馬 遷

(海軍大連艦艇學(xué)院，大連 116018)

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艦艇短波通信抗干擾分析

馬 遷

(海軍大連艦艇學(xué)院，大連 116018)

簡(jiǎn)述了水面艦艇短波通信面臨的問(wèn)題,在分析干擾樣式的基礎(chǔ)上研究了短波通信抗干擾模型，并提出了抗干擾對(duì)策。對(duì)增強(qiáng)短波通信抗干擾能力，確保艦艇通信暢通具有重要意義。

艦艇通信；短波通信；抗干擾

0 引 言

作為海軍通信的主要手段，短波通信被廣泛用于海軍艦艇的中遠(yuǎn)距離通信，以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)等通信業(yè)務(wù)。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，海上通信對(duì)抗日趨激烈，艦艇短波通信面臨著越來(lái)越嚴(yán)重的威脅。因此，加強(qiáng)短波通信抗干擾問(wèn)題的研究，確保海上艦艇編隊(duì)作戰(zhàn)通信暢通，對(duì)打贏信息條件下的海上戰(zhàn)爭(zhēng)具有重要意義。

1 海上艦艇短波通信面臨問(wèn)題

隨著軍事通信地位的不斷提升，現(xiàn)代軍事強(qiáng)國(guó)都十分重視通信偵察與干擾技術(shù)，通信對(duì)抗系統(tǒng)的發(fā)展體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)通信偵察范圍大,靈敏度高；(2)干擾樣式多，能力強(qiáng)，具備多目標(biāo)干擾能力；(3)偵察、測(cè)向、干擾融為一體；(4)對(duì)抗平臺(tái)多樣化。

在實(shí)際作戰(zhàn)情況下，海上艦艇短波通信面臨的威脅主要來(lái)自敵方岸基航空兵電子戰(zhàn)部隊(duì)、艦載航空兵電子戰(zhàn)部隊(duì)以及艦艇電子戰(zhàn)部門。從目前美軍裝備的機(jī)載通信對(duì)抗設(shè)備看，通信偵察接收機(jī)的靈敏度一般在-80～-110 dBmW，能接收多種方式的通信信號(hào)；通信測(cè)向精度達(dá)1°均方根值，測(cè)向時(shí)間最短為20 ms，靈敏度一般為0.5～1 μV；通信干擾系統(tǒng)的頻率范圍一般在1.5～230 MHz，干擾功率可達(dá)8～10 kW。與機(jī)載裝備相比，艦載電子對(duì)抗裝備性能相對(duì)落后。

不難看出，艦艇短波頻段完全暴露在通信對(duì)抗系統(tǒng)的偵察與干擾范圍內(nèi)，通信系統(tǒng)面臨著嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。因此，必須采取抗干擾技術(shù)手段，靈活運(yùn)用抗干擾戰(zhàn)術(shù)措施，確保艦艇短波通信聯(lián)絡(luò)暢通。

2 艦艇短波模擬通信抗干擾模型

2.1 短波通信干擾及作戰(zhàn)樣式

海軍作戰(zhàn)指揮通信中，短波通信主要以語(yǔ)音和數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)為主。而單邊帶通信由于具有節(jié)約頻譜、功率及抗干擾能力強(qiáng)等良好特性，被廣泛用于短波通信中。因此，本文主要分析短波單邊帶語(yǔ)音和二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)數(shù)字通信抗干擾問(wèn)題。

2.2 短波通信干擾模型

對(duì)通信系統(tǒng)受干擾程度進(jìn)行效能分析，語(yǔ)音信號(hào)主要考慮相應(yīng)的語(yǔ)音清晰度和可懂度D，數(shù)字信號(hào)主要考慮相應(yīng)的差錯(cuò)率和誤碼率Pe，用其表示語(yǔ)音通信受干擾等級(jí)如下：

D≤0.5或0.2≤Pe時(shí)，受到強(qiáng)烈干擾，干擾等級(jí)為三級(jí)；

0.5

0.7

0.9

對(duì)單音節(jié)詞的語(yǔ)音清晰度有：

D=1-exp[-0.017 41·(ρ0+12)1.602 4]

(1)

以2FSK系統(tǒng)為例，當(dāng)采用最佳非相干解調(diào)時(shí)，誤碼率為:

(2)

式中:ρ0=10lgρ0，為通信接收機(jī)輸出端信噪比。

對(duì)單邊帶通信系統(tǒng)，其接收機(jī)輸出的信噪比約等于輸入功率的信噪比[1]，因此通過(guò)接收機(jī)輸入端的信噪比求得接收機(jī)輸出的信噪比。

由接收機(jī)輸入端信噪比為:

(3)

式中:Psi，Pji分別為進(jìn)入通信接收機(jī)的信號(hào)功率和干擾功率。

考慮到海上艦艇短波通信信號(hào)采用天波傳輸時(shí)，有:

(4)

對(duì)干擾信號(hào)傳輸，有:

(5)

式中：λ為通信信號(hào)波長(zhǎng)；Rt為通信收發(fā)距離；Pt，Gt為通信發(fā)射機(jī)發(fā)射功率和增益；qrt為通信接收天線在發(fā)射方向上的增益；Pj，Gj為干擾機(jī)輸出功率和增益；γj為干擾的極化損失；Rj為干擾機(jī)到通信接收機(jī)距離；qrj(θ)為通信接收天線在干擾方向上的增益；Brj為干擾功率進(jìn)入通信接收機(jī)的百分比。

在干擾信號(hào)中心頻率對(duì)準(zhǔn)通信信號(hào)中心頻率，有效頻偏為fdl，有效調(diào)頻指數(shù)mdl?1，且通信接收機(jī)通頻帶寬為fb時(shí)，有：

(6)

由此可以得到：

(7)

3 短波通信抗干擾分析

對(duì)于短波鞭狀接收天線，為計(jì)算方便，不考慮其方向性，即qrj(θ)=qrt；假設(shè)Pt=Pj，語(yǔ)音通頻帶取300～3 000 Hz；設(shè)Gt=Gj；fdl=800 Hz、fb=2 700 Hz時(shí)，Brj=0.499 7。

當(dāng)取Rt=300 km時(shí)，設(shè)100 km≤Rj≤500 km，Rj與語(yǔ)音清晰度、可懂度D和誤碼率Pe的關(guān)系如圖1所示。

圖1 D和Pe與Rj的關(guān)系(Rt=300 km)

當(dāng)取Rj=100 km時(shí)，設(shè)100 km≤Rt≤500 km，Rt與語(yǔ)音清晰度、可懂度D及誤碼率Pe的關(guān)系如圖2所示。

圖2 D和Pe與Rj的關(guān)系(Rt=100 km)

當(dāng)取Pj=500 W，Rj=Rt時(shí)，Pt(100 W≤Pt≤1 000 W)與語(yǔ)音清晰度、可懂度D和誤碼率Pe的關(guān)系如圖3所示。

圖3 D和Pe與Pt的關(guān)系(Rj=Rt)

對(duì)于語(yǔ)音通信，當(dāng)取Rj=0.5Rt時(shí)，fb(50 Hz≤fb≤3 000)與語(yǔ)音清晰度、可懂度D的關(guān)系如圖4所示。

圖4 D與fb的關(guān)系(Rj=Rt)

對(duì)于數(shù)字通信，主要考慮傳輸速率與信噪比之間的關(guān)系，可通過(guò)香農(nóng)公式進(jìn)行定性分析：

c=b·log2(1+S/N)

(8)

當(dāng)頻帶寬度B一定時(shí)，信噪比S/N與理論最大傳輸速率C之間按對(duì)數(shù)關(guān)系變化，即當(dāng)信道受到干擾信噪比變小時(shí)，理論最大傳輸速率也隨之變小。

4 短波通信抗干擾對(duì)策

通信偵察是通信干擾的情報(bào)保障和支援手段，在平時(shí)和實(shí)施干擾前尋找并監(jiān)視對(duì)方無(wú)線電信號(hào)，進(jìn)行分析識(shí)別，獲取技術(shù)情報(bào)，為實(shí)施干擾做準(zhǔn)備；在實(shí)施干擾的過(guò)程中監(jiān)視對(duì)方信號(hào)并檢查干擾效果，引導(dǎo)干擾機(jī)進(jìn)行干擾[2]。因此，在組織短波通信抗干擾時(shí)，可采取通信抗干擾技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)方法，綜合運(yùn)用通信防偵察和抗干擾措施，以增強(qiáng)艦艇短波通信系統(tǒng)的抗干擾能力。

4.1 采用通信抗干擾技術(shù)

4.1.1 擴(kuò)頻技術(shù)

擴(kuò)頻通信中最常用的2種為直接序列擴(kuò)頻(DS-SS)和跳頻擴(kuò)頻(FH-SS)。

直接序列擴(kuò)頻通信是指在發(fā)射端用偽隨機(jī)擴(kuò)頻碼將待傳輸信息擴(kuò)展為寬帶信號(hào)進(jìn)行傳輸，在接收端利用相應(yīng)手段將其壓縮恢復(fù)，從而獲取傳輸信息的通信。由于接收機(jī)對(duì)DS-SS信號(hào)再次與原擴(kuò)頻偽隨機(jī)序列進(jìn)行波形相乘而還原出信息碼序列，干擾信號(hào)則被接收機(jī)本地偽隨機(jī)碼波形相乘后而擴(kuò)頻，只有很小部分干擾信號(hào)能量能進(jìn)入接收機(jī)中頻窄帶濾波器，絕大部分干擾能量被抑制掉了。DS-SS信號(hào)頻譜密度很低，具有低截獲、難偵收等優(yōu)點(diǎn)。

跳頻技術(shù)是軍事通信抗干擾技術(shù)中應(yīng)用最廣泛最有效的措施之一，其原理是收發(fā)雙方的載波頻率隨偽碼的變化而同步跳變。跳頻信號(hào)載波頻率在很寬的頻帶內(nèi)跳變，使干擾方難以跟瞄，但其瞬時(shí)帶寬同定頻一樣。跳頻通信跳頻信號(hào)的頻譜已被擴(kuò)展，頻譜密度很小，即使有部分頻點(diǎn)被干擾，信號(hào)不會(huì)造成嚴(yán)重畸變，仍能在其他未被干擾的頻點(diǎn)上進(jìn)行正常的通信。

DS/FH混合擴(kuò)頻體制是目前應(yīng)用較多的一種綜合擴(kuò)頻技術(shù)。DS/FH能獲得較大的處理增益，大大提高通信抗干擾能力；既發(fā)揮DS信號(hào)的低截獲、高隱蔽性優(yōu)點(diǎn)，又發(fā)揮了跳頻的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，克服了遠(yuǎn)近效應(yīng)、多徑效應(yīng)、同臺(tái)干擾等缺點(diǎn)。

4.1.2 猝發(fā)傳輸技術(shù)

猝發(fā)通信是首先將正常速率的信息存貯起來(lái)，然后在某瞬間以10～100倍或更高于正常速率的速度猝發(fā)；接收機(jī)則是將信息記錄下來(lái)后，按正常速率恢復(fù)出原信號(hào)。猝發(fā)通信具有隨機(jī)性和短暫性，是一種有效的抗干擾措施，主要分為兩類：一類是同步數(shù)字信息猝發(fā)裝置，它是直接將數(shù)字信息發(fā)送出去，具有高的數(shù)傳速率；另一類是調(diào)制式數(shù)字信息猝發(fā)裝置，發(fā)送時(shí)先將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行頻移鍵控(FSK)調(diào)制，變成相應(yīng)的2個(gè)或多個(gè)單音音頻信號(hào)發(fā)送出去，這種裝置數(shù)傳速率較低，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

4.1.3 自適應(yīng)技術(shù)

(1) 自適應(yīng)天線技術(shù)

由式(7)可知，增大qrt值可增強(qiáng)短波通信抗干擾能力。自適應(yīng)調(diào)零天線是采用空間信號(hào)處理技術(shù)，通過(guò)控制相控陣天線單元的距離和天線電流的相位，使天線方向圖的波瓣零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)干擾方向，而使最大方向主波束對(duì)準(zhǔn)接收信號(hào)方向，其本質(zhì)是一種自動(dòng)調(diào)節(jié)天線方向圖的空間濾波器。所以，自適應(yīng)天線具有很強(qiáng)的抗干擾能力，能有效對(duì)抗不同形式的干擾，如寬帶干擾、窄帶干擾、同頻干擾、鄰道干擾。

(2) 自適應(yīng)功率控制技術(shù)

由式(7)可知，增大Pt值可增強(qiáng)短波通信抗干擾能力。功率自適應(yīng)控制是根據(jù)干擾信號(hào)電平的高低來(lái)調(diào)整發(fā)射機(jī)的輸出功率，使輸出信號(hào)電平隨干擾信號(hào)電平變化而變化，這樣既節(jié)省信號(hào)功率，又能壓制干擾信號(hào)，同時(shí)降低對(duì)友鄰電臺(tái)的干擾。

(3) 自適應(yīng)信道選擇技術(shù)

自適應(yīng)信道選擇技術(shù)同自適應(yīng)跳頻技術(shù)相類似，是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信道特性和質(zhì)量，及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)敵對(duì)方施放的電子干擾種類和特性，迅速采取相應(yīng)的抗干擾措施；或者遇到干擾時(shí)，自動(dòng)切換到最佳信道或次最佳信道上繼續(xù)進(jìn)行通信。

4.2 采取通信抗干擾戰(zhàn)術(shù)

4.2.1 防敵通信偵察戰(zhàn)術(shù)措施

(1) 無(wú)線電屏障

無(wú)線電通信屏障，就是利用自然干擾或已方通信干擾信號(hào)，使己方無(wú)線電信號(hào)靠近或隱藏在無(wú)線電噪聲中，使敵難以有效實(shí)施通信偵察。

(2) 無(wú)線電佯動(dòng)

組織無(wú)線電佯動(dòng)，建立無(wú)線電佯動(dòng)網(wǎng)，是反敵無(wú)線電通信偵察的重要措施[3]。例如，為保障我主要作戰(zhàn)方向的主要無(wú)線電通信網(wǎng)(專)正常工作，可在次要方向設(shè)置佯動(dòng)臺(tái)，建立無(wú)線電佯動(dòng)網(wǎng)；在敵容易捕捉到的頻率上出現(xiàn)、頻繁聯(lián)絡(luò)、發(fā)假電報(bào)、假信號(hào)，并適時(shí)改頻，制造假象，迷惑牽制敵人。

(3) 無(wú)線電靜默

分為單向靜默和全面靜默，即在規(guī)定的時(shí)間和空間內(nèi)，禁止無(wú)線電臺(tái)發(fā)信，通常結(jié)合無(wú)線電佯動(dòng)，實(shí)現(xiàn)防敵通信偵察、隱蔽艦艇行動(dòng)的目的。在實(shí)施無(wú)線電靜默期間，可采用視覺(jué)手段達(dá)成近距離通信。

(4) 控制發(fā)射功率

由式(4)可知，在敵偵察接收機(jī)靈敏度一定的情況下，大功率信號(hào)傳播距離遠(yuǎn)，容易被敵偵察、測(cè)定。因此，在不影響通信效果的前提下，應(yīng)盡量減小發(fā)射機(jī)功率，防止敵方電子偵察。

(5) 縮短發(fā)信時(shí)間

應(yīng)盡量減少報(bào)量、縮短報(bào)文，廣泛采用無(wú)線電信號(hào)通信，簡(jiǎn)化聯(lián)絡(luò)手續(xù)、短呼叫、短勤務(wù)會(huì)話、短工作，減少電臺(tái)開(kāi)機(jī)數(shù)量和次數(shù),采用快速通信設(shè)備快速傳輸信號(hào)；提高報(bào)務(wù)員技能，快速收發(fā)無(wú)線電報(bào)、電話，將帶有信息內(nèi)容的無(wú)線電波在空中暴露的時(shí)間減少到最低程度。

4.2.2 反敵通信干擾戰(zhàn)術(shù)措施

(1) 驅(qū)離干擾平臺(tái)

由圖1可知，當(dāng)敵干擾平臺(tái)與我接收機(jī)距離增大時(shí)，干擾效果將明顯變?nèi)?。因此可使用軟硬結(jié)合的對(duì)抗方式，通過(guò)驅(qū)離敵干擾平臺(tái)以增加干擾機(jī)與我接收機(jī)間距離，或直接摧毀敵方干擾平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)短波抗干擾通信，降低敵方通信干擾效果。

(2) 縮短收發(fā)距離

由圖2可知，當(dāng)我通信收發(fā)距離變小時(shí)，受干擾情況將明顯減弱。因此，在滿足作戰(zhàn)要求的情況下，可通過(guò)調(diào)整艦艇陣位以縮短我通信發(fā)射機(jī)與接收機(jī)間距離，降低敵方對(duì)我實(shí)施的通信干擾程度，改善短波通信效果；如果滿足通信時(shí)限要求，也可采取設(shè)置通信中繼平臺(tái)，間接縮短通信距離，通過(guò)轉(zhuǎn)信方式達(dá)成短波抗干擾通信。

(3) 加大發(fā)信功率

由式(7)可知，增大通信發(fā)射功率可改善通信效果，降低通信干擾程度，但通過(guò)對(duì)圖3的分析可知，其效果只是在一定范圍內(nèi)比較明顯。同時(shí)還應(yīng)注意到，采用大功率通信使我方電磁暴露的幾率增大，易遭敵火力攻擊。

(4) 優(yōu)選工作方式

由圖4可知，當(dāng)敵采取阻塞干擾時(shí)，接收機(jī)通頻帶寬對(duì)語(yǔ)音可懂度的影響較大，當(dāng)接收機(jī)帶寬增加時(shí)，語(yǔ)音可懂度迅速下降。因此，在傳輸信息量要求不大的情況下，可改變工作方式，選擇窄帶通信模式以減小接收機(jī)通頻帶寬，降低敵方通信干擾效果。

(5) 合理調(diào)整速率

由式(8)可知，在接收機(jī)通頻帶寬一定的情況下，當(dāng)短波信道受到干擾，信噪比下降。此時(shí)，可通過(guò)降低信息速率的方式，改善短波通信數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著通信干擾技術(shù)的不斷發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)通信抗干擾目的，艦艇短波通信應(yīng)充分發(fā)揮抗干擾裝備優(yōu) 勢(shì)，同時(shí)靈活運(yùn)用抗干擾戰(zhàn)術(shù)措施，兼顧通信防偵察和抗干擾兩個(gè)方面，確保艦艇短波通信聯(lián)絡(luò)暢通。

[1] 邵國(guó)培，曹志耀，何俊,等.電子對(duì)抗作戰(zhàn)效能分析[M].北京:解放軍出版社，1998.

[2] 王紅星，曹建平.通信偵察與干擾技術(shù)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2005.

[3] 張海勇.未來(lái)高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)海上聯(lián)合編隊(duì)通信網(wǎng)的保密措施[J].艦船電子工程，2000(3):45-47.

Analysis on Anti-jamming of Short Wave Communication in Warships

MA Qian

(Dalian Naval Academy,Dalian 116018，China)

This paper briefly describes the problems faced by short wave communication in surface warships,based on analyzing the jamming modes,studies the anti-jamming model of short wave communication,and puts forward the methods of anti-jamming,which is of important meaning for enhancing the anti-jamming capacity of short wave communication and keeping warship communication free.

warship communication;short wave communication;anti-jamming

2015-04-18

TN975

A

CN32-1413(2015)04-0021-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.04.006