基于通信對抗手段的反無線電控制簡易爆炸裝置電子主動防護技術研究*

邱建彪，蔣廬俊，崔 旭

（中國電子科技集團公司第三十研究所，四川 成都 610041)

0 引言

簡易爆炸裝置（Improvised Explosive Device，IED）[1-4]，又稱土制炸彈、路邊炸彈，泛指任何利用現有或臨時制造的材料所制成的炸彈。IED 系統成本低、制作簡單、原材料容易取得，且易于偽裝、不易偵測，具有戰術奇襲性以及戰略影響性。這些特征使IED 在軍事上得到廣泛應用。地區武裝分子常因資源缺乏而使用IED 作為對抗軍隊的非對稱作戰武器，嚴重威脅戰區軍人、作戰平臺的安全。此外，恐怖分子也大量使用IED 發動襲擊，嚴重威脅到政府相關執法人員以及普通百姓的生命和財產安全。

1 軍事需求

IED 有多種類型，比如定時IED、受害者操作IED、線控引爆IED、觸發式IED、無線電控制IED 等，其中最重要、占據比例最大、危害最大的是無線電控制引爆的IED（Radio Controlled IED，RCIED）。無線電控制引爆可以使敵人從遠距離觀察而沒有任何危險，導致IED 威脅更加復雜化和擴散化，且已構成戰略問題。

RCIED 在戰爭中作用和效果已凸顯。在長達九年的伊拉克戰爭中，越來越多的RCIED 給戰場的美軍帶來致命威脅，使無數士兵面臨生命危險，造成的人員傷亡超過了其他任何形式的攻擊[5-7]，據統計。2007 年處于IED 襲擊高峰期，在伊拉克戰爭中，每月有超過1 000 次IED 襲擊，造成的人員傷亡占戰爭傷亡總數的70%以上。這些IED 中，通過蜂窩電話引爆的幾乎占80%[8]。

當前，RCIED 已經成為城市作戰條件下對作戰部隊的主要威脅之一，且已成為敵方襲擊地面部隊的殺手锏武器。

對我國而言，在我國周邊和境內都存在不安定因素，面臨爆炸恐怖活動的現實威脅。恐怖分子有可能將IED 用作恐怖武器，通過制造傷亡來挑釁我國部隊及政府部門，因此亟需相關研究來保障生命和財產安全。

2 國外相關裝備技術發展現狀

為了抵抗IED 所帶來的威脅，各國采取了大量的措施，并且研制了多種相關裝備。其中，由于阿富汗、伊拉克戰場的巨大需求，美國的相關研發投入最大且技術實力最強[9-10]。2006 年，美國國防部正式成立了聯合IED 對抗組織（Joint IED Defeat Organization，JIEDDO），領導相關機構研究和評估各種對抗措施。JIEDDO 自成立以來已獲得近160 億美元資金[11]。

2.1 國外反RCIED 裝備

抵抗IED 的有效辦法是干擾無線控制IED[12]。目前，全球許多電子系統研發公司紛紛研制出以射頻電子干擾機為主體來干擾壓制IED 遙控引爆信號的電子戰系統[13]。

2.1.1 美國“交響樂”反RCIED 系統

美國研制的“交響樂”反RCIED 系統能夠同時干擾預置信號和其他多種信號，從而避免遙控引爆爆炸裝置。而且能有效避免與盟軍部隊通信和電子戰系統的互擾，并能與盟軍使用的其他干擾機協同操作。

2.1.2 美國智能響應式多功能干擾機

美國研發的智能響應式多功能干擾機可實現電磁頻譜分析，以此來對抗RCIED。該干擾機首先檢測并分類有可能用于啟動IED 的無線電信號，然后實時發射干擾信號，該干擾信號與敵方頻段嚴格對準。此外，該干擾機采用先進的數字接收機和信號處理技術，響應時間可縮短到1 ms 以內，且具備一定的信號情報功能。

2.1.3 法國“影子”IED 干擾器

法國研發的“影子”（Shadow）干擾裝置是一種新型智能信號干擾器。該干擾器基于獨特的技術，可攔截、干擾和對抗各種遙控爆炸裝置，包括使用寬帶碼分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）協議控制的最新IED。它能識別敵方通信裝置并監控無線電信號，還能根據探測到的各種威脅自動調整干擾波形。當系統探測到威脅目標時，它能自動發射干擾波形，并能根據環境條件自行改變信號發射模式。此外，該干擾器具有對遙控爆炸裝置的信號處理能力，因此能更有效地使用射頻頻譜和射頻功率。

2.2 反RCIED 未來技術發展趨勢

通過研究國外現有的反RCIED 技術，總結出未來反RCIED 技術發展趨勢如下文所述。

（1）非傳統情報監視偵察（Intelligence Surveillance Reconnaissance，ISR）能力（如移動通信對抗）的應用與提高。越來越多的IED 采用移動通信手段進行控制引爆，蜂窩情報也顯得越來越重要。因此，需要在傳統的ISR 方式基礎上增加主動的、有源的激活、阻斷、選通、干擾等非傳統ISR 方式，這是解決RCIED 問題的重要途徑。

（2）提高反RCIED 系統與其他系統的兼容性與互操作性。戰場上大量的干擾機使用，會帶來嚴重的互擾問題；因此，解決系統間的互擾性，提高系統間的兼容性和互操作性是系統發展的必然趨勢。

（3）多系統協同對抗。單個電子戰系統具有自身的局限性，有效干擾范圍及干擾效果十分有限，但如果多個電子系統間沒有切實的協同機制，難以實現整體資源的充分利用。實現多系統聯合協同對抗，能大大提高體系的對抗能力。

（4）反RCIED 設備朝著智能化、多功能化、低功耗化、干擾高針對性的方向發展。

3 國內外研究現狀及與國外差距

3.1 國內研究現狀

目前，國內對抗IED 方面尚處于起步階段。我國雖已開展相關技術、裝備研究，但基本以電子干擾壓制為主要手段，未見針對性產品或定型裝備報道。

技術層面上，目前有一些移動通信、無線網智能干擾技術的相關研究，但未能很好地結合反RCIED 的需求，沒有針對反IED 開展研究[14]。

3.2 與國外主要差距

目前，國內在反IED 技術和裝備上與國外的差距是比較突出的，主要體現在以下3 個方面。

（1）防護手段和裝備單一。目前我國以提高裝備防護能力為主要IED 對抗手段，輔以偵察探測、寬帶干擾等其他手段，但缺乏通信對抗手段的應用，電子主動防護裝備未形成。

（2）國內電子反制手段單一。缺乏針對性電子反制技術研究，以較大功率的寬帶干擾為主的寬帶干擾機帶來了嚴重的互擾問題，影響己方平臺通信偵察等電子裝備的使用。

（3）反制手段未與作戰使用相結合。現有反制手段使用方式大多會影響用戶的機動程序，且影響使用流程。

4 以通信對抗手段為基礎的反RCIED 電子主動防護技術

RCIED 一般通過相對簡單的、現成的、低技術含量的無線電技術進行遙控引爆，如移動通信、無線局域網、紫蜂協議（ZigBee Protocol）、車庫門開啟器、模型玩具無線電遙控設備（模型飛機、模型船只、模型汽車等）、通用遙控設備等。除移動通信外，基本上使用工業科學醫療（Industrial Scientific Medical Band，ISM）頻段。其中，移動通信和ISM 頻段遙控通信是RCIED 的無線電控制系統主要使用的兩種通信手段。為解決我國面臨的RCIED 威脅防護問題，本文分析這兩種通信手段的特性，提出兩種基于通信網絡對抗的電子主動防護技術：

（1）針對基于移動通信控制IED 的電子主動防護技術；

（2）針對基于ISM 頻段RCIED 的電子主動防護技術。

電子主動防護技術能有效解決RCIED 威脅，它可在目標區域內探測并識別威脅信號，并只對可疑信號實施干擾。該技術具有功率需求較小、干擾攻擊的針對性高、對平臺其他通信偵察電子設備干擾相對較小、對作戰的電磁隱身特性傷害相對較小的特點，且防護裝備可以與作戰裝備集成，在裝備進行戰術機動過程中不必中途停頓，從而不影響平臺的戰術使用流程和作戰能力。

4.1 對基于移動通信控制IED 的電子主動防護技術

4.1.1 基于移動通信控制IED 特征及其防護難點

基于移動通信控制的IED，通常只需要一條短信就可以令接收端的手機電路產生足夠大的電流來引爆IED，而且可遠程跨區域遙控，因此難以發現遙控者；然而，傳統全頻段大功率干擾手段存在功率大、效率低以及會對車內作戰通信產生干擾等問題。

4.1.2 基于移動通信控制IED 電子主動防護技術功能目標

對基于移動通信控制IED的電子主動防護技術，主要解決屏蔽、定位和主動引爆IED3 個方面問題。

（1）屏蔽IED 引爆終端：是指阻斷遙控端與IED 引爆終端之間的通信，進而可阻止或延遲IED引爆。

（2）定位IED 引爆終端：是指在有效作用范圍內定位可疑IED 引爆終端。

（3）主動引爆IED：是指在特定要求下，對IED 引爆終端發送特定指令，主動引發IED 爆炸，徹底消除基于移動通信控制的IED 威脅。

4.1.3 基于移動通信控制IED 電子主動防護技術原理

基于移動通信信號管控的主動防護技術可以獲取遙控者國際移動用戶識別碼（International Mobile Subscriber Identification Number，IMSI）等號碼，其管控功率小、效率高且具有黑白名單功能。具體地，能夠針對全球移動通信系統（Global System for Mobile Commnunication，GSM）、CDMA、寬帶碼分多址（Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA）、時分同步碼分多址（Time Division-Synchronoous Code Division Multiple Access，TDSCDMA）等主流移動通信技術體制實現移動終端屏蔽與分選、移動終端號碼采集、移動業務監控。該技術的工作過程如圖1 所示。

圖1 移動通信控制IED 智能反制工作過程

具體的技術過程與原理如下文所述。

（1）移動終端屏蔽與分選

根據移動臺輔助越區切換的原理，移動通信網絡要求移動終端測量其周圍基站信號并把結果報告給舊基站，移動通信網根據測試結果決定何時進行越區切換以及切換到哪一個基站。

在主動防護系統中，移動通信控制IED 智能反制模塊利用主控服務器構建廣播控制信道（Broadcast Control Channel，BCCH）信息并控制GSM 基站收發信臺進行無線信號發射，虛擬出移動通信公網基站小區。區域內的GSM 移動用戶監測到虛擬小區后，通過計算和比較，若虛擬信號的小區在信號強度、網絡類型等方面都滿足要求，用戶會在虛擬小區內進行注冊。從而實現對區域內移動用戶的吸附，達到對區域內移動用戶屏蔽的效果。同時，主控服務器通過控制用戶的注冊過程，完成用戶分選。

（2）移動終端號碼采集

利用GSM 移動通信用戶身份單向鑒權的薄弱點，提出基于呼叫代理的手機號碼采集技術，如圖2 所示。在對區域內移動用戶吸附過程中，為獲取移動用戶身份信息，先通過代理模塊向公網發起注冊，然后向某一指定手機模塊發起語音呼叫，最后公網將該移動用戶號碼發送給指定的手機模塊，從該模塊中提取出用戶信息。

圖2 基于呼叫代理的號碼采集技術流程

（3）移動通信業務監控

業務監控設備以中間人的身份在用戶和公網之間雙向交換信息，業務監控系統一般由虛擬基站、服務器和代理終端組成，如圖3 所示。

圖3 業務監控系統組成

虛擬基站模擬真實基站進行發射，建立“偽”移動蜂窩小區。當用戶監測到小區存在并且信號強度和網絡類型等都符合接入條件的情況下，會選擇“虛擬小區”駐留。駐留在虛擬小區內的移動用戶所有的業務發起都經由虛擬基站轉接。代理終端同時以移動用戶身份在公網進行注冊，注冊成功后，用戶和網絡之間的通信內容完全可以被服務器截獲，實現監控。主動防護系統虛擬基站發射的信號和協議與公網基站發射的信號和協議在體制上相同，主動式監控在實施上具有隱 蔽性。

4.2 基于ISM 頻段RCIED 電子主動防護技術

4.2.1 基于ISM 頻段RCIED 特征及防護難點

RCIED 通過遙控設備發出的無線電信號激活裝在IED 上的接收機，引爆上面的雷管或引信，它具有以下特點：ISM 頻段各國規劃不一致，頻段覆蓋寬，并且更換頻段成本低、難度小；基于ISM 無線控制IED 采用點對點的遙控模式，遙控信號脈沖持續時間短，具有猝發通信特征，起爆時間短，有些還采用編碼方式；基于ISM 頻段遙控的IED 遙控設備發射功率小，根據國際電聯無線電通信部門（International Tecommunication Union-Radiocommunication Sector，ITU-R）規定，一般功率小于1 W，偵察設備偵察困難。

4.2.2 基于ISM 頻段RCIED 電子主動防護技術功能目標

基于ISM 頻段RCIED 的電子主動防護技術主要實現快速引導和自主干擾的目的。快速引導是在快速偵察的基礎上，快速估計出工作頻段、帶寬、干擾時機等參數，進而實施自主干擾，阻斷ISM 無線控制IED 的通信鏈路，阻止或延遲IED 引爆。干擾信號在時域、頻域、空域和信號域上有高度的對準性，所需干擾信號能量較小、針對性強、對其他通信偵察設備影響小[15]。

4.2.3 基于ISM 頻段RCIED 電子主動防護技術原理

利用目標ISM 頻段遙控信號、鏈路的多層次特征快速智能匹配，識別分選威脅目標，并在頻率、時間上對反制/干擾信號進行精確引導，實現快速偵察、精確反制等功能。其工作過程如下所述。

（1）RCIED 信號快速捕獲

利用RCIED 信號的時頻特征，采用頻譜智能匹配方法，對自身的頻譜進行學習，形成白色頻譜模型。監測過程中一旦出現異常信號即進行捕獲，后繼可進行識別，也可直接引導干擾。

（2）鏈路同步特征引導

分析RCIED 通信信號、鏈路的同步特征，通過同步特征快速識別威脅信號。此外，利用該特征，可以采用以下兩種途徑進行反制干擾：

①利用同步特征引導干擾信號，對指令消息段信號進行脈沖式精確干擾，導致遙控指令破壞；

②偽造虛假同步信號，導致IED 接收系統產生虛假同步，占用處理資源，導致無暇接收真實指令。

為了提高反制設備的干擾效率，主要采用脈沖干擾的方式對RCIED 信號實施干擾，節約能量，降低功耗。為保證干擾脈沖對目標信號具備準確的覆蓋性，這要求干擾引導定時信息相對精確，時間引導精度要小于信號傳輸延時等級（ms 級）。

4.3 RCIED 電子主動防護系統特點

RCIED 電子主動防護系統采用的技術體制與傳統反RCIED 干擾機電子戰系統的大功率阻塞式干擾技術不同，具有以下特點。

對于移動通信控制IED，通過移動通信管控手段來阻斷IED 控制鏈路所需求的功率較小、效費比高，與公網基站發射的信號和協議在體制上相同，主動式監控在實施上具有隱蔽性。此外，該系統具備通信選通、業務推送、業務監控、號碼采集等功能，可以支援情報分析、偵察定位、排爆反恐工作。對ISM 頻段遙控IED 采用快速精確反制技術，只對可疑信號實施干擾。干擾信號在時域、頻域、空域和信號域上有高度的對準性，所需干擾信號能量較小，針對性強。本文提出的兩種RCIED 遙控信號阻斷方式對車載其他通信電子設備影響相對較小，而傳統大功率阻塞式干擾機最大的問題就是功率需求大且互擾問題嚴重。

系統可采用小型化、模塊化設計思想。根據載體平臺、對抗需求及能力、RCIED 類型的不同進行功能模塊分割，按作戰能力需求可以靈活選配各模塊，迅速集成便攜、車載，甚至機載等設備，使用方式靈活。例如，在使用車載平臺及單兵背負裝備時，只需要對平臺一定范圍內的移動終端進行吸附管控，屏蔽其通信，并阻斷所有ISM 頻段遙控通信，阻斷其引信鏈路，從而阻斷或延緩引爆。此外，可采用黑箱子操作方式，無需設操作手，在裝備平臺進行戰術機動過程中不必中途停頓，不影響平臺的戰術使用流程和作戰能力。而能力更全面的裝備車則可用于編隊方式比較規整、編隊區域邊界比較固定、部隊編隊機動的防護情形，如大規模編隊長途機動防護。

5 結語

為了保護我國戰士、平民安全，兼顧未來我國反恐、維和的需求，本文利用電磁網絡空間對抗技術，有針對性地開展了IED 主動防護系統及技術研究。本文提出了基于移動通信控制IED 電子主動防護技術以及基于ISM 頻段RC 簡易爆炸裝置電子主動防護技術這兩種以通信對抗手段為基礎的電子主動防護思路。這兩種防護思路是對抗IED 威脅的有效途徑，具有重要軍事意義。