張 杰 邵海霞

（1.陸軍炮兵防空兵學(xué)院研究生大隊(duì)二隊(duì) 合肥 230031）（2.解放軍31441部隊(duì) 沈陽(yáng) 110001）

1 引言

通信干擾彈是用常規(guī)火炮、火箭炮發(fā)射，以彈藥作為運(yùn)載工具，將干擾機(jī)快速運(yùn)載到敵目標(biāo)區(qū)域，完成通信干擾任務(wù)的特種炮彈。其簡(jiǎn)要工作流程圖如圖1所示［1］。

圖1 留空式干擾彈簡(jiǎn)要工作過程

由于彈丸體積小且高速飛行，敵方無法攔截，突防能力和生存能力強(qiáng)，和同類干擾裝備相比，便于大量裝備使用，并且無人操作，可避免人員傷亡，符合現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)理念［1～3］。

但是隨著反干擾技術(shù)手段的日益進(jìn)步和更新，截獲干擾信號(hào)并分析信號(hào)特征，從而調(diào)整通信策略避其“干擾鋒芒”已成為敵通信設(shè)備的必然選擇，因此研究和設(shè)計(jì)一種加密的彈載通信干擾信號(hào)，防止被敵獲取情報(bào)信息顯得尤為重要。

由于欺騙式干擾是通過模擬敵方的通信信號(hào)來欺騙對(duì)方，它的有效性主要取決于戰(zhàn)術(shù)上的運(yùn)用，一般來說，欺騙干擾較難獲得成功，它要求干擾信號(hào)與敵通信信號(hào)要及其相似，需要充分掌握敵通信電臺(tái)的技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)特點(diǎn)、通聯(lián)規(guī)律等資料，為了獲得更好的效果，有時(shí)還需要其它兵種的協(xié)同。對(duì)于采用密碼技術(shù)的通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)欺騙干擾比較困難，這里只討論壓制式干擾信號(hào)［4～5］。

2 彈載通信干擾信號(hào)

彈載通信干擾機(jī)要想達(dá)到預(yù)期的干擾效果，干擾種類至關(guān)重要。干擾種類包括干擾方式和干擾樣式［6］，其中干擾方式包括瞄準(zhǔn)式干擾、阻塞式干擾、掃頻式干擾等；干擾樣式分為噪聲調(diào)頻干擾、噪聲調(diào)幅干擾、噪聲雙邊帶干擾等。與傳統(tǒng)通信干擾機(jī)不同，彈載通信干擾機(jī)干擾種類的選取必須嚴(yán)格遵守以下要求。

1）干擾功率的限制：彈載通信干擾機(jī)的發(fā)射功率不是越大越好，寸土寸金的彈載空間無法滿足大功率發(fā)射要求；

2）反應(yīng)時(shí)間：對(duì)于瞄準(zhǔn)式干擾來說，要想完成對(duì)目標(biāo)的干擾，從瞄準(zhǔn)式干擾中的引導(dǎo)接收機(jī)截獲到目標(biāo)信號(hào)開始到干擾機(jī)發(fā)射出干擾的這段時(shí)間越短越好，尤其是對(duì)干擾跳頻電臺(tái)來說，反應(yīng)時(shí)間不能超過每一跳的駐留時(shí)間的1/2，否則干擾無效；如果彈載通信干擾機(jī)采用瞄準(zhǔn)式干擾的話，時(shí)間和精度上無法保證，實(shí)現(xiàn)難度較大。

3）頻率范圍及干擾帶寬應(yīng)可調(diào)整，以便適應(yīng)對(duì)不同頻段干擾的需要，同時(shí)干擾頻譜中各干擾分量的能量應(yīng)盡可能相等，各干擾分量的頻率間隔應(yīng)與所干擾頻段內(nèi)信號(hào)的信道間隔相匹配。

本文以阻塞式干擾為例進(jìn)行討論。阻塞式干擾有全頻段干擾、梳妝干擾、多音干擾三種模式，信號(hào)頻譜如圖2～4所示。

圖2 全頻段干擾信號(hào)頻譜

圖3 梳狀干擾信號(hào)頻譜

本文以多音干擾信號(hào)為例，詳細(xì)說明彈載通信干擾信號(hào)的加密過程。

3 彈載通信干擾信號(hào)加密過程

彈載通信干擾信號(hào)加密原理框圖如圖5所示。

圖4 多音干擾信號(hào)頻譜

圖5 干擾信號(hào)的加密流程

加密方法選用混沌加密，是基于離散混沌映射的加密系統(tǒng) Logistic映射［7～8］。Logistic 映射被公認(rèn)為是能體現(xiàn)混沌特點(diǎn)的最簡(jiǎn)單的離散混沌系統(tǒng)映射，它來源于對(duì)人口增長(zhǎng)模型的研究，表達(dá)式為x(n+1)=f(x(n))=μ·x(n)·(1-x(n))，x(n)∈[0，1]，其中，x(n)、x(n+1)為L(zhǎng)ogistic映射的狀態(tài)值，μ為系統(tǒng)參數(shù)。

圖6 logistic映射分岔圖

圖6繪出了當(dāng)x在［0，1］之間取值，μ在［2.8，3.99］之間取值時(shí)Logistic映射分岔圖，當(dāng)μ=3.569945672時(shí)，進(jìn)入混沌狀態(tài)。因此將Logistic映射應(yīng)用于保密通信時(shí)，通常將初始狀態(tài)值和參數(shù)μ作為密鑰?；煦缂用芊桨傅木唧w流程如下。

在偽混沌位序列產(chǎn)生方法上，采取不同μ值、不同初始狀態(tài)值的兩個(gè)不同Logistic混沌映射進(jìn)行迭代，先讓它們分別初始迭代m、n次（m≠n），再同時(shí)迭代，通過動(dòng)態(tài)比較兩個(gè)映射每次迭代的狀態(tài)值，產(chǎn)生二進(jìn)制偽混沌序列。具體算法是：

1）在區(qū)間［3.57，4］中，選擇兩個(gè)不同的μ值，分別作為兩個(gè)映射參數(shù)；

2）在區(qū)間［0，1］中，選擇兩個(gè)不同的實(shí)數(shù)，分別作為兩個(gè)映射迭代的初始狀態(tài)值；

3）在區(qū)間［50，100］中，選擇兩個(gè)不同的整數(shù)m、n，分別作為兩個(gè)映射的初始迭代次數(shù)。兩個(gè)映射先分別迭代m和n次，得到兩個(gè)狀態(tài)值xm和yn，然后再開始同時(shí)迭代，每次迭代后，比較兩個(gè)映射的狀態(tài)值。如果兩個(gè)映射分別表示為f1和f2，如果f1(xm)＞f2(yn)，產(chǎn)生二進(jìn)制位‘1'；否則，產(chǎn)生二進(jìn)制位‘0'。如此類推，形成偽混沌二進(jìn)制位序列；

4）讀入明文信息，對(duì)每一個(gè)明文信息位，依據(jù)第3）步算法，將兩個(gè)映射迭代，比較每次迭代后的狀態(tài)值，產(chǎn)生二進(jìn)制位0或1，并與明文信息位進(jìn)行模2加運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)加密。該操作一直持續(xù)到將所有明文信息位加密完為止。

由于μ、初始狀態(tài)值、初始迭代次數(shù)皆可選擇，因此，即使明文信息中出現(xiàn)重復(fù)字符，加密后也會(huì)產(chǎn)生不同的密文。不同μ值、不同初始狀態(tài)值以及不同的初始迭代次數(shù)的組合大大地減少了周期窗口出現(xiàn)的幾率，提升了偽混沌二進(jìn)制位序列的不可預(yù)測(cè)性，擴(kuò)大密鑰空間的同時(shí)提高了算法安全性。

圖7 混沌加密流程設(shè)計(jì)

為了進(jìn)一步提高保密性能，本方案每次加密前可自行設(shè)置密碼，方案依據(jù)特定的算法，根據(jù)密碼生成μ值、初始狀態(tài)值以及初始迭代次數(shù)值，達(dá)到“一次一密”的效果。

加密程序設(shè)計(jì)流程如圖7所示。

4 彈載通信干擾信號(hào)加密演示

彈載通信干擾信號(hào)加密程序如下（這里的初始干擾信號(hào)通過采集聲音片段［9～10］生成）：

第一步：采集聲音片段，并進(jìn)行保存。

%采集5秒聲音片段

fs=8000；

Data=1：64；Data=（Data'*Data）/64；

uiwait（msgbox（'開始采集'，'采集'，'custom'，Data，hot（64）））；

y=audiorecorder（fs，16，1）；

recordblocking（y，5）；

myRecording=getaudiodata（y）；

audiowrite （'*********JammingSignal_Encrypions.wav'，myRecording，fs）；%存儲(chǔ)路徑

msgbox（'采集結(jié)束'，'采集'，'custom'，Data，hot（64））；

第二步：選取合適的采樣率，對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行采樣，并對(duì)其進(jìn)行FFT變換，畫出其波形圖與頻譜圖［11］。

第三步：將原始干擾信號(hào)擴(kuò)大1000倍并取整，將原始干擾信號(hào)記錄值變?yōu)槭M(jìn)制整數(shù)，為將其轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制做準(zhǔn)備。該步驟對(duì)原始干擾信號(hào)放大并取整，使其丟失了部分原始數(shù)據(jù)，同時(shí)放大了噪聲，最終使得待處理干擾信號(hào)部分失真，聽起來比原干擾信號(hào)模糊。

第四步：編寫帶符號(hào)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)二進(jìn)制函數(shù)以及將二進(jìn)制表示為有符號(hào)十進(jìn)制數(shù)，并調(diào)用該函數(shù)將上一步得到的干擾信號(hào)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制，為加密做準(zhǔn)備。

第五步：設(shè)置初值，即密碼，然后利用logistic算法，產(chǎn)生加密文段。

第六步：將產(chǎn)生的加密文段與待處理干擾信號(hào)進(jìn)行模2和得到加密干擾信號(hào)，并生成加密干擾信號(hào)的波形圖與FFT圖。

第七步：播放原始干擾信號(hào)、加密干擾信號(hào)，并將它們進(jìn)行對(duì)比。

在Matlab GUI平臺(tái)下［12］設(shè)計(jì)彈載通信干擾信號(hào)加密演示界面，如圖8所示。

圖8 彈載通信干擾信號(hào)加密演示界面

本文假設(shè)密鑰 k1=0.3；u1=3.7；k2=0.6；u2=3.9。加密前后的信號(hào)頻譜、信號(hào)波形如圖9～11所示。

圖9 原始干擾信號(hào)波形頻譜

圖10 預(yù)處理干擾信號(hào)波形頻譜

5 結(jié)語

通過試聽，對(duì)比原始干擾信號(hào)和加密干擾信號(hào)，加密干擾信號(hào)完全聽不清，只是聽到一片嘈雜聲。但是加密的同時(shí)，也增加了信號(hào)功率，給彈載干擾器件帶來了一定負(fù)擔(dān)。因此對(duì)彈載通信干擾來說，需要結(jié)合實(shí)際彈載條件，兼顧低功耗和干擾信號(hào)的加密是下一步研究的重點(diǎn)。

圖11 加密干擾信號(hào)波形頻譜