軍事衛(wèi)星通信抗惡意干擾關鍵技術研究

李峰

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軍事衛(wèi)星通信抗惡意干擾關鍵技術研究

李峰

32090部隊工程師，河北 廊坊 065001

衛(wèi)星通信作為未來指揮通信和軍事信息傳遞的一種遠程通信指揮手段，在高技術戰(zhàn)爭中的作用越來越明顯，同時也易遭到干擾和破壞。簡述了軍事衛(wèi)星通信面臨的惡意干擾威脅，重點對衛(wèi)星通信抗干擾的關鍵技術手段進行了詳細闡述，指出了探索基于星地空一體化設計、綜合運用多種抗干擾技術是軍事衛(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；關鍵技術

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)星通信已成為現代軍事戰(zhàn)略、戰(zhàn)術通信的主要傳輸手段，在軍事通信中有著特別重要的應用價值。未來的戰(zhàn)爭是復雜電磁環(huán)境下的信息化聯合作戰(zhàn)。軍事通信系統面臨著自身缺陷、復雜電磁環(huán)境和人為惡意干擾，這對信息傳輸的可靠性和有效性產生一定的影響。因此，深入研究軍事通信抗干擾技術，提高它的抗惡意干擾能力，具有重要的現實意義。

1 軍事衛(wèi)星通信面臨的惡意干擾威脅

一個衛(wèi)星通信系統由發(fā)端地球站、上行傳播路徑、衛(wèi)星轉發(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發(fā)器，搶占頻點，通過功率掠奪的方式達到大信號壓制小信號、占用或干擾轉發(fā)器的目的。根據衛(wèi)星通信系統的組成和工作過程，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、轉發(fā)器干擾、下行鏈路干擾、遙控遙測控制指令干擾和衛(wèi)星通信網信令干擾。這些惡意干擾嚴重影響了通信的質量，同時還有可能導致信息的泄露。

2 軍事衛(wèi)星通信抗惡意干擾的應對措施及關鍵技術

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

2.1 地面應用抗干擾技術

2.1.1 擴頻技術

擴頻抗干擾技術包括直接序列擴頻技術、跳頻擴頻技術以及它們的混合技術。直擴是將信號頻帶變?yōu)檫h大于信息帶寬的通信方式。它用偽隨機碼來產生類似白噪聲統計特性的寬帶信號。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行接收。跳頻是一種以快速改變頻率避開對方截獲與干擾的通信體制。為了確保通信中發(fā)射機頻率不斷快速變化，接收機能準確接收到，收發(fā)設備的頻率變化按照事先約定的偽隨機碼進行跳變。由于跳頻信號以頻率的跳變躲避某些頻率點上有意和無意的干擾，因此跳頻通信具有較強的抗干擾能力。采用擴頻技術應注意以下兩點：一是利用擴頻實現多址通信的多址數目不宜過多，應把擴頻處理增益主要用在提高抗干擾能力上；二是由于實現擴頻需要占用轉發(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

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，使擴頻技術在極寬的頻帶內充分使用，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、糾錯能力強的先進的糾錯編碼技術及加密技術，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，易于設置多個應急備用頻段，戰(zhàn)時出其不意使用，以增強系統反偵察和抗干擾能力；四是天線增益高，方向性強，敵方不易截獲；五是天線低仰角時降雨損耗較大，敵方不易跟蹤[1]。

2.1.3 先進的差錯編碼處理技術

衛(wèi)星通信系統中使用差錯編碼技術，是以設備的復雜性和增加頻帶寬度的方式來換取傳輸性能的提高。高碼率、大約束長度、高數據率和VLSI化成為FEC的發(fā)展方向。當前衛(wèi)星通信領域使用的FEC碼主要有卷積編碼-Viterbi譯碼、自正交卷積編碼門限譯碼、BCH碼、R-S碼、卷積序列譯碼及級聯碼、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，而且具有很強的抗衰落、抗干擾能力。在衛(wèi)星通信中，采用多種差錯編碼技術，可以提高系統性能。

2.1.4 智能組網技術

衛(wèi)星通信系統本身就是許多復雜網絡系統的集成。智能組網技術是指衛(wèi)星通信網系可以自動感知電磁環(huán)境，對受干擾程度做出分析判斷，實時調整通信系統的網絡結構。當系統受到不可抵御的強干擾時，主動關閉某些傳輸通道，減少系統承載信息量，根據優(yōu)先級別，優(yōu)先將重要信息迂回到其他路徑進行傳輸。當干擾分析與識別設備發(fā)現干擾消除時，能自動恢復到正常工作狀態(tài)。目前衛(wèi)星通信中的網絡抗干擾技術主要集中在路由選擇協議中，即節(jié)點檢測到干擾后，通知網絡層，路由選擇協議根據受干擾節(jié)點的狀況重新制定路由策略，以避開干擾環(huán)境。

2.1.5 寬頻搜索認知技術

認知抗干擾衛(wèi)星通信是在星上轉發(fā)器或整個衛(wèi)星的多個轉發(fā)器頻段內實時感知空閑狀態(tài)及干擾的存在，對衛(wèi)星通信頻譜資源達到有效利用。寬頻搜索認知抗干擾技術，要求能夠在非常寬的頻帶內進行實時頻譜搜索，然后感知主要用戶的干擾和存在，再選可用信道以適當的調制和編碼方式通過突發(fā)形式來傳輸信號。在沒有干擾的情況下，認知衛(wèi)星通信用戶能夠快速搜索信道、快速傳輸信息。為了對抗干擾，要求在整個超寬帶頻譜內搜索可用頻譜并快速跳變到空閑信道。當檢測到干擾時，必須重新感知選擇新的可用信道。作為接收方，應快速感知發(fā)送方在一次通信過程中重新選擇了信道，并切換到新的信道上。在整個感知過程中，都是以實時寬帶頻譜感知為基礎。實時性感知越好，跳選頻率越大，被偵察的概率就越小，受干擾的機會就少。

2.1.6 超寬帶多域聯合跳變猝發(fā)技術

衛(wèi)星通信干擾是干擾方在某一通信域上對通信方實施壓制。這個信道一般包括時域、頻域、空域，在有效實施干擾時，必須在與被干擾方信號復合或匹配的同時進行能量覆蓋。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抗干擾技術，并進行多域聯合抗干擾[2]。目前，兩項較有前景的衛(wèi)星干擾技術分別是超寬帶和猝發(fā)技術，采用正交頻分復用的多載波多頻帶（MB-OFDM）系統。根據MB-OFDM特點，采用時域和頻域交織工作方式，在每個交織點上可傳輸一個脈沖，也便于根據各站發(fā)射功率和干擾情況，降低或取消某一個或多個子帶的發(fā)射功率。超寬帶實質上是脈沖通信，采用隨機方式選擇時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

2.2.1 捷變波束通信技術

捷變波束通信是一種跳波束通信技術，通常利用相控陣天線實現波束指向的快速跳變。其原理是利用敵我雙方信號在幅度、頻譜、編碼及空間方位的不同，通過對天線各陣元進行自適應加權處理，自動控制和優(yōu)化天線的方向圖，在來自干擾源的方向上產生深度調零，使信號受到的干擾最小。當處于發(fā)射狀態(tài)時，能產生高增益、低旁瓣電平波束，使衛(wèi)星信號不容易被敵方截獲；當處于接收狀態(tài)時，能自動將方向圖零點對準干擾方向，保證有用信號方向上的增益幾乎不受影響，達到存在干擾時衛(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，還能大大降低通信被截獲的概率，實現通信的隱蔽性。如美國的先進極高頻軍事衛(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 星上信號處理技術

星上處理技術是避免衛(wèi)星遭受“偵收下行，干擾上行”這一常見干擾手段的有效方法。處理轉發(fā)器相對于透明轉發(fā)器有明顯的抗干擾優(yōu)勢。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，互不干擾，使上行鏈路的線性動態(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，可以對干擾加以識別、處理，使其影響減到最小或消除[1]。

星上處理技術主要包括四類：一是對數字信號進行解跳、解擴、解調再生，然后再進行相反的過程，使噪聲不會積累；二是在多波束天線之間進行更高級的信號變換和處理，如上行FDMA信號變?yōu)橄滦蠺DM信號；三是在不同的衛(wèi)星天線波束之間進行多址/復用轉換；四是星上干擾限幅、自動增益控制和自適應干擾對消，如美國的極高頻系列衛(wèi)星通信系統就可以實現星上解調、解跳、再調頻等處理功能。星上處理轉發(fā)器工作時，抗干擾性能隨擴頻增益線性增加，不存在飽和效應。

2.2.3多輸入多輸出技術

多輸入多輸出（MIMO）技術是在通信系統的收發(fā)兩端，分別安裝了多個收發(fā)天線，利用空間中的多個傳輸信道，成倍地提高通信系統的容量和頻譜利用率，同時抑制信道的衰落，是在分集技術基礎上發(fā)展起來的一個新興的通信技術。MIMO技術不但能將同一信息通過相對獨立的多路途徑，通過多發(fā)射天線分發(fā)，同時還能將分散傳輸到接收點的多路信號，通過多接收天線有效地接收。通過多副天線提供的多個空間信道，降低了信號電平的衰落幅度，起到了抗干擾作用。

MIMO技術目前有兩種：一是使用多天線的空時分組碼，即利用空間和時間上的編碼，實現空間分集和時間分集，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，并且譯碼技術簡單，從而降低信道誤碼率，在時域、空域同時實現了抗干擾。二是使用多天線的正交頻分復用（OFDM）技術，即將OFDM與MIMO技術相結合，得到一種新的抗干擾技術。MIMO技術無法對頻率選擇性衰落進行抑制，但OFDM技術的抗頻率選擇性衰落能力極強。兩種技術結合起來，極大地增強了抗干擾能力。

2.3 空間抗干擾技術

2.3.1星間鏈路技術

星間鏈路是指在衛(wèi)星與衛(wèi)星之間直接進行相互通信和信息傳輸的鏈路。用星間鏈路實現星際通信，使多顆衛(wèi)星形成衛(wèi)星群體，各地的地球站則可通過衛(wèi)星群進行信息傳輸，使用星間鏈路可以建立完全獨立于地面的衛(wèi)星系統，這樣不僅能實現超遠距離通信，而且系統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”的衛(wèi)星和星際鏈路直接通信而不用多跳或經地面“中繼”這種易受敵人攻擊的方式，使敵方難以發(fā)現上行信號。同時可在地面設置幾個移動式任務控制站，由于有星際鏈路，所以任意一個控制站就可以控制整個星群，在主控臺發(fā)生故障，備用控制臺可瞬時接通，提高整個系統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空間段轉移技術

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

3 結束語

目前看來，衛(wèi)星通信抗干擾技術存在著一些自身難以克服的缺陷。比如擴頻抗干擾因為重點研究干擾而導致通信容量下降；點波束抗干擾時敵我雙方共處于一個窄點波束覆蓋時，天線調零干擾使得己方也無法通信；星上處理技術由于無法避免非法用戶侵入星上接收天線及射頻，會遭到敵方大功率攻擊，導致轉發(fā)器飽和而失效。因此，在繼續(xù)研究新的抗干擾技術的基礎上，基于星地空一體化設計、綜合運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，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

TN927+.2

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