针对跳频电台的弹载通信干扰机干扰种类的选取与论证∗

2020-07-13杰陈

计算机与数字工程 2020年5期

关键词：干扰机干扰信号信号处理

张杰陈栋

（1.陆军炮兵防空兵学院研究生大队二队合肥 230031）（2.陆军炮兵防空兵学院合肥 230031）

1 引言

弹载式通信干扰机是用常规火炮、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通信装备［1～3］。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

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［4］，其中干扰方式包括欺骗干扰（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［5］）、压制干扰、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，如果仿照车载式通信干扰机的功率指标参数去研制，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［6］，否则干扰无效；如果弹载通信干扰机采用瞄准式干扰的话，无论是软硬件本身发展水平，还是转瞬即逝的炮弹空中飞行时间都是勉为其难的事。

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。

2 传统跳频电台的干扰方式

目前，在军事上，对敌方跳频通信进行干扰要经历侦察（包括定位）、信号处理和干扰三个步骤［7］。

侦察：用侦察接收机侦收对方的通信，确定干扰的目标并判断其方位。目前，美、英、法、俄等国用来对付跳频通信侦察接收机的搜索速度为33.3GHz（VHF频段）、100GHz（UHF频段），这种搜索速度可以对付500跳/秒的跳频电台。

信号处理：针对所要干扰的目标进行频率、信号形式（宝库偶偶调制方式、带宽、信息格式等）、信号功率等分析，估计其跳频速率、跳变时刻、跳频图案等参数，并确定采用何种干扰方式进行干扰（若施放干扰是跟踪式的，还要将干扰频率转换为敌方的工作频率）。侦收和信号处理的时间称为响应时间，目前，干扰站的响应时间约为0.75ms。

施放干扰：按照信号处理的结果，确定干扰方式和干扰功率，要使对方的通信受到有效的干扰，必须使干扰功率在对方信号频谱上全面地压制对方，即令对方接收机接收到的干信比为正。

目前，普遍认为对跳频通信实施有效干扰的方式有两种：快速跟踪式干扰、瞄准式干扰、阻塞式干扰（宽频段梳状阻塞式干扰、连续阻塞式干扰）、扫频式干扰。跟踪干扰分为两种基本类型：波形跟踪和引导式跟踪［8］。跟踪干扰是一种对被干扰目标信号能够进行跟踪瞄准的干扰，是智能化、自动化程度更高的一种瞄准式干扰［5］。

就传统干扰方式而言，对跳频电台采用瞄准式或跟踪式干扰并不难，关键取决于器件的信号处理速度是否能够满足要求。由于侦收发射一体机受元器件限制，干扰设备发射功率比较大，需要射频放大电路提高发射功率，而接收端需要有较高的灵敏度，也需要放大滤波处理，同时具有收发一体端口的器件很少，因而信号侦收设备与干扰信号发射设备一般都是分开的，中间有控制系统连接。

3 传统跳频电台干扰方式用于弹载通信干扰存在的问题分析

瞄准式干扰十分注重频率重合率，需要破译跳频图案，可以实现100%的干扰效率。与此同时，它对干扰机性能的需求也很高。在实现瞄准式干扰之前，侦察、频率引导、信号监视这三部分是必不可少的，在短波通信中主要使用瞄准式干扰。跟踪干扰中的波形跟踪干扰从破译跳频图案着手，以实现跟踪，难度较大［8］。

破译跳频图案的干扰方式实际上是很困难的。因此，人们又将注意力集中在以牺牲时间为代价的引导式干扰机，即：先对跳频频率集进行扫描存储，然后在跳频电台每一频率驻留时间内，用前一小部分时间实现干扰引导，在后一部分内实施干扰。引导式跟踪干扰以时间为代价，只要出现载频便快速引导干扰，实现相对简单些，但也不能实现100%的干扰效率［9］。分析证明如下。

对跳频通信实施引导式干扰，关键在于干扰机能否在每跳信号的前小部分时间内完成目标信号的截获、分选、识别、干扰引导［5］。当侦察机和干扰发射机反应时间有限，且敌跳频电台较多时，在现代战场上常常无法做到对跳频通信驻留的全部时间，对跳频通信的所有频率都进行正确的跟踪干扰。因此应当采取如下原则：在只有部分频率受干扰时，必须使这些频率受到严重干扰［10］。美军试验数据如表1。

表1 美军跳频语音通信干扰试验

可以看出：当100%的频率都受干扰时，则只要干扰30%的驻留时间就足够了［10～11］。

其中TS为每跳信号的驻留时间。由于战时电磁环境非常复杂，所以总的干扰响应时间应小于0.5Ts。总干扰响应时间Tj包括路径迟滞时间Td、信号截获时间Tg、分选识别时间Ti，干扰引导时间 Tc［5］。

3.1 路径迟滞时间Td

如图2所示，Rs为发送电台，Rr为接收电台，Jr为干扰机位置，a为通信信号传播路径，b为干扰机接收信号路径。r为干扰半径。

图2 路径迟滞时间

路径传播迟滞时间为（b+r-a）×106/Cμs，5公里时理论最小迟滞为16μs。

3.2 信号截获时间Tg

不同制式的接收机的截获信号速度是不一样的：

比如有的压缩接收机速度相当于每秒搜索几百万个信道，有的可以达到每秒搜索一亿个信道。

信道化接收机采用多个并行通道来截获信号，在滤波带宽为25kHz时，其信号检测时间为40μs，实际装备的截获时间为100 μs左右［12～14］。

数字化接收机是将接收信号直接采样量化，其截获时间取决于分辨率的要求。在分辨率为25kHz时，截获时间可以达到50μs。

3.3 分选识别时间Ti

信号分选识别考虑的特征最少要包括方位、到达时间、驻留时间、电平、通信体制等等。比如德国某公司的综合接收系统响应时间为1ms，美国某公司的三信道测向系统，实用识别时间不短于100μs（不包括系统传输、显示、处理所需的时间）［12～14］。

3.4 干扰引导时间Tc

干扰引导时间即频率合成器的转换时间和信号建立时间，以10 μs左右计算［12～14］。因此引导式干扰机的总响应时间不少于226μs。按有效干扰时间不小于信号驻留时间的一半计算，根据以上估算，即引导式跟踪干扰至多只能有效干扰跳速不超过2000H/s的跳频电台（驻留时间=跳频周期*0.9）［5］。短波跳频电台跳速一般在 50H/s以下，超短波跳频电台跳速一般在100H/s～2000H/s之间，而GJB2928-97规定，跳速超过1000H/s即为高速跳频［6］。实际上，目前远未达到这样的跟踪干扰速度，对宽跳频范围、大频率集、高速跳频通信系统，跟踪式干扰很难对其构成威胁，同时对器件的信号处理水平提出了更高的要求［5］。值得指出的是，虽然跟踪干扰是跳频通信的克星，可以对跳频通信形成最佳干扰或准最佳干扰，但是在实施过程中是要有前提的，加上跟踪干扰还存在干扰跳速与跳频通信跳速、干扰信号传输时延与跳频通信信号传输时延、干扰信号功率与通信信号功率及跳频带宽与干扰机带宽等多种约束因素，并遵守干扰椭圆原理，这些都是跟踪干扰的弱点，往往在实战中难以实施，或难以获得预想的结果［15］。

随着通信加密技术的提高，要破译出通信信息内容往往需要很长时间，有的甚至在数十年以上，时效性难以满足作战要求［16］。除此之外，通信信号不同于雷达信号，其技术参数差异小［17］。因此，在战时复杂电磁环境下，不管弹载通信干扰机采用瞄准式干扰或快速跟踪式干扰，对器件的信号处理速度要求极高，时间和精度上也无法保证，实现难度较大。而且还必须采用PLL进行稳频，频率务必准确，才能保证发射信号不偏差，这也无形中增加了干扰机的总响应时间。

4 结语

阻塞式干扰的优点是无需高精度的引导干扰侦察设备，也无需频率重合设备，机器构成简单，能同时压制频带内多个通信电台，与跳频图案算法无关。在获得跳频通信有限先验知识和干扰功率足够的前提下，阻塞干扰也可以对跳频通信形成最佳干扰或准最佳干扰。加上常规跳频体制存在“三分之一”频率数的干扰容限效应，使得阻塞干扰更容易奏效［10，15］。文献［18］指出，针对超短波进行干扰通常使用阻塞式干扰方式。因此对既包含短波波段又包含超短波波段的跳频信号进行干扰，需要设计一种兼顾瞄准式干扰和阻塞式干扰优点的弹载通信干扰方式。而扫频式干扰介于瞄准式干扰和阻塞式干扰之间，而且兼顾两种干扰的优点，文献［5］392页以扫频拦阻式干扰为例，介绍了一种噪声源和锯齿波产生器经压控振荡器调制产生的干扰信号，如图3所示。