一种加密的弹载通信干扰机部分频带干扰信号*

张 杰 邵海霞

（1.陆军炮兵防空兵学院研究生大队二队 合肥 230031）（2.解放军31441部队 沈阳 110001）

1 引言

通信干扰弹是用常规火炮、火箭炮发射，以弹药作为运载工具，将干扰机快速运载到敌目标区域，完成通信干扰任务的特种炮弹。其简要工作流程图如图1所示［1］。

图1 留空式干扰弹简要工作过程

由于弹丸体积小且高速飞行，敌方无法拦截，突防能力和生存能力强，和同类干扰装备相比，便于大量装备使用，并且无人操作，可避免人员伤亡，符合现代战争理念［1～3］。

但是随着反干扰技术手段的日益进步和更新，截获干扰信号并分析信号特征，从而调整通信策略避其“干扰锋芒”已成为敌通信设备的必然选择，因此研究和设计一种加密的弹载通信干扰信号，防止被敌获取情报信息显得尤为重要。

由于欺骗式干扰是通过模拟敌方的通信信号来欺骗对方，它的有效性主要取决于战术上的运用，一般来说，欺骗干扰较难获得成功，它要求干扰信号与敌通信信号要及其相似，需要充分掌握敌通信电台的技术和战术特点、通联规律等资料，为了获得更好的效果，有时还需要其它兵种的协同。对于采用密码技术的通信系统，实现欺骗干扰比较困难，这里只讨论压制式干扰信号［4～5］。

2 弹载通信干扰信号

弹载通信干扰机要想达到预期的干扰效果，干扰种类至关重要。干扰种类包括干扰方式和干扰样式［6］，其中干扰方式包括瞄准式干扰、阻塞式干扰、扫频式干扰等；干扰样式分为噪声调频干扰、噪声调幅干扰、噪声双边带干扰等。与传统通信干扰机不同，弹载通信干扰机干扰种类的选取必须严格遵守以下要求。

1）干扰功率的限制：弹载通信干扰机的发射功率不是越大越好，寸土寸金的弹载空间无法满足大功率发射要求；

2）反应时间：对于瞄准式干扰来说，要想完成对目标的干扰，从瞄准式干扰中的引导接收机截获到目标信号开始到干扰机发射出干扰的这段时间越短越好，尤其是对干扰跳频电台来说，反应时间不能超过每一跳的驻留时间的1/2，否则干扰无效；如果弹载通信干扰机采用瞄准式干扰的话，时间和精度上无法保证，实现难度较大。

3）频率范围及干扰带宽应可调整，以便适应对不同频段干扰的需要，同时干扰频谱中各干扰分量的能量应尽可能相等，各干扰分量的频率间隔应与所干扰频段内信号的信道间隔相匹配。

本文以阻塞式干扰为例进行讨论。阻塞式干扰有全频段干扰、梳妆干扰、多音干扰三种模式，信号频谱如图2～4所示。

图2 全频段干扰信号频谱

图3 梳状干扰信号频谱

本文以多音干扰信号为例，详细说明弹载通信干扰信号的加密过程。

3 弹载通信干扰信号加密过程

弹载通信干扰信号加密原理框图如图5所示。

图4 多音干扰信号频谱

图5 干扰信号的加密流程

加密方法选用混沌加密，是基于离散混沌映射的加密系统 Logistic映射［7～8］。Logistic 映射被公认为是能体现混沌特点的最简单的离散混沌系统映射，它来源于对人口增长模型的研究，表达式为x(n+1)=f(x(n))=μ·x(n)·(1-x(n))，x(n)∈[0，1]，其中，x(n)、x(n+1)为Logistic映射的状态值，μ为系统参数。

图6 logistic映射分岔图

图6绘出了当x在［0，1］之间取值，μ在［2.8，3.99］之间取值时Logistic映射分岔图，当μ=3.569945672时，进入混沌状态。因此将Logistic映射应用于保密通信时，通常将初始状态值和参数μ作为密钥。混沌加密方案的具体流程如下。

在伪混沌位序列产生方法上，采取不同μ值、不同初始状态值的两个不同Logistic混沌映射进行迭代，先让它们分别初始迭代m、n次（m≠n），再同时迭代，通过动态比较两个映射每次迭代的状态值，产生二进制伪混沌序列。具体算法是：

1）在区间［3.57，4］中，选择两个不同的μ值，分别作为两个映射参数；

2）在区间［0，1］中，选择两个不同的实数，分别作为两个映射迭代的初始状态值；

3）在区间［50，100］中，选择两个不同的整数m、n，分别作为两个映射的初始迭代次数。两个映射先分别迭代m和n次，得到两个状态值xm和yn，然后再开始同时迭代，每次迭代后，比较两个映射的状态值。如果两个映射分别表示为f1和f2，如果f1(xm)＞f2(yn)，产生二进制位‘1'；否则，产生二进制位‘0'。如此类推，形成伪混沌二进制位序列；

4）读入明文信息，对每一个明文信息位，依据第3）步算法，将两个映射迭代，比较每次迭代后的状态值，产生二进制位0或1，并与明文信息位进行模2加运算，实现加密。该操作一直持续到将所有明文信息位加密完为止。

由于μ、初始状态值、初始迭代次数皆可选择，因此，即使明文信息中出现重复字符，加密后也会产生不同的密文。不同μ值、不同初始状态值以及不同的初始迭代次数的组合大大地减少了周期窗口出现的几率，提升了伪混沌二进制位序列的不可预测性，扩大密钥空间的同时提高了算法安全性。

图7 混沌加密流程设计

为了进一步提高保密性能，本方案每次加密前可自行设置密码，方案依据特定的算法，根据密码生成μ值、初始状态值以及初始迭代次数值，达到“一次一密”的效果。

加密程序设计流程如图7所示。

4 弹载通信干扰信号加密演示

弹载通信干扰信号加密程序如下（这里的初始干扰信号通过采集声音片段［9～10］生成）：

第一步：采集声音片段，并进行保存。

%采集5秒声音片段

fs=8000；

Data=1：64；Data=（Data'*Data）/64；

uiwait（msgbox（'开始采集'，'采集'，'custom'，Data，hot（64）））；

y=audiorecorder（fs，16，1）；

recordblocking（y，5）；

myRecording=getaudiodata（y）；

audiowrite （'*********JammingSignal_Encrypions.wav'，myRecording，fs）；%存储路径

msgbox（'采集结束'，'采集'，'custom'，Data，hot（64））；

第二步：选取合适的采样率，对采集信号进行采样，并对其进行FFT变换，画出其波形图与频谱图［11］。

第三步：将原始干扰信号扩大1000倍并取整，将原始干扰信号记录值变为十进制整数，为将其转化为二进制做准备。该步骤对原始干扰信号放大并取整，使其丢失了部分原始数据，同时放大了噪声，最终使得待处理干扰信号部分失真，听起来比原干扰信号模糊。

第四步：编写带符号十进制数转二进制函数以及将二进制表示为有符号十进制数，并调用该函数将上一步得到的干扰信号转化为二进制，为加密做准备。

第五步：设置初值，即密码，然后利用logistic算法，产生加密文段。

第六步：将产生的加密文段与待处理干扰信号进行模2和得到加密干扰信号，并生成加密干扰信号的波形图与FFT图。

第七步：播放原始干扰信号、加密干扰信号，并将它们进行对比。

在Matlab GUI平台下［12］设计弹载通信干扰信号加密演示界面，如图8所示。

图8 弹载通信干扰信号加密演示界面

本文假设密钥 k1=0.3；u1=3.7；k2=0.6；u2=3.9。加密前后的信号频谱、信号波形如图9～11所示。

图9 原始干扰信号波形频谱

图10 预处理干扰信号波形频谱

5 结语

通过试听，对比原始干扰信号和加密干扰信号，加密干扰信号完全听不清，只是听到一片嘈杂声。但是加密的同时，也增加了信号功率，给弹载干扰器件带来了一定负担。因此对弹载通信干扰来说，需要结合实际弹载条件，兼顾低功耗和干扰信号的加密是下一步研究的重点。

图11 加密干扰信号波形频谱