無人飛行器衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)鏈抗干擾策略研究

熊 威，衛(wèi) 鑫，聶熾巖

（91550部隊(duì)，遼寧 大連 116023）

0 引言

戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)沁B接軍事信息系統(tǒng)、作戰(zhàn)平臺(tái)和指揮控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通道，為戰(zhàn)場(chǎng)信息融合、數(shù)據(jù)共享和系統(tǒng)間高效指揮控制與協(xié)同提供了橋梁。衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈在無人飛行器上的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了飛行器與指揮控制中心間的互聯(lián)互通，使其作戰(zhàn)任務(wù)更寬泛，作戰(zhàn)樣式更靈活，打擊更精準(zhǔn)、高效[1]。然而在復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中，飛行器數(shù)據(jù)鏈容易受到敵方干擾，從而影響作戰(zhàn)效果。

1 干擾環(huán)節(jié)分析

1.1 衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)組成

無人飛行器衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)腔谛l(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)飛行器與發(fā)射平臺(tái)和指揮控制中心，以及飛行器之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸與飛行器在線控制。無人飛行器衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)主要由衛(wèi)星地面站、中繼通信衛(wèi)星（簡(jiǎn)稱“中繼星”）和飛行器衛(wèi)星通信終端組成，數(shù)據(jù)鏈路包括前向和返向鏈路。

1.2 干擾環(huán)節(jié)分析

無線通信干擾主要是對(duì)信號(hào)接收設(shè)備進(jìn)行干擾。由無人飛行器衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈結(jié)構(gòu)與雙向傳輸特征，可知衛(wèi)星地面站數(shù)據(jù)接收設(shè)備、中繼衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器和飛行器終端接收機(jī)均可能成為敵方干擾目標(biāo)。一旦上行鏈路（轉(zhuǎn)發(fā)器收信鏈路）或下行鏈路（飛行器或地面站收信鏈路）受到干擾（如圖1所示），就可能導(dǎo)致前向或返向數(shù)據(jù)無法被正常接收或準(zhǔn)確提取恢復(fù)。

圖1 衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈干擾示意圖

1.2.1 上行鏈路干擾

對(duì)上行數(shù)據(jù)鏈的干擾，主要是對(duì)中繼衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器信號(hào)接收實(shí)施干擾。這是目前比較常用的干擾手段，可同時(shí)干擾多條數(shù)據(jù)鏈路或多個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)，通常可依托地基、空基、天基3類平臺(tái)發(fā)射大功率干擾信號(hào)，使轉(zhuǎn)發(fā)器阻塞而無法正常工作，造成上行鏈路故障[2]。

1.2.2 下行鏈路干擾

敵方對(duì)下行數(shù)據(jù)鏈的干擾，主要是針對(duì)衛(wèi)星地面站或飛行器通信終端信號(hào)接收過程。一般采用空中平臺(tái)干擾，但考慮到衛(wèi)星地面站一般位于防空火力密集區(qū)，對(duì)其實(shí)施干擾的空中平臺(tái)容易被發(fā)現(xiàn)和摧毀，而無人飛行器要遠(yuǎn)離己方，進(jìn)入到敵方區(qū)域，因此，下行鏈路面臨的干擾，主要集中在飛行器衛(wèi)星用戶終端。

2 干擾類別及樣式分析

敵方干擾靈活多樣，主要包括信號(hào)和信息兩個(gè)層面的干擾。在信號(hào)層面可進(jìn)行壓制性干擾，主要通過發(fā)射干擾信號(hào)，降低被干擾信號(hào)信噪比，使其“淹沒”在干擾信號(hào)中，無法或難以被有效提取恢復(fù)，主要形式包括瞄準(zhǔn)式干擾、攔阻式干擾和多目標(biāo)干擾，以及多樣式混合干擾；在信息層面可實(shí)施欺騙性干擾，通過向接收方發(fā)射虛假數(shù)據(jù)信號(hào)，混淆視聽，使其真假難辨[3]。

2.1 壓制性干擾

2.1.1 瞄準(zhǔn)式干擾瞄準(zhǔn)式干擾需要知道目標(biāo)數(shù)據(jù)鏈路信道頻率、帶寬等特征參數(shù)，通常采用“偵下擾上”的方法，即從偵收到的下行數(shù)據(jù)鏈路信號(hào)中，提取上行數(shù)據(jù)鏈路的信道頻率，然后向中繼衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)射上行鏈路同頻信號(hào)，覆蓋目標(biāo)信道，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)鏈的同頻干擾，針對(duì)性強(qiáng)。瞄準(zhǔn)式干擾需要引導(dǎo)接收機(jī)進(jìn)行引導(dǎo)，只有干擾信號(hào)頻譜和載頻與被干擾數(shù)據(jù)鏈路信號(hào)基本一致時(shí)，才能有效干擾，而且干擾信號(hào)功率較高。干擾樣式通常包括點(diǎn)頻式干擾、掃頻搜索干擾和跟蹤瞄準(zhǔn)式干擾等[4]。

2.1.2 攔阻式干擾

攔阻式干擾不需要準(zhǔn)確掌握目標(biāo)數(shù)據(jù)鏈工作頻率等特征參數(shù)，一般通過發(fā)射大功率干擾信號(hào)，覆蓋到數(shù)據(jù)鏈路所有可能的工作頻段上，對(duì)頻帶范圍內(nèi)的全部或多個(gè)信道實(shí)施干擾[5]。攔阻式干擾由于覆蓋頻帶較寬，導(dǎo)致干擾信號(hào)頻帶利用率低，存在盲目性，有效干擾所需發(fā)射功率較大，而功率越大，產(chǎn)生干擾信號(hào)難度就越高。

2.1.3 多目標(biāo)干擾

多目標(biāo)干擾是介于瞄準(zhǔn)式和攔阻式干擾之間的一種干擾樣式，可使用一部干擾機(jī)有針對(duì)性的干擾多個(gè)目標(biāo)，既具備瞄準(zhǔn)式窄帶干擾的針對(duì)性，又克服了攔阻式寬帶干擾的盲目性。

2.2 欺騙性干擾

欺騙性干擾主要是向飛行器發(fā)送虛假指令或任務(wù)數(shù)據(jù)，誘導(dǎo)飛行器偏離自毀或者進(jìn)行反攻。欺騙性干擾有效實(shí)施的前提是敵方必須事先掌握或現(xiàn)場(chǎng)截獲破解飛行器數(shù)據(jù)鏈路指令編碼規(guī)律，相比于壓制性干擾，實(shí)施難度較大。

3 抗干擾策略研究

針對(duì)靈活多樣的干擾手段，傳統(tǒng)的抗干擾措施難以取得較好的對(duì)抗效果。飛行器衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈抗干擾應(yīng)當(dāng)結(jié)合戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和飛行器自身性能，從戰(zhàn)術(shù)和技術(shù)兩個(gè)層面綜合考慮。

3.1 戰(zhàn)術(shù)抗干擾策略

數(shù)據(jù)鏈通信應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持機(jī)動(dòng)變化和靈活規(guī)避的方針，采取航路規(guī)避、時(shí)間規(guī)避和中繼平臺(tái)跳轉(zhuǎn)等戰(zhàn)術(shù)策略，積極應(yīng)對(duì)敵方干擾。

3.1.1 飛行航路規(guī)避

根據(jù)事先偵查情報(bào)，在進(jìn)行飛行器航路規(guī)劃時(shí)，盡量避開敵防空偵查網(wǎng)，以及防空火力和干擾密集區(qū)，或者根據(jù)飛行器在飛行過程中感知的威脅和受干擾情況，若飛行器自身具備的抗干擾能力不能起到很好的抗干擾效果，受干擾影響超出忍受下限，可及時(shí)在線調(diào)整飛行航路，對(duì)敵方干擾進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)規(guī)避。必要時(shí)，可直接進(jìn)行打擊或呼叫后續(xù)火力摧毀。

3.1.2 通信時(shí)間規(guī)避運(yùn)用突發(fā)短時(shí)通信手段，在特定的時(shí)間片上，以較高的脈沖功率將無線信號(hào)瞬時(shí)發(fā)射出去，以增強(qiáng)數(shù)據(jù)鏈通信的隨機(jī)性和短暫性，增大被敵方跟蹤截獲的難度，從時(shí)間上進(jìn)行干擾規(guī)避。

3.1.3 中繼平臺(tái)備份與多飛行器協(xié)同

為防止通信衛(wèi)星或飛行器通信受干擾或被摧毀，可采用多星中繼備份和多飛行器協(xié)同攻擊方案。當(dāng)主用通信衛(wèi)星受到干擾無法忍受或被摧毀時(shí)，通信鏈路可隨機(jī)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)至其他未被干擾的備用星繼續(xù)通信；當(dāng)飛行器被干擾時(shí)，也可相互頂替，確保作戰(zhàn)數(shù)據(jù)有效傳輸。

3.2 技術(shù)抗干擾策略

抗干擾技術(shù)應(yīng)當(dāng)從數(shù)據(jù)鏈路設(shè)備、通信體制、通信頻段、組網(wǎng)能力、干擾識(shí)別等多方面綜合考慮，系統(tǒng)設(shè)計(jì)，靈活運(yùn)用，全面提升抗干擾能力。

3.2.1 多樣化抗干擾技術(shù)綜合應(yīng)用

隨著無線通信干擾技術(shù)的發(fā)展，干擾手段日益豐富、靈活多樣，傳統(tǒng)的抗干擾技術(shù)難以應(yīng)對(duì)日趨復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)電磁干擾。擴(kuò)頻、快速跳頻及跳時(shí)技術(shù)組合形成多維混合式抗干擾通信體制已成為趨勢(shì)。新的低密度奇偶校驗(yàn)（LDPC）和極化（Polar）編碼技術(shù)不僅糾錯(cuò)能力好，抗干擾性能強(qiáng)，解碼復(fù)雜度低，而且比傳統(tǒng)RS、Turbo等編碼更逼近或達(dá)到香農(nóng)限。另外，自適應(yīng)和低截獲率功率控制、多輸入多輸出（MIMO）、時(shí)間反轉(zhuǎn)、軟件無線電等抗干擾新技術(shù)應(yīng)用前景良好。這些新技術(shù)的發(fā)展為數(shù)據(jù)鏈通信抗干擾能力提升奠定了良好基礎(chǔ)。無人飛行器通信數(shù)據(jù)鏈抗干擾設(shè)計(jì)通常采用多種技術(shù)融合的方法，形成靈活多樣的先進(jìn)抗干擾方案，以達(dá)到較好的抗干擾效果。

3.2.2 加強(qiáng)干擾識(shí)別和智能抗干擾決策能力

多樣化抗干擾技術(shù)的綜合應(yīng)用，以及戰(zhàn)術(shù)與技術(shù)融合的抗干擾策略，必然要求較強(qiáng)的干擾識(shí)別和智能化抗干擾決策能力作為支撐，才能充分發(fā)揮其抗干擾特性。在干擾對(duì)抗過程中，能針對(duì)敵方干擾規(guī)律及干擾信號(hào)特征進(jìn)行快速分析判斷，并根據(jù)干擾態(tài)勢(shì)，自動(dòng)配置最優(yōu)抗干擾技術(shù)組合方案，進(jìn)行干擾對(duì)抗，同時(shí)進(jìn)行抗干擾效果評(píng)估，實(shí)時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)方案調(diào)整或戰(zhàn)術(shù)配合，以達(dá)到最佳抗干擾效果。

3.2.3 增強(qiáng)反偵察電子屏障

有效干擾往往依賴于對(duì)目標(biāo)信號(hào)的準(zhǔn)確偵查截獲，那么，增強(qiáng)反偵察手段將有助于抗干擾能力提升。載荷允許情況下，可考慮在地面站、中繼衛(wèi)星或飛行器配備通信對(duì)抗干擾設(shè)備，在己方通信頻率上，定向發(fā)射與己方通信頻帶大致相同的各種寬頻帶噪聲或虛假信號(hào)，制造通信“煙幕”，形成強(qiáng)有力的電子干擾屏障，讓己方通信信號(hào)隱藏其中，在有掩護(hù)下通信。這將有效提升數(shù)據(jù)鏈信號(hào)反偵察截獲能力，使敵方真假難辨，很難甚至無法偵收到有用信號(hào)。

3.2.4 提升多路由智能化自組網(wǎng)能力

單鏈路通信網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)壯性畢竟有限，容易受干擾破壞，而多節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)通過動(dòng)態(tài)調(diào)整路由，能夠增加數(shù)據(jù)傳輸靈活性，提升網(wǎng)絡(luò)可靠性和通信有效性。多衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)平臺(tái)與多飛行器協(xié)同作戰(zhàn)時(shí)，若能進(jìn)行任意星間、飛行器間，以及飛行器與中繼星之間智能組網(wǎng)，即當(dāng)上行或下行鏈路受到干擾無法進(jìn)行有效通信時(shí)，通信系統(tǒng)可自動(dòng)進(jìn)行干擾識(shí)別和干擾態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)分析與判斷，并利用拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中其他未被干擾的飛行器或衛(wèi)星，重新選擇最優(yōu)路由，配置、組建安全通信鏈路，靈活避開敵方干擾，就可有效提升飛行器數(shù)據(jù)鏈傳輸安全性和有效性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了無人飛行器衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和鏈路特征，分析并梳理了飛行器數(shù)據(jù)鏈通信易受干擾的環(huán)節(jié)，以及可能面臨的干擾類別和主要干擾樣式及特征，進(jìn)而提出了戰(zhàn)術(shù)與技術(shù)融合的抗干擾思路，并從戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用和技術(shù)提升兩個(gè)層面給出了具體應(yīng)對(duì)策略，可供飛行器作戰(zhàn)使用和相關(guān)技術(shù)研究人員參考。