軍事通信抗干擾技術進展綜述

張愛民， 梁書劍， 馬志強， 付 健

（總參謀部通信訓練基地，河北 宣化 075100）

0 引言

軍事通信抗干擾已成為信息化作戰關注的焦點和難點問題。目前，美軍和一些軍事強國已實現了時域、頻域、空域、功率域、速度域、網絡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術、戰役和戰略無線通信，甚至有的通信平臺具備抗干擾能力[1]。本文結合外軍通信抗干擾技術的發展趨勢和我軍軍事通信抗干擾的實際需求,旨在對我軍通信抗干擾技術的發展思路進行探討。

1 綜合抗干擾技術

1.1 跳頻、直擴2種基本抗干擾體制組合應用的混合擴頻系統

跳頻、直擴這2種基本抗干擾體制的組合應用后信號的載波頻率是跳變的，而每一跳又是一個直接序列擴頻信號。采用這種混合技術增加了同步技術的難度，既要完成跳頻圖案的同步.又要完成擴頻序列的同步。但系統的處理增益成為二者的乘積，大大提高了抗干擾能力[2]。在技術實現上容易獲得大于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、意大利的HYDRA/ V、德國的SEM173～SEM193、瑞典的MRR、法國的ALCATEL111系列電臺等[1]。

1.2 擴頻和自適應天線調零技術相結合的綜合抗干擾系統

自適應天線調零技術可以達到很高的抗干擾增益，干擾信號越強對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。擴頻和自適應調零技術相結合的綜合抗干擾系統的處理增益是二者的和。目前國際上抗干擾能力較強的衛星通信系統軍事星(MILSTAR)系統除采用快速跳頻外，還采用快掃描多波束自適應零位天線技術，它在感受到敵方干擾后能通過對相控陣天線的幅相控制迅速將天線方向圖的零點指向敵方干擾機。自適應算法及信號測度的精度要求高，但是隨著高速度FPGA和DSP器件的出現及相應EDA軟件的成熟，使得在FPGA、DSP上進行數字信號處理更加容易，擴頻和自適應天線調零相結合的綜合抗干擾裝備具有很高實用價值。

1.3 擴頻和其它非擴頻技術相結合的綜合抗干擾系統

非擴展頻譜類的抗干擾技術比較多，比如猝發通信技術、糾錯編碼與交織編碼技術、分集技術、變換域濾波技術、智能天線技術等。涵蓋了時域、頻域、空域、功率域、變換域、網絡域等多維空間。實踐表明：將非擴頻通信技術和擴頻通信技術有機結合可以進一步提高通信抗干擾性能。比如直擴和變換域濾波技術相結合的綜合抗干擾技術具有很強的抗干擾性能[3]；短波跳頻和猝發通信技術相結合, 提高了抗干擾、抗截獲和抗測向能力,如美國的 SC140、以色列的HF - 2000、英國 VRQ319/ BCC39 以及比利時的 BAMS 等。還有衛星通信系統用星上處理技術、Smart AGC技術和直擴技術相結合也有應用前景，這些綜合抗干擾技術在理論上相對成熟，在很大程度上可以彌補單一抗干擾技術的不足[4]。

2 基于“認知”的智能抗干擾技術

事實上，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，如果能夠實時感知電磁環境和作戰對象的干擾樣式, 有針對性地采取相應的抵抗措施,就會有的放矢[1]。 “智能抗干擾”技術可以很好的解決這一問題，該技術現階段還很不成熟，研究也不夠深入，但其優越性可以初見端倪。

認知無線電（CR）是一種智能的無線通信系統，它能感知周圍無線環境，通過對環境的感知、主動學習等措施，在特定的無線操作參數上，如功率、載波調制方式和編碼等，實時改變并且能調整系統的內部狀態，適應外部無線環境的變化[5]。借鑒認知無線電的技術核心思想，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、適應信道環境并以盡可能高的數據速率實現不間斷通信的無線傳輸技術。具體地講，“智能抗干擾”設備首先感知并分析外界電磁環境，包括收發雙方之間多個頻段、多個電波傳播路徑上的頻譜占用、干擾強度、干擾類型、信道類型等情況，并結合用戶輸入的要求進行決策，制訂出最優的無線傳輸策略。該策略包括無線波形（調制方式、子載波數量、載波中心頻率、帶寬）、抗干擾算法（時域、空域、頻域、極化域及其聯合域）以及數據鏈路協議3個方面的選擇與參數制訂。我們將這一過程總結為“認知-決策-行為”機制，即抗干擾無線通信系統應該首先認知電磁環境，再制訂傳輸策略，最后實施抗干擾通信行為。與傳統的綜合抗干擾技術相比，“智能抗干擾”技術具有認知無線電技術的一些特點，不再盲目執行預設的波形、算法與協議，而是根據外界環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，是因為將“認知-決策-行為”機制中的模式識別和人工智能方法與一般的自適應干擾對消、自適應信道均衡機制中的自適應濾波方法相比，前者能夠更準確地理解外界信息、實現更不易于描述的判決規則、求解更復雜的最優化問題。與一般意義的認知無線電技術相比，“智能”抗干擾技術將認知、決策的目標直接瞄準消除干擾和適應信道，在保證通信不中斷、提高傳輸效率方面具有較明顯的優勢。認知無線電強調在不干擾頻譜授權用戶的前提下，盡量保證非頻譜授權用戶的可靠通信，而“智能”抗干擾強調根據實時感知的頻譜環境制定最優抗干擾策略，同時盡量減少對頻譜授權用戶的干擾。所以在“智能”抗干擾在決策階段考慮的因素要比傳統的認知無線電多，決策實現的難度要大。當前，對于“智能”抗干擾技術的研究還處于起步階段，在文獻[6]中設計了一種基于分數傅里葉變換的認知無線電抗干擾系統，分析了基于認知無線電的軍事通信抗干擾策略的可行性。

3 網絡抗干擾技術

現代軍事通信已不是簡單的幾點之間的通信，而是復雜的網絡通信，戰術互聯網通常應用在師及以下機動作戰部隊，實現戰術級用戶間的無縫通信鏈接，是數字化部隊的基礎設施，為了保證各個戰術級用戶間可靠通信，戰術互聯網必須具有很強的抗干擾能力。網中有大量的用戶在同時、同區域工作，除了要抗敵人干擾外，網絡內部也不能相互干擾，網絡抗干擾比單臺抗干擾的難度更大。網絡抗干擾是一項綜合性很強的技術。

3.1 網絡拓撲結構控制技術

拓撲結構控制技術是戰術互聯網中最重要的技術之一。如果沒有拓撲控制，所有節點都會以最大無線傳輸功率工作，網絡中每個節點的無線信號將覆蓋大量其他節點，造成無線信號沖突頻繁，造成網內嚴重的自擾，影響節點的無線通信質量，降低網絡的吞吐率。

同時通過網絡的拓撲結構控制,可以減少敵擾的影響，在網絡受到干擾之前就形成一個抗干擾拓撲結構,為路由選擇協議提供足夠多的抗干擾路由,這樣路由選擇協議才能選出合適的路由規避干擾。構造抗干擾網絡拓撲結構要注意節點分布。網絡中的某一節點的抗干擾性能主要取決于2個方面[7]：①是該節點相對于其它節點的分布情況，包括距離和角度；②是該節點到干擾機的距離與干擾機干擾半徑之間的關系，根據這些參數可以計算出該節點受干擾情況。其次，網絡中的多個節點可能落在同一干擾機的干擾范圍之內，致使網絡中的多條鏈路受到同一干擾，構造網絡拓撲結構時要盡量避免這一情況的發生，隨著戰場的轉移，各個節點也處于不斷變換中，要求節點之間要不斷交換節點位置信息和受干擾情況信息，并實時進行計算后合理部署，才能保證戰時動態的無線網絡拓撲結構具備較強的抗干擾能力。

3.2 抗干擾路由優選技術

戰術互聯網一般 Ad-hoc組網，對于該網絡的網絡層選擇合理的路由協議是提高網絡抗干擾的關鍵，當戰術互聯網中的某節點檢測到干擾后，能夠迅速通知該網絡的網絡層，抗干擾路由協議根據網絡節點的被干擾的狀況制定新的路由策略，從多條路由當中優選出不受干擾的路由或者受干擾較輕的路由作為新路由，以達到規避干擾的目的，例如國外學者 Pursley 等人提出的“最小阻擋路由”就是一種抗干擾路由協議[8]。目前，針對Ad-hoc網絡提出的路由協議有20多種，比如 AODV，DSR，LAR，OLSR、DSDV路由協議等，其中AODV（按需距離矢量路由協議）協議當網絡的拓撲結構發生變化時，該協議能夠快速收斂并且具有斷路自我修復的功能，已有大量研究表明：戰術互聯網中采用AODV協議，在高傳輸率和大負荷的戰場環境下，能更好的發揮性能。

3.3 戰場頻譜管理技術

戰場頻譜管理技術綜合應用了頻譜監測技術、測向定位技術、目標識別技術、干擾分析技術、傳播預測技術、頻譜劃分以及頻率指配等多種技術手段,它是一個技術復雜的系統工程，通過頻譜控制和頻譜工程技術對有用信號和干擾信號進行分析，防止或消除干擾，使得各種無線電網絡之間或者網絡內部得以兼容，規避敵擾，減少自擾，并且確保其充分、有效地利用頻譜資源。

4 結語

近十幾年來國際上出現的數場以信息化作戰為背景高技術局部戰爭表明：沒有抗干擾能力的通信裝備無法形成戰斗力。提供有效可靠地通信是提高基于信息系統的體系作戰能力的基礎。對于科技工作者而言，對軍事通信抗干擾技術的探索和研究是一項十分有意義的工作。

[1]姚富強. 通信抗干擾工程與實踐[M].北京:電子工業出版社,2008:1-25.

[2]項建弘,郭黎利,陳立明.GPS空時自適應抗干擾系統性能研究[J].系統工程與電子技術,2009,31(05):1022-1025.

[3]張愛民,王星全,張德興.直擴-變換域濾波聯合抗干擾接收機設計與實現[J].通信技術，2011,44(01):13-15.

[4]張毅, 王輝.一種直擴通信窄帶干擾抑制的自適應濾波技術[J].通信技術，2008,41(04):13-15.

[5]HAYKIN Simon.Cognitive Radio: Brain-Empowered Wireless Communications[J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2005,23(02):201-220.

[6]劉鑫,譚學治.基于分數傅里葉變換的認知無線電抗干擾系統[J].華南理工大學學報:自然科學版,2010,38(01):44-48.

[7]張祿林,趙亞男,張寧. 網絡抗干擾及其評估方法[J]. 電訊技術,2004(06):40-44.

[8]PURSLEY M B, RUSSELL H B. Adaptive Forwarding in Frequency-hop Spread-spectrum Packet Radio Networks with Partial-band Jamming[J]. IEEE Trans. on Comm., 1993,41(04): 613-620.