軍事通信抗干擾技術(shù)進(jìn)展綜述

張愛民， 梁書劍， 馬志強(qiáng)， 付 健

（總參謀部通信訓(xùn)練基地，河北 宣化 075100）

0 引言

軍事通信抗干擾已成為信息化作戰(zhàn)關(guān)注的焦點(diǎn)和難點(diǎn)問題。目前，美軍和一些軍事強(qiáng)國已實(shí)現(xiàn)了時(shí)域、頻域、空域、功率域、速度域、網(wǎng)絡(luò)域等多維空間的通信抗干擾能力，其抗干擾裝備已覆蓋了所有戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)役和戰(zhàn)略無線通信，甚至有的通信平臺(tái)具備抗干擾能力[1]。本文結(jié)合外軍通信抗干擾技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和我軍軍事通信抗干擾的實(shí)際需求,旨在對(duì)我軍通信抗干擾技術(shù)的發(fā)展思路進(jìn)行探討。

1 綜合抗干擾技術(shù)

1.1 跳頻、直擴(kuò)2種基本抗干擾體制組合應(yīng)用的混合擴(kuò)頻系統(tǒng)

跳頻、直擴(kuò)這2種基本抗干擾體制的組合應(yīng)用后信號(hào)的載波頻率是跳變的，而每一跳又是一個(gè)直接序列擴(kuò)頻信號(hào)。采用這種混合技術(shù)增加了同步技術(shù)的難度，既要完成跳頻圖案的同步.又要完成擴(kuò)頻序列的同步。但系統(tǒng)的處理增益成為二者的乘積，大大提高了抗干擾能力[2]。在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上容易獲得大于50 dB甚至更高的抗干擾處理增益。特別是在VHF/UHF及其以上頻段更是如此。如美國的JTIDS 系統(tǒng)、意大利的HYDRA/ V、德國的SEM173～SEM193、瑞典的MRR、法國的ALCATEL111系列電臺(tái)等[1]。

1.2 擴(kuò)頻和自適應(yīng)天線調(diào)零技術(shù)相結(jié)合的綜合抗干擾系統(tǒng)

自適應(yīng)天線調(diào)零技術(shù)可以達(dá)到很高的抗干擾增益，干擾信號(hào)越強(qiáng)對(duì)其抑制效果也愈明顯[2]，并且抗干擾增益與信息傳輸速率無關(guān)。擴(kuò)頻和自適應(yīng)調(diào)零技術(shù)相結(jié)合的綜合抗干擾系統(tǒng)的處理增益是二者的和。目前國際上抗干擾能力較強(qiáng)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)軍事星(MILSTAR)系統(tǒng)除采用快速跳頻外，還采用快掃描多波束自適應(yīng)零位天線技術(shù)，它在感受到敵方干擾后能通過對(duì)相控陣天線的幅相控制迅速將天線方向圖的零點(diǎn)指向敵方干擾機(jī)。自適應(yīng)算法及信號(hào)測(cè)度的精度要求高，但是隨著高速度FPGA和DSP器件的出現(xiàn)及相應(yīng)EDA軟件的成熟，使得在FPGA、DSP上進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理更加容易，擴(kuò)頻和自適應(yīng)天線調(diào)零相結(jié)合的綜合抗干擾裝備具有很高實(shí)用價(jià)值。

1.3 擴(kuò)頻和其它非擴(kuò)頻技術(shù)相結(jié)合的綜合抗干擾系統(tǒng)

非擴(kuò)展頻譜類的抗干擾技術(shù)比較多，比如猝發(fā)通信技術(shù)、糾錯(cuò)編碼與交織編碼技術(shù)、分集技術(shù)、變換域?yàn)V波技術(shù)、智能天線技術(shù)等。涵蓋了時(shí)域、頻域、空域、功率域、變換域、網(wǎng)絡(luò)域等多維空間。實(shí)踐表明：將非擴(kuò)頻通信技術(shù)和擴(kuò)頻通信技術(shù)有機(jī)結(jié)合可以進(jìn)一步提高通信抗干擾性能。比如直擴(kuò)和變換域?yàn)V波技術(shù)相結(jié)合的綜合抗干擾技術(shù)具有很強(qiáng)的抗干擾性能[3]；短波跳頻和猝發(fā)通信技術(shù)相結(jié)合, 提高了抗干擾、抗截獲和抗測(cè)向能力,如美國的 SC140、以色列的HF - 2000、英國 VRQ319/ BCC39 以及比利時(shí)的 BAMS 等。還有衛(wèi)星通信系統(tǒng)用星上處理技術(shù)、Smart AGC技術(shù)和直擴(kuò)技術(shù)相結(jié)合也有應(yīng)用前景，這些綜合抗干擾技術(shù)在理論上相對(duì)成熟，在很大程度上可以彌補(bǔ)單一抗干擾技術(shù)的不足[4]。

2 基于“認(rèn)知”的智能抗干擾技術(shù)

事實(shí)上，任何一種電子防御措施和抗干擾體制都不是萬能的，使用范圍也不盡相同，如果能夠?qū)崟r(shí)感知電磁環(huán)境和作戰(zhàn)對(duì)象的干擾樣式, 有針對(duì)性地采取相應(yīng)的抵抗措施,就會(huì)有的放矢[1]。 “智能抗干擾”技術(shù)可以很好的解決這一問題，該技術(shù)現(xiàn)階段還很不成熟，研究也不夠深入，但其優(yōu)越性可以初見端倪。

認(rèn)知無線電（CR）是一種智能的無線通信系統(tǒng)，它能感知周圍無線環(huán)境，通過對(duì)環(huán)境的感知、主動(dòng)學(xué)習(xí)等措施，在特定的無線操作參數(shù)上，如功率、載波調(diào)制方式和編碼等，實(shí)時(shí)改變并且能調(diào)整系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)，適應(yīng)外部無線環(huán)境的變化[5]。借鑒認(rèn)知無線電的技術(shù)核心思想，提出“智能抗干擾”的概念。“智能抗干擾”是無線通信系統(tǒng)而且有較高的頻譜利用率和智能地消除外界電磁干擾的影響、適應(yīng)信道環(huán)境并以盡可能高的數(shù)據(jù)速率實(shí)現(xiàn)不間斷通信的無線傳輸技術(shù)。具體地講，“智能抗干擾”設(shè)備首先感知并分析外界電磁環(huán)境，包括收發(fā)雙方之間多個(gè)頻段、多個(gè)電波傳播路徑上的頻譜占用、干擾強(qiáng)度、干擾類型、信道類型等情況，并結(jié)合用戶輸入的要求進(jìn)行決策，制訂出最優(yōu)的無線傳輸策略。該策略包括無線波形（調(diào)制方式、子載波數(shù)量、載波中心頻率、帶寬）、抗干擾算法（時(shí)域、空域、頻域、極化域及其聯(lián)合域）以及數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議3個(gè)方面的選擇與參數(shù)制訂。我們將這一過程總結(jié)為“認(rèn)知-決策-行為”機(jī)制，即抗干擾無線通信系統(tǒng)應(yīng)該首先認(rèn)知電磁環(huán)境，再制訂傳輸策略，最后實(shí)施抗干擾通信行為。與傳統(tǒng)的綜合抗干擾技術(shù)相比，“智能抗干擾”技術(shù)具有認(rèn)知無線電技術(shù)的一些特點(diǎn)，不再盲目執(zhí)行預(yù)設(shè)的波形、算法與協(xié)議，而是根據(jù)外界環(huán)境的具體情況采取最有效的措施消除干擾的影響。究其根本，是因?yàn)閷ⅰ罢J(rèn)知-決策-行為”機(jī)制中的模式識(shí)別和人工智能方法與一般的自適應(yīng)干擾對(duì)消、自適應(yīng)信道均衡機(jī)制中的自適應(yīng)濾波方法相比，前者能夠更準(zhǔn)確地理解外界信息、實(shí)現(xiàn)更不易于描述的判決規(guī)則、求解更復(fù)雜的最優(yōu)化問題。與一般意義的認(rèn)知無線電技術(shù)相比，“智能”抗干擾技術(shù)將認(rèn)知、決策的目標(biāo)直接瞄準(zhǔn)消除干擾和適應(yīng)信道，在保證通信不中斷、提高傳輸效率方面具有較明顯的優(yōu)勢(shì)。認(rèn)知無線電強(qiáng)調(diào)在不干擾頻譜授權(quán)用戶的前提下，盡量保證非頻譜授權(quán)用戶的可靠通信，而“智能”抗干擾強(qiáng)調(diào)根據(jù)實(shí)時(shí)感知的頻譜環(huán)境制定最優(yōu)抗干擾策略，同時(shí)盡量減少對(duì)頻譜授權(quán)用戶的干擾。所以在“智能”抗干擾在決策階段考慮的因素要比傳統(tǒng)的認(rèn)知無線電多，決策實(shí)現(xiàn)的難度要大。當(dāng)前，對(duì)于“智能”抗干擾技術(shù)的研究還處于起步階段，在文獻(xiàn)[6]中設(shè)計(jì)了一種基于分?jǐn)?shù)傅里葉變換的認(rèn)知無線電抗干擾系統(tǒng)，分析了基于認(rèn)知無線電的軍事通信抗干擾策略的可行性。

3 網(wǎng)絡(luò)抗干擾技術(shù)

現(xiàn)代軍事通信已不是簡(jiǎn)單的幾點(diǎn)之間的通信，而是復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)通信，戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)通常應(yīng)用在師及以下機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)部隊(duì)，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)級(jí)用戶間的無縫通信鏈接，是數(shù)字化部隊(duì)的基礎(chǔ)設(shè)施，為了保證各個(gè)戰(zhàn)術(shù)級(jí)用戶間可靠通信，戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力。網(wǎng)中有大量的用戶在同時(shí)、同區(qū)域工作，除了要抗敵人干擾外，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部也不能相互干擾，網(wǎng)絡(luò)抗干擾比單臺(tái)抗干擾的難度更大。網(wǎng)絡(luò)抗干擾是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的技術(shù)。

3.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制技術(shù)

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制技術(shù)是戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)中最重要的技術(shù)之一。如果沒有拓?fù)淇刂?，所有?jié)點(diǎn)都會(huì)以最大無線傳輸功率工作，網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的無線信號(hào)將覆蓋大量其他節(jié)點(diǎn)，造成無線信號(hào)沖突頻繁，造成網(wǎng)內(nèi)嚴(yán)重的自擾，影響節(jié)點(diǎn)的無線通信質(zhì)量，降低網(wǎng)絡(luò)的吞吐率。

同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制,可以減少敵擾的影響，在網(wǎng)絡(luò)受到干擾之前就形成一個(gè)抗干擾拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),為路由選擇協(xié)議提供足夠多的抗干擾路由,這樣路由選擇協(xié)議才能選出合適的路由規(guī)避干擾。構(gòu)造抗干擾網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要注意節(jié)點(diǎn)分布。網(wǎng)絡(luò)中的某一節(jié)點(diǎn)的抗干擾性能主要取決于2個(gè)方面[7]：①是該節(jié)點(diǎn)相對(duì)于其它節(jié)點(diǎn)的分布情況，包括距離和角度；②是該節(jié)點(diǎn)到干擾機(jī)的距離與干擾機(jī)干擾半徑之間的關(guān)系，根據(jù)這些參數(shù)可以計(jì)算出該節(jié)點(diǎn)受干擾情況。其次，網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)可能落在同一干擾機(jī)的干擾范圍之內(nèi)，致使網(wǎng)絡(luò)中的多條鏈路受到同一干擾，構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)要盡量避免這一情況的發(fā)生，隨著戰(zhàn)場(chǎng)的轉(zhuǎn)移，各個(gè)節(jié)點(diǎn)也處于不斷變換中，要求節(jié)點(diǎn)之間要不斷交換節(jié)點(diǎn)位置信息和受干擾情況信息，并實(shí)時(shí)進(jìn)行計(jì)算后合理部署，才能保證戰(zhàn)時(shí)動(dòng)態(tài)的無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具備較強(qiáng)的抗干擾能力。

3.2 抗干擾路由優(yōu)選技術(shù)

戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)一般 Ad-hoc組網(wǎng)，對(duì)于該網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層選擇合理的路由協(xié)議是提高網(wǎng)絡(luò)抗干擾的關(guān)鍵，當(dāng)戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)中的某節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到干擾后，能夠迅速通知該網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層，抗干擾路由協(xié)議根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的被干擾的狀況制定新的路由策略，從多條路由當(dāng)中優(yōu)選出不受干擾的路由或者受干擾較輕的路由作為新路由，以達(dá)到規(guī)避干擾的目的，例如國外學(xué)者 Pursley 等人提出的“最小阻擋路由”就是一種抗干擾路由協(xié)議[8]。目前，針對(duì)Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)提出的路由協(xié)議有20多種，比如 AODV，DSR，LAR，OLSR、DSDV路由協(xié)議等，其中AODV（按需距離矢量路由協(xié)議）協(xié)議當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，該協(xié)議能夠快速收斂并且具有斷路自我修復(fù)的功能，已有大量研究表明：戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)中采用AODV協(xié)議，在高傳輸率和大負(fù)荷的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，能更好的發(fā)揮性能。

3.3 戰(zhàn)場(chǎng)頻譜管理技術(shù)

戰(zhàn)場(chǎng)頻譜管理技術(shù)綜合應(yīng)用了頻譜監(jiān)測(cè)技術(shù)、測(cè)向定位技術(shù)、目標(biāo)識(shí)別技術(shù)、干擾分析技術(shù)、傳播預(yù)測(cè)技術(shù)、頻譜劃分以及頻率指配等多種技術(shù)手段,它是一個(gè)技術(shù)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，通過頻譜控制和頻譜工程技術(shù)對(duì)有用信號(hào)和干擾信號(hào)進(jìn)行分析，防止或消除干擾，使得各種無線電網(wǎng)絡(luò)之間或者網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部得以兼容，規(guī)避敵擾，減少自擾，并且確保其充分、有效地利用頻譜資源。

4 結(jié)語

近十幾年來國際上出現(xiàn)的數(shù)場(chǎng)以信息化作戰(zhàn)為背景高技術(shù)局部戰(zhàn)爭(zhēng)表明：沒有抗干擾能力的通信裝備無法形成戰(zhàn)斗力。提供有效可靠地通信是提高基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)能力的基礎(chǔ)。對(duì)于科技工作者而言，對(duì)軍事通信抗干擾技術(shù)的探索和研究是一項(xiàng)十分有意義的工作。

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