李峰

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軍事衛(wèi)星通信抗惡意干擾關(guān)鍵技術(shù)研究

李峰

32090部隊(duì)工程師，河北 廊坊 065001

衛(wèi)星通信作為未來(lái)指揮通信和軍事信息傳遞的一種遠(yuǎn)程通信指揮手段，在高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)中的作用越來(lái)越明顯，同時(shí)也易遭到干擾和破壞。簡(jiǎn)述了軍事衛(wèi)星通信面臨的惡意干擾威脅，重點(diǎn)對(duì)衛(wèi)星通信抗干擾的關(guān)鍵技術(shù)手段進(jìn)行了詳細(xì)闡述，指出了探索基于星地空一體化設(shè)計(jì)、綜合運(yùn)用多種抗干擾技術(shù)是軍事衛(wèi)星通信抗惡意干擾研究的發(fā)展方向。

軍事衛(wèi)星通信；抗惡意干擾；關(guān)鍵技術(shù)

引言

由于覆蓋區(qū)域廣，能提供穩(wěn)定、暢通、可靠和大容量的全球通信，衛(wèi)星通信已成為現(xiàn)代軍事戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)通信的主要傳輸手段，在軍事通信中有著特別重要的應(yīng)用價(jià)值。未來(lái)的戰(zhàn)爭(zhēng)是復(fù)雜電磁環(huán)境下的信息化聯(lián)合作戰(zhàn)。軍事通信系統(tǒng)面臨著自身缺陷、復(fù)雜電磁環(huán)境和人為惡意干擾，這對(duì)信息傳輸?shù)目煽啃院陀行援a(chǎn)生一定的影響。因此，深入研究軍事通信抗干擾技術(shù)，提高它的抗惡意干擾能力，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 軍事衛(wèi)星通信面臨的惡意干擾威脅

一個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)由發(fā)端地球站、上行傳播路徑、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器、下行傳播路徑和收端地球站組成。惡意干擾指人為蓄意侵占用戶轉(zhuǎn)發(fā)器，搶占頻點(diǎn)，通過(guò)功率掠奪的方式達(dá)到大信號(hào)壓制小信號(hào)、占用或干擾轉(zhuǎn)發(fā)器的目的。根據(jù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成和工作過(guò)程，軍事衛(wèi)星通信面臨的惡意干擾威脅主要有上行鏈路干擾、轉(zhuǎn)發(fā)器干擾、下行鏈路干擾、遙控遙測(cè)控制指令干擾和衛(wèi)星通信網(wǎng)信令干擾。這些惡意干擾嚴(yán)重影響了通信的質(zhì)量，同時(shí)還有可能導(dǎo)致信息的泄露。

2 軍事衛(wèi)星通信抗惡意干擾的應(yīng)對(duì)措施及關(guān)鍵技術(shù)

抗干擾是指通過(guò)對(duì)信息、信息載體及傳播方式進(jìn)行特定的處理，提高通信接收端的輸出信干比，使其具備區(qū)分有用信號(hào)和干擾信號(hào)的能力，從而正確地接收所需要的信號(hào)。

2.1 地面應(yīng)用抗干擾技術(shù)

2.1.1 擴(kuò)頻技術(shù)

擴(kuò)頻抗干擾技術(shù)包括直接序列擴(kuò)頻技術(shù)、跳頻擴(kuò)頻技術(shù)以及它們的混合技術(shù)。直擴(kuò)是將信號(hào)頻帶變?yōu)檫h(yuǎn)大于信息帶寬的通信方式。它用偽隨機(jī)碼來(lái)產(chǎn)生類(lèi)似白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的寬帶信號(hào)。由于其帶寬很寬、能量分散、電平較低，因此采用一般的接收方式將不能進(jìn)行接收。跳頻是一種以快速改變頻率避開(kāi)對(duì)方截獲與干擾的通信體制。為了確保通信中發(fā)射機(jī)頻率不斷快速變化，接收機(jī)能準(zhǔn)確接收到，收發(fā)設(shè)備的頻率變化按照事先約定的偽隨機(jī)碼進(jìn)行跳變。由于跳頻信號(hào)以頻率的跳變躲避某些頻率點(diǎn)上有意和無(wú)意的干擾，因此跳頻通信具有較強(qiáng)的抗干擾能力。采用擴(kuò)頻技術(shù)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：一是利用擴(kuò)頻實(shí)現(xiàn)多址通信的多址數(shù)目不宜過(guò)多，應(yīng)把擴(kuò)頻處理增益主要用在提高抗干擾能力上；二是由于實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻需要占用轉(zhuǎn)發(fā)器的較寬頻帶，因此采用Ka或更高頻段較為有利。

2.1.2 高頻段通信技術(shù)

軍用衛(wèi)星通信正在由X波段向EHF頻段發(fā)展。EHF頻段有較好的抗干擾特性：一是可得到非常寬的工作頻帶，使擴(kuò)頻技術(shù)在極寬的頻帶內(nèi)充分使用，極大地提高了抗干擾能力；二是在信息速率不變的情況下，可用冗余比特大、糾錯(cuò)能力強(qiáng)的先進(jìn)的糾錯(cuò)編碼技術(shù)及加密技術(shù)，既降低了被截獲的概率，又提高了抗干擾能力；三是可利用頻段寬，易于設(shè)置多個(gè)應(yīng)急備用頻段，戰(zhàn)時(shí)出其不意使用，以增強(qiáng)系統(tǒng)反偵察和抗干擾能力；四是天線增益高，方向性強(qiáng)，敵方不易截獲；五是天線低仰角時(shí)降雨損耗較大，敵方不易跟蹤[1]。

2.1.3 先進(jìn)的差錯(cuò)編碼處理技術(shù)

衛(wèi)星通信系統(tǒng)中使用差錯(cuò)編碼技術(shù)，是以設(shè)備的復(fù)雜性和增加頻帶寬度的方式來(lái)?yè)Q取傳輸性能的提高。高碼率、大約束長(zhǎng)度、高數(shù)據(jù)率和VLSI化成為FEC的發(fā)展方向。當(dāng)前衛(wèi)星通信領(lǐng)域使用的FEC碼主要有卷積編碼-Viterbi譯碼、自正交卷積編碼門(mén)限譯碼、BCH碼、R-S碼、卷積序列譯碼及級(jí)聯(lián)碼、TCM編碼等。這不僅在信噪比較低的高噪聲環(huán)境下性能優(yōu)越，而且具有很強(qiáng)的抗衰落、抗干擾能力。在衛(wèi)星通信中，采用多種差錯(cuò)編碼技術(shù)，可以提高系統(tǒng)性能。

2.1.4 智能組網(wǎng)技術(shù)

衛(wèi)星通信系統(tǒng)本身就是許多復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的集成。智能組網(wǎng)技術(shù)是指衛(wèi)星通信網(wǎng)系可以自動(dòng)感知電磁環(huán)境，對(duì)受干擾程度做出分析判斷，實(shí)時(shí)調(diào)整通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。當(dāng)系統(tǒng)受到不可抵御的強(qiáng)干擾時(shí)，主動(dòng)關(guān)閉某些傳輸通道，減少系統(tǒng)承載信息量，根據(jù)優(yōu)先級(jí)別，優(yōu)先將重要信息迂回到其他路徑進(jìn)行傳輸。當(dāng)干擾分析與識(shí)別設(shè)備發(fā)現(xiàn)干擾消除時(shí)，能自動(dòng)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。目前衛(wèi)星通信中的網(wǎng)絡(luò)抗干擾技術(shù)主要集中在路由選擇協(xié)議中，即節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到干擾后，通知網(wǎng)絡(luò)層，路由選擇協(xié)議根據(jù)受干擾節(jié)點(diǎn)的狀況重新制定路由策略，以避開(kāi)干擾環(huán)境。

2.1.5 寬頻搜索認(rèn)知技術(shù)

認(rèn)知抗干擾衛(wèi)星通信是在星上轉(zhuǎn)發(fā)器或整個(gè)衛(wèi)星的多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器頻段內(nèi)實(shí)時(shí)感知空閑狀態(tài)及干擾的存在，對(duì)衛(wèi)星通信頻譜資源達(dá)到有效利用。寬頻搜索認(rèn)知抗干擾技術(shù)，要求能夠在非常寬的頻帶內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)頻譜搜索，然后感知主要用戶的干擾和存在，再選可用信道以適當(dāng)?shù)恼{(diào)制和編碼方式通過(guò)突發(fā)形式來(lái)傳輸信號(hào)。在沒(méi)有干擾的情況下，認(rèn)知衛(wèi)星通信用戶能夠快速搜索信道、快速傳輸信息。為了對(duì)抗干擾，要求在整個(gè)超寬帶頻譜內(nèi)搜索可用頻譜并快速跳變到空閑信道。當(dāng)檢測(cè)到干擾時(shí)，必須重新感知選擇新的可用信道。作為接收方，應(yīng)快速感知發(fā)送方在一次通信過(guò)程中重新選擇了信道，并切換到新的信道上。在整個(gè)感知過(guò)程中，都是以實(shí)時(shí)寬帶頻譜感知為基礎(chǔ)。實(shí)時(shí)性感知越好，跳選頻率越大，被偵察的概率就越小，受干擾的機(jī)會(huì)就少。

2.1.6 超寬帶多域聯(lián)合跳變猝發(fā)技術(shù)

衛(wèi)星通信干擾是干擾方在某一通信域上對(duì)通信方實(shí)施壓制。這個(gè)信道一般包括時(shí)域、頻域、空域，在有效實(shí)施干擾時(shí)，必須在與被干擾方信號(hào)復(fù)合或匹配的同時(shí)進(jìn)行能量覆蓋。衛(wèi)星通信所具有的寬頻帶，使其能夠更好地利用多種先進(jìn)抗干擾技術(shù)，并進(jìn)行多域聯(lián)合抗干擾[2]。目前，兩項(xiàng)較有前景的衛(wèi)星干擾技術(shù)分別是超寬帶和猝發(fā)技術(shù)，采用正交頻分復(fù)用的多載波多頻帶（MB-OFDM）系統(tǒng)。根據(jù)MB-OFDM特點(diǎn)，采用時(shí)域和頻域交織工作方式，在每個(gè)交織點(diǎn)上可傳輸一個(gè)脈沖，也便于根據(jù)各站發(fā)射功率和干擾情況，降低或取消某一個(gè)或多個(gè)子帶的發(fā)射功率。超寬帶實(shí)質(zhì)上是脈沖通信，采用隨機(jī)方式選擇時(shí)有很好的隱蔽性和抗截獲性，既可以提高隱蔽性和干擾性，又可以提高通信速率，從而提升抗干擾性能。

2.2 星上抗干擾技術(shù)

2.2.1 捷變波束通信技術(shù)

捷變波束通信是一種跳波束通信技術(shù)，通常利用相控陣天線實(shí)現(xiàn)波束指向的快速跳變。其原理是利用敵我雙方信號(hào)在幅度、頻譜、編碼及空間方位的不同，通過(guò)對(duì)天線各陣元進(jìn)行自適應(yīng)加權(quán)處理，自動(dòng)控制和優(yōu)化天線的方向圖，在來(lái)自干擾源的方向上產(chǎn)生深度調(diào)零，使信號(hào)受到的干擾最小。當(dāng)處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)，能產(chǎn)生高增益、低旁瓣電平波束，使衛(wèi)星信號(hào)不容易被敵方截獲；當(dāng)處于接收狀態(tài)時(shí)，能自動(dòng)將方向圖零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)干擾方向，保證有用信號(hào)方向上的增益幾乎不受影響，達(dá)到存在干擾時(shí)衛(wèi)星能正常工作的目的。因此，在利用通信波束方向性增益的同時(shí)，還能大大降低通信被截獲的概率，實(shí)現(xiàn)通信的隱蔽性。如美國(guó)的先進(jìn)極高頻軍事衛(wèi)星采用相控陣捷變波束天線，可以便捷地通過(guò)電子手段改變射頻波束的指向，使用戶之間的波束瞬間跳變。

2.2.2 星上信號(hào)處理技術(shù)

星上處理技術(shù)是避免衛(wèi)星遭受“偵收下行，干擾上行”這一常見(jiàn)干擾手段的有效方法。處理轉(zhuǎn)發(fā)器相對(duì)于透明轉(zhuǎn)發(fā)器有明顯的抗干擾優(yōu)勢(shì)。衛(wèi)星通信的傳輸性能是由上行和下行載波噪聲功率比（C/N）綜合決定的。星上處理的作用是將上行鏈路與下行鏈路分開(kāi)，互不干擾，使上行鏈路的線性動(dòng)態(tài)范圍大幅度增加，確保下行鏈路的射頻功放不被推向飽和，可以對(duì)干擾加以識(shí)別、處理，使其影響減到最小或消除[1]。

星上處理技術(shù)主要包括四類(lèi)：一是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解跳、解擴(kuò)、解調(diào)再生，然后再進(jìn)行相反的過(guò)程，使噪聲不會(huì)積累；二是在多波束天線之間進(jìn)行更高級(jí)的信號(hào)變換和處理，如上行FDMA信號(hào)變?yōu)橄滦蠺DM信號(hào)；三是在不同的衛(wèi)星天線波束之間進(jìn)行多址/復(fù)用轉(zhuǎn)換；四是星上干擾限幅、自動(dòng)增益控制和自適應(yīng)干擾對(duì)消，如美國(guó)的極高頻系列衛(wèi)星通信系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)星上解調(diào)、解跳、再調(diào)頻等處理功能。星上處理轉(zhuǎn)發(fā)器工作時(shí)，抗干擾性能隨擴(kuò)頻增益線性增加，不存在飽和效應(yīng)。

2.2.3多輸入多輸出技術(shù)

多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)是在通信系統(tǒng)的收發(fā)兩端，分別安裝了多個(gè)收發(fā)天線，利用空間中的多個(gè)傳輸信道，成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，同時(shí)抑制信道的衰落，是在分集技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新興的通信技術(shù)。MIMO技術(shù)不但能將同一信息通過(guò)相對(duì)獨(dú)立的多路途徑，通過(guò)多發(fā)射天線分發(fā)，同時(shí)還能將分散傳輸?shù)浇邮拯c(diǎn)的多路信號(hào)，通過(guò)多接收天線有效地接收。通過(guò)多副天線提供的多個(gè)空間信道，降低了信號(hào)電平的衰落幅度，起到了抗干擾作用。

MIMO技術(shù)目前有兩種：一是使用多天線的空時(shí)分組碼，即利用空間和時(shí)間上的編碼，實(shí)現(xiàn)空間分集和時(shí)間分集，在發(fā)射和接收天線給定的情況下能得到最大的分集階數(shù)，并且譯碼技術(shù)簡(jiǎn)單，從而降低信道誤碼率，在時(shí)域、空域同時(shí)實(shí)現(xiàn)了抗干擾。二是使用多天線的正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)，即將OFDM與MIMO技術(shù)相結(jié)合，得到一種新的抗干擾技術(shù)。MIMO技術(shù)無(wú)法對(duì)頻率選擇性衰落進(jìn)行抑制，但OFDM技術(shù)的抗頻率選擇性衰落能力極強(qiáng)。兩種技術(shù)結(jié)合起來(lái)，極大地增強(qiáng)了抗干擾能力。

2.3 空間抗干擾技術(shù)

2.3.1星間鏈路技術(shù)

星間鏈路是指在衛(wèi)星與衛(wèi)星之間直接進(jìn)行相互通信和信息傳輸?shù)逆溌?。用星間鏈路實(shí)現(xiàn)星際通信，使多顆衛(wèi)星形成衛(wèi)星群體，各地的地球站則可通過(guò)衛(wèi)星群進(jìn)行信息傳輸，使用星間鏈路可以建立完全獨(dú)立于地面的衛(wèi)星系統(tǒng)，這樣不僅能實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離通信，而且系統(tǒng)的保密性和安全性都可以大大提高。由于衛(wèi)星利用各自“看得見(jiàn)”的衛(wèi)星和星際鏈路直接通信而不用多跳或經(jīng)地面“中繼”這種易受敵人攻擊的方式，使敵方難以發(fā)現(xiàn)上行信號(hào)。同時(shí)可在地面設(shè)置幾個(gè)移動(dòng)式任務(wù)控制站，由于有星際鏈路，所以任意一個(gè)控制站就可以控制整個(gè)星群，在主控臺(tái)發(fā)生故障，備用控制臺(tái)可瞬時(shí)接通，提高整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾和抗毀能力，星間鏈路一般采用激光或毫米波作為通信手段。

2.3.2空間段轉(zhuǎn)移技術(shù)

在戰(zhàn)時(shí)惡劣的電磁環(huán)境下，通信衛(wèi)星可能因受到強(qiáng)干擾或物理性摧毀而無(wú)法正常工作。在衛(wèi)星失效或被摧毀的情況下，為了保障重要通信節(jié)點(diǎn)之間的低限度通信，可以將衛(wèi)星通信轉(zhuǎn)移到“備份星”或其他軍用或民用衛(wèi)星資源上進(jìn)行通信（空間段轉(zhuǎn)移），采用該技術(shù)能夠有效提高衛(wèi)星通信的抗毀能力。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前看來(lái)，衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)存在著一些自身難以克服的缺陷。比如擴(kuò)頻抗干擾因?yàn)橹攸c(diǎn)研究干擾而導(dǎo)致通信容量下降；點(diǎn)波束抗干擾時(shí)敵我雙方共處于一個(gè)窄點(diǎn)波束覆蓋時(shí)，天線調(diào)零干擾使得己方也無(wú)法通信；星上處理技術(shù)由于無(wú)法避免非法用戶侵入星上接收天線及射頻，會(huì)遭到敵方大功率攻擊，導(dǎo)致轉(zhuǎn)發(fā)器飽和而失效。因此，在繼續(xù)研究新的抗干擾技術(shù)的基礎(chǔ)上，基于星地空一體化設(shè)計(jì)、綜合運(yùn)用多種抗干擾手段是提高軍用衛(wèi)星通信能力的主要努力方向。

[1]姜康林. 外軍衛(wèi)星通信的發(fā)展與啟示[J]. 空間電子技術(shù)，2009（3）：1-6.

Research on Key Technologies of Anti-Malicious Interference in Military Satellite Communication

Li Feng

32090 Force Engineer, Hebei Langfang 065001

Satellite communication, as a means of long-distance communication command for future command communication and military information transmission, is becoming more and more obvious in high-tech warfare, and is also vulnerable to interference and destruction. The paper briefly describes the malicious interference threats faced by military satellite communication, and elaborates on the key technical means of satellite communication anti-interference. It points out that the exploration of satellite-to-ground integrated design and comprehensive application of multiple anti-interference technologies is the development direction of military satellite communication malicious interference research.

military satellite communication; anti-malicious interference; key technology

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