，在发射和接收天线给定的情况下能得到最大的分集阶数，并且译码技术简单，从而降低信道误码率，在时域、空域同时实现了抗干扰。二是使用多天线的正交频分复用（OFDM）技术，即将OFDM与MIMO技术相结合，得到一种新的抗干扰技术。MIMO技术无法对频率选择性衰落进行抑制，但OFDM技术的抗频率选择性衰落能力极强。两种技术结合起来，极大地增强了抗干扰能力。

2.3 空间抗干扰技术

2.3.1星间链路技术

星间链路是指在卫星与卫星之间直接进行相互通信和信息传输的链路。用星间链路实现星际通信，使多颗卫星形成卫星群体，各地的地球站则可通过卫星群进行信息传输，使用星间链路可以建立完全独立于地面的卫星系统，这样不仅能实现超远距离通信，而且系统的保密性和安全性都可以大大提高。由于卫星利用各自“看得见”的卫星和星际链路直接通信而不用多跳或经地面“中继”这种易受敌人攻击的方式，使敌方难以发现上行信号。同时可在地面设置几个移动式任务控制站，由于有星际链路，所以任意一个控制站就可以控制整个星群，在主控台发生故障，备用控制台可瞬时接通，提高整个系统的抗干扰和抗毁能力，星间链路一般采用激光或毫米波作为通信手段。

2.3.2空间段转移技术

在战时恶劣的电磁环境下，通信卫星可能因受到强干扰或物理性摧毁而无法正常工作。在卫星失效或被摧毁的情况下，为了保障重要通信节点之间的低限度通信，可以将卫星通信转移到“备份星”或其他军用或民用卫星资源上进行通信（空间段转移），采用该技术能够有效提高卫星通信的抗毁能力。

3 结束语

目前看来，卫星通信抗干扰技术存在着一些自身难以克服的缺陷。比如扩频抗干扰因为重点研究干扰而导致通信容量下降；点波束抗干扰时敌我双方共处于一个窄点波束覆盖时，天线调零干扰使得己方也无法通信；星上处理技术由于无法避免非法用户侵入星上接收天线及射频，会遭到敌方大功率攻击，导致转发器饱和而失效。因此，在继续研究新的抗干扰技术的基础上，基于星地空一体化设计、综合运用多种抗干扰手段是提高军用卫星通信能力的主要努力方向。

[1]姜康林. 外军卫星通信的发展与启示[J]. 空间电子技术，2009（3）：1-6.

Research on Key Technologies of Anti-Malicious Interference in Military Satellite Communication

Li Feng

32090 Force Engineer, Hebei Langfang 065001

Satellite communication, as a means of long-distance communication command for future command communication and military information transmission, is becoming more and more obvious in high-tech warfare, and is also vulnerable to interference and destruction. The paper briefly describes the malicious interference threats faced by military satellite communication, and elaborates on the key technical means of satellite communication anti-interference. It points out that the exploration of satellite-to-ground integrated design and comprehensive application of multiple anti-interference technologies is the development direction of military satellite communication malicious interference research.

military satellite communication; anti-malicious interference; key technology

TN927+.2

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