馮微+楊仕平+王健+鄭晨熹

摘 要： 隨著通信干擾技術(shù)的不斷發(fā)展，戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)也將面對(duì)諸如阻塞干擾、跟蹤干擾、錄放干擾以及靈巧干擾等干擾手段，如何對(duì)抗這類(lèi)干擾手段，提升無(wú)線通信的可靠性，針對(duì)相應(yīng)的LPI/LPD抗干擾技術(shù)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞： 無(wú)線通信； 抗干擾； 跳頻通信； 擴(kuò)頻通信； LPI/LPD

中圖分類(lèi)號(hào)： TN925?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）15?0020?03

Study on LPI/LPD communication technology under complicated EM environment

FENG Wei1， YANG Shi?ping2， WANG Jian2， ZHENG Chen?xi2

（1. China Electronics System Equipment Engineering Corporation Institute， Beijing 100141， China；

2. Guangzhou Haige Communications Group Incorporated Company， Guangzhou 510663， China）

Abstract： With constant development of communication interference technology， tactical communication systems will be faced with various interference means， such as blockage interference， tracking interference， recording/playing interference， ingenious interference， etc. The corresponding LPI/LPD interference?free technology is studied in this paper to deal with the interference means and upgrade the reliability of wireless communication.

Keywords： wireless communication； interference?free； frequency?hopping communication； spectrum?spreading communication； LPI/LPD

目前，我國(guó)周邊局部地區(qū)局勢(shì)仍顯緊張，迫使我國(guó)軍事斗爭(zhēng)策略要順應(yīng)新軍事變革而積極調(diào)整與變化，要革命性地應(yīng)用信息新技術(shù)，增強(qiáng)武器裝備性能，提高部隊(duì)的作戰(zhàn)效能，“制電磁權(quán)”斗爭(zhēng)已成為贏得戰(zhàn)爭(zhēng)勝利的關(guān)鍵。為保障作戰(zhàn)部隊(duì)在電磁環(huán)境高度復(fù)雜密集的現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)上執(zhí)行任務(wù)和機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)，通信系統(tǒng)必須具備較強(qiáng)的電子防御能力；否則，作戰(zhàn)編隊(duì)通信一旦遭到干擾、壓制和破壞，就會(huì)使指揮協(xié)同中斷，中樞神經(jīng)癱瘓，指揮控制失靈，使任何強(qiáng)大的兵力和先進(jìn)的武器系統(tǒng)都無(wú)法發(fā)揮其應(yīng)有的效能[1]。因此，研究無(wú)線通信裝備的低截獲/低檢測(cè)（LPI/LPD）技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 國(guó)外抗干擾通信發(fā)展趨勢(shì)

隨著用戶話音、數(shù)據(jù)、視頻等應(yīng)用業(yè)務(wù)的日益增多，對(duì)無(wú)線傳輸帶寬提出了更高的要求，在民用領(lǐng)域，出現(xiàn)了以WiMAX，LTE為代表的民用寬帶通信系統(tǒng)，在軍用領(lǐng)域，出現(xiàn)了以美軍寬帶網(wǎng)絡(luò)波形WNW、單兵電臺(tái)波形SRW為代表的軍用寬帶通信系統(tǒng)。從技術(shù)發(fā)展階段來(lái)講，軍用寬帶波形WNW/SRW與民用寬帶波形WiMAX/LTE的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖1所示，他們都屬于第四代通信系統(tǒng)，其中WNW波形的最高速率達(dá)5 Mb/s，SRW波形的最高速率達(dá)2 Mb/s。

圖1 美軍寬帶波形的發(fā)展趨勢(shì)

就抗干擾能力而言，美軍的寬帶網(wǎng)絡(luò)波形WNW與單兵電臺(tái)波形SRW也根據(jù)應(yīng)用環(huán)境，設(shè)計(jì)了多種工作模式，如圖2所示，WNW波形主要包括OFDM寬帶模式、LPI/LPD模式、AJ模式、BEAM模式；SRW波形則主要包括Combat Comms，LPI/LPD模式、電子戰(zhàn)模式。

2 LPI/LPD技術(shù)簡(jiǎn)介

從抗干擾的側(cè)重點(diǎn)來(lái)講，低截獲（Low Probability of Interception，LPI）與低檢測(cè)（Low Probability of Deception，LPD）有所不同，其中LPI技術(shù)主要是確保信息安全，即使敵方知道我方在通信，但抓不住我方通信內(nèi)容，如圖3所示，主要實(shí)現(xiàn)手段包括定速/變速跳頻、跳時(shí)、直序擴(kuò)頻、混合擴(kuò)頻、調(diào)制變換等技術(shù)；LPD技術(shù)主要是防止頻譜暴露，讓敵方不知道我方在什么時(shí)間通信，主要包括功率自適應(yīng)、定向天線、散射通信等技術(shù)[2]。

圖2 美軍WNW波形與SRW波形的功能特點(diǎn)對(duì)比

圖3 典型的LPI/LPD技術(shù)

3 LPI/LPD抗干擾設(shè)計(jì)

海軍戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境是變化的，任何一種通信干擾措施的有效性都不是絕對(duì)的，必須根據(jù)實(shí)際情況，采取不同的策略。就裝備使用而言，研究抗干擾措施，應(yīng)從多方面考慮，一種抗干擾措施對(duì)某種干擾有效，而對(duì)另一種干擾則無(wú)效，而另一種干擾措施可能相反，如能將兩種抗干擾措施結(jié)合，則抗干擾能力便會(huì)提高。例如DS?SS（擴(kuò)頻）抗單頻干擾和遠(yuǎn)近干擾能力較差，F(xiàn)H?SS（跳頻）抗寬帶干擾和中繼轉(zhuǎn)發(fā)式干擾較差；而DS?FH 混合擴(kuò)頻調(diào)制卻在抗單頻干擾、寬帶干擾和遠(yuǎn)近干擾、中繼轉(zhuǎn)發(fā)式干擾方面能力都很強(qiáng)[3]。

針對(duì)上述各種干擾方式的特點(diǎn)，LPI/LPD抗干擾通信波形的設(shè)計(jì)從技術(shù)體制角度而言，可從以下幾個(gè)技術(shù)方面進(jìn)行研究。

3.1 擴(kuò)維通信技術(shù)

為了解決傳統(tǒng)擴(kuò)跳頻通信面臨的頻帶利用率低、抗干擾能力差的矛盾，擴(kuò)維通信由同類(lèi)技術(shù)的擴(kuò)頻通信延伸拓展而來(lái)。擴(kuò)維是在擴(kuò)頻的基礎(chǔ)上，讓擴(kuò)頻圖案攜帶信息，由單一的頻域擴(kuò)展拓展到任一正交基上的擴(kuò)展，其具有天然的高頻譜利用率；同時(shí)擴(kuò)維通信利用小的瞬時(shí)維度和大的統(tǒng)計(jì)維度，達(dá)到了強(qiáng)的抗干擾能力，尤其是對(duì)抗靈巧干擾的能力[4?5]。

擴(kuò)維通信與廣義的擴(kuò)頻通信信號(hào)在頻域上都表現(xiàn)為占據(jù)很寬的頻譜，但二者傳送信息的機(jī)理有顯著不同。以跳頻和頻域擴(kuò)維為例，圖4顯示了兩者不同的工作原理。跳頻通信中跳頻圖案由通信雙方事先約定不攜帶任何信息，信息的傳輸在圖中表示為不同的方格類(lèi)型，跳頻是通過(guò)在頻點(diǎn)上調(diào)制不同的相位、幅度攜帶信息。頻域擴(kuò)維中不同的頻點(diǎn)代表了信號(hào)不同的基（維），擴(kuò)維一方面在頻點(diǎn)上調(diào)制不同的相位、幅度，另一方面頻點(diǎn)自身也是攜帶信息的，圖中顯示為不同的序號(hào)，這樣在同樣的帶寬下就可以大大增加攜帶信息的能力。

圖4 頻域擴(kuò)維與跳頻工作原理比較示意圖

對(duì)于空間信息傳輸，整個(gè)信號(hào)暴露在開(kāi)放的電磁環(huán)境，跳擴(kuò)頻圖案容易被電子偵察等手段獲得，當(dāng)通信雙方的圖案（基）暴露后，信號(hào)空間可以進(jìn)行變換投影，其示意如圖5所示。對(duì)于跳頻通信信號(hào)投影到預(yù)定的圖案上時(shí)，信號(hào)空間被壓縮到一維。而對(duì)于頻域擴(kuò)維信號(hào)，由于占據(jù)了多個(gè)基，無(wú)論怎樣變換投影，其信號(hào)維度保持不變。信號(hào)空間的差異將顯著影響頻譜資源的利用效益和抗干擾的能力。

圖5 信號(hào)變換投影示意圖

3.2 抗靈巧干擾通信技術(shù)

軍用通信系統(tǒng)不僅要抗跟蹤、阻塞干擾等，還要防止系統(tǒng)受到電子欺騙，即通過(guò)在消息中加入假消息，復(fù)制信息和錯(cuò)誤信息實(shí)現(xiàn)欺騙的目的。當(dāng)波形缺乏足夠的捷變性和隨機(jī)性時(shí)，將增大被截獲和定位的可能性。敵方通過(guò)對(duì)發(fā)射信號(hào)和特征參數(shù)間（同步信號(hào)、脈沖類(lèi)型、頻譜、通信密度等）進(jìn)行觀測(cè)，充分利用暴露的同步信號(hào)等特性參數(shù)，實(shí)現(xiàn)“靈巧干擾”[6]。

對(duì)抗靈巧干擾最有效的方法就是增強(qiáng)信號(hào)發(fā)送的不確定性，使其具有偽隨機(jī)特性，包括發(fā)送時(shí)間的隨機(jī)性，發(fā)射頻率的隨機(jī)性，發(fā)射信號(hào)特性的不確定。其中發(fā)射頻率的隨機(jī)性可由隨機(jī)跳頻圖案實(shí)現(xiàn)；發(fā)射信號(hào)特性的隨機(jī)性可通過(guò)對(duì)信號(hào)的變換實(shí)現(xiàn)，例如對(duì)信號(hào)進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換，而且變換參數(shù)也是偽隨機(jī)變化的；發(fā)射時(shí)間的隨機(jī)性可通過(guò)初始抖動(dòng)或跳時(shí)實(shí)現(xiàn)。初始抖動(dòng)是對(duì)消息初始時(shí)間的隨機(jī)化，即在一個(gè)時(shí)隙傳輸?shù)拈_(kāi)始階段是一段隨機(jī)可變的時(shí)延。這樣可防止干擾方通過(guò)加大信號(hào)傳輸間隔，用峰值功率攻擊信息的同步信息，減少了混入接收信號(hào)的干擾信號(hào)能量。

另一種發(fā)射時(shí)間隨機(jī)化方法是跳時(shí)。跳時(shí)與跳頻類(lèi)似，所不同的是發(fā)射信號(hào)在時(shí)間軸上跳變。將時(shí)間軸劃分為許多時(shí)間片，在一幀內(nèi)哪個(gè)時(shí)間片發(fā)射信號(hào)由偽隨機(jī)序列進(jìn)行控制。由于采用較窄的時(shí)間片發(fā)射信號(hào)，相對(duì)而言，信號(hào)的頻譜也就展寬了。

為了更好地抵抗靈巧干擾，需要綜合適用多種隨機(jī)化技術(shù)，TDMA系統(tǒng)下的綜合利用跳頻+跳時(shí)的示意圖。如圖6所示，每一個(gè)時(shí)隙的發(fā)射頻點(diǎn)不同（跳頻），實(shí)現(xiàn)了頻率的隨機(jī)化； 同時(shí)每一個(gè)時(shí)隙劃分為多個(gè)更小的時(shí)間片，用戶在時(shí)隙內(nèi)偽隨機(jī)選擇某一個(gè)時(shí)間片發(fā)射信號(hào)（跳時(shí)），并且發(fā)射初始時(shí)間延遲是隨機(jī)可變的（抖動(dòng)），實(shí)現(xiàn)了時(shí)間的隨機(jī)化。

圖6 跳頻+跳時(shí)抗干擾設(shè)計(jì)示意圖

將跳頻圖案相同的用戶分為一組， 組內(nèi)不同用戶每個(gè)時(shí)隙占用的時(shí)間片，初始時(shí)延抖動(dòng)都各不相同，實(shí)現(xiàn)正交跳時(shí)。通過(guò)正交跳頻和正交跳時(shí)，各用戶互不影響的同時(shí)傳輸，也實(shí)現(xiàn)了時(shí)間、頻率上的隨機(jī)化，更好地抵抗靈巧干擾的影響。

3.3 信號(hào)調(diào)制特征跳變技術(shù)

該技術(shù)通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)射參數(shù)，如帶寬、調(diào)制編碼方式等，讓敵方難以采用正確的解調(diào)解碼方法獲得信息，自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)在一定程度上可以達(dá)到上述效果；通過(guò)特殊的處理手段，改變信號(hào)的頻譜和時(shí)域特征，使敵方無(wú)法正確判斷信號(hào)類(lèi)型，從而也就無(wú)法正確解析。目前提出了一種去擴(kuò)頻特征信號(hào)變換的抗截獲技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)同時(shí)改變?cè)夹盘?hào)的頻域和時(shí)域特征，達(dá)到對(duì)原始波形調(diào)制信息的加密處理。該方法具有以下特點(diǎn)：對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行加密且不改變信號(hào)的3 dB帶寬；由多個(gè)參數(shù)確定，參數(shù)取值范圍為整個(gè)實(shí)數(shù)區(qū)間，很難通過(guò)遍歷搜索得到；變換的參數(shù)可以隨時(shí)間變化動(dòng)態(tài)調(diào)整進(jìn)一步增大偵收的難度。如圖7所示，可偽裝其他的調(diào)制方式（可將QPSK信號(hào)通過(guò)去擴(kuò)頻特征信號(hào)變換變換成加噪聲的16QAM信號(hào)）；偽裝成高斯白噪聲（可將QPSK信號(hào)通過(guò)去擴(kuò)頻特征信號(hào)變換變換成為隨機(jī)噪聲）；偽裝成多徑信號(hào)（可將QPSK信號(hào)通過(guò)去擴(kuò)頻特征信號(hào)變換變換成為多徑信號(hào)）。

圖7 信號(hào)調(diào)制特征跳變技術(shù)應(yīng)用示例

3.4 功率自適應(yīng)通信技術(shù)

LPD技術(shù)主要防止頻譜暴露，對(duì)小型化、低功耗電臺(tái)而言，功率自適應(yīng)控制是關(guān)鍵。功率自適應(yīng)控制可在鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層或二層同時(shí)進(jìn)行。

網(wǎng)絡(luò)層功率控制：主要研究如何通過(guò)改變發(fā)射功率改變網(wǎng)絡(luò)連通性和選擇路徑，側(cè)重于提高網(wǎng)絡(luò)吞吐率；網(wǎng)絡(luò)層通常很長(zhǎng)一段時(shí)間才進(jìn)行一次調(diào)整，調(diào)整頻率較低。

鏈路層功率控制：主要是發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前信道條件和發(fā)送分組的目的地址調(diào)整無(wú)線發(fā)射功率，在確保數(shù)據(jù)傳輸可靠性的同時(shí)，側(cè)重于降低網(wǎng)絡(luò)能耗；鏈路層需要可能經(jīng)常調(diào)整發(fā)射功率，甚至每發(fā)送一次分組就需要調(diào)整一次；鏈路層控制分組用最大功率發(fā)送，數(shù)據(jù)分組和ACK用最小必須功率發(fā)送。

混合功率控制機(jī)制：將網(wǎng)絡(luò)層功率控制機(jī)制與鏈路層功率控制兩種機(jī)制結(jié)合起來(lái)，在發(fā)送數(shù)據(jù)分組時(shí)，MAC協(xié)議根據(jù)節(jié)點(diǎn)的距離和當(dāng)前信道條件調(diào)整發(fā)射功率，每當(dāng)分組到節(jié)點(diǎn)后，節(jié)點(diǎn)利用網(wǎng)絡(luò)層的功率控制機(jī)制來(lái)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜瓦x擇路由。

4 結(jié) 語(yǔ)

通信干擾與通信抗干擾是一對(duì)相生相克的矛盾，它們互相制約，但又互相促進(jìn)發(fā)展，既沒(méi)有攻不破的電子防御，也沒(méi)有防不了的電子進(jìn)攻。在電子戰(zhàn)攻防中，關(guān)鍵是結(jié)合干擾的具體形式，在實(shí)戰(zhàn)中應(yīng)靈活運(yùn)用各種對(duì)抗方法，在高技術(shù)條件下發(fā)揮出作戰(zhàn)效能。

參考文獻(xiàn)

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[2] 鄭高謙.實(shí)現(xiàn)低截獲概率雷達(dá)的技術(shù)途徑[J].現(xiàn)代電子，2002（3）：17?20.

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[4] 葛躍田.自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)及其在移動(dòng)通信中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2003，26（2）：34?36.

[5] PROAKIS J G.數(shù)字通信[M].張力軍，譯.5版.北京：電子工業(yè)出版社，2009.

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針對(duì)上述各種干擾方式的特點(diǎn)，LPI/LPD抗干擾通信波形的設(shè)計(jì)從技術(shù)體制角度而言，可從以下幾個(gè)技術(shù)方面進(jìn)行研究。

3.1 擴(kuò)維通信技術(shù)

為了解決傳統(tǒng)擴(kuò)跳頻通信面臨的頻帶利用率低、抗干擾能力差的矛盾，擴(kuò)維通信由同類(lèi)技術(shù)的擴(kuò)頻通信延伸拓展而來(lái)。擴(kuò)維是在擴(kuò)頻的基礎(chǔ)上，讓擴(kuò)頻圖案攜帶信息，由單一的頻域擴(kuò)展拓展到任一正交基上的擴(kuò)展，其具有天然的高頻譜利用率；同時(shí)擴(kuò)維通信利用小的瞬時(shí)維度和大的統(tǒng)計(jì)維度，達(dá)到了強(qiáng)的抗干擾能力，尤其是對(duì)抗靈巧干擾的能力[4?5]。

擴(kuò)維通信與廣義的擴(kuò)頻通信信號(hào)在頻域上都表現(xiàn)為占據(jù)很寬的頻譜，但二者傳送信息的機(jī)理有顯著不同。以跳頻和頻域擴(kuò)維為例，圖4顯示了兩者不同的工作原理。跳頻通信中跳頻圖案由通信雙方事先約定不攜帶任何信息，信息的傳輸在圖中表示為不同的方格類(lèi)型，跳頻是通過(guò)在頻點(diǎn)上調(diào)制不同的相位、幅度攜帶信息。頻域擴(kuò)維中不同的頻點(diǎn)代表了信號(hào)不同的基（維），擴(kuò)維一方面在頻點(diǎn)上調(diào)制不同的相位、幅度，另一方面頻點(diǎn)自身也是攜帶信息的，圖中顯示為不同的序號(hào)，這樣在同樣的帶寬下就可以大大增加攜帶信息的能力。

圖4 頻域擴(kuò)維與跳頻工作原理比較示意圖

對(duì)于空間信息傳輸，整個(gè)信號(hào)暴露在開(kāi)放的電磁環(huán)境，跳擴(kuò)頻圖案容易被電子偵察等手段獲得，當(dāng)通信雙方的圖案（基）暴露后，信號(hào)空間可以進(jìn)行變換投影，其示意如圖5所示。對(duì)于跳頻通信信號(hào)投影到預(yù)定的圖案上時(shí)，信號(hào)空間被壓縮到一維。而對(duì)于頻域擴(kuò)維信號(hào)，由于占據(jù)了多個(gè)基，無(wú)論怎樣變換投影，其信號(hào)維度保持不變。信號(hào)空間的差異將顯著影響頻譜資源的利用效益和抗干擾的能力。

圖5 信號(hào)變換投影示意圖

3.2 抗靈巧干擾通信技術(shù)

軍用通信系統(tǒng)不僅要抗跟蹤、阻塞干擾等，還要防止系統(tǒng)受到電子欺騙，即通過(guò)在消息中加入假消息，復(fù)制信息和錯(cuò)誤信息實(shí)現(xiàn)欺騙的目的。當(dāng)波形缺乏足夠的捷變性和隨機(jī)性時(shí)，將增大被截獲和定位的可能性。敵方通過(guò)對(duì)發(fā)射信號(hào)和特征參數(shù)間（同步信號(hào)、脈沖類(lèi)型、頻譜、通信密度等）進(jìn)行觀測(cè)，充分利用暴露的同步信號(hào)等特性參數(shù)，實(shí)現(xiàn)“靈巧干擾”[6]。

對(duì)抗靈巧干擾最有效的方法就是增強(qiáng)信號(hào)發(fā)送的不確定性，使其具有偽隨機(jī)特性，包括發(fā)送時(shí)間的隨機(jī)性，發(fā)射頻率的隨機(jī)性，發(fā)射信號(hào)特性的不確定。其中發(fā)射頻率的隨機(jī)性可由隨機(jī)跳頻圖案實(shí)現(xiàn)；發(fā)射信號(hào)特性的隨機(jī)性可通過(guò)對(duì)信號(hào)的變換實(shí)現(xiàn)，例如對(duì)信號(hào)進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換，而且變換參數(shù)也是偽隨機(jī)變化的；發(fā)射時(shí)間的隨機(jī)性可通過(guò)初始抖動(dòng)或跳時(shí)實(shí)現(xiàn)。初始抖動(dòng)是對(duì)消息初始時(shí)間的隨機(jī)化，即在一個(gè)時(shí)隙傳輸?shù)拈_(kāi)始階段是一段隨機(jī)可變的時(shí)延。這樣可防止干擾方通過(guò)加大信號(hào)傳輸間隔，用峰值功率攻擊信息的同步信息，減少了混入接收信號(hào)的干擾信號(hào)能量。

另一種發(fā)射時(shí)間隨機(jī)化方法是跳時(shí)。跳時(shí)與跳頻類(lèi)似，所不同的是發(fā)射信號(hào)在時(shí)間軸上跳變。將時(shí)間軸劃分為許多時(shí)間片，在一幀內(nèi)哪個(gè)時(shí)間片發(fā)射信號(hào)由偽隨機(jī)序列進(jìn)行控制。由于采用較窄的時(shí)間片發(fā)射信號(hào)，相對(duì)而言，信號(hào)的頻譜也就展寬了。

為了更好地抵抗靈巧干擾，需要綜合適用多種隨機(jī)化技術(shù)，TDMA系統(tǒng)下的綜合利用跳頻+跳時(shí)的示意圖。如圖6所示，每一個(gè)時(shí)隙的發(fā)射頻點(diǎn)不同（跳頻），實(shí)現(xiàn)了頻率的隨機(jī)化； 同時(shí)每一個(gè)時(shí)隙劃分為多個(gè)更小的時(shí)間片，用戶在時(shí)隙內(nèi)偽隨機(jī)選擇某一個(gè)時(shí)間片發(fā)射信號(hào)（跳時(shí)），并且發(fā)射初始時(shí)間延遲是隨機(jī)可變的（抖動(dòng)），實(shí)現(xiàn)了時(shí)間的隨機(jī)化。

圖6 跳頻+跳時(shí)抗干擾設(shè)計(jì)示意圖

將跳頻圖案相同的用戶分為一組， 組內(nèi)不同用戶每個(gè)時(shí)隙占用的時(shí)間片，初始時(shí)延抖動(dòng)都各不相同，實(shí)現(xiàn)正交跳時(shí)。通過(guò)正交跳頻和正交跳時(shí)，各用戶互不影響的同時(shí)傳輸，也實(shí)現(xiàn)了時(shí)間、頻率上的隨機(jī)化，更好地抵抗靈巧干擾的影響。

3.3 信號(hào)調(diào)制特征跳變技術(shù)

該技術(shù)通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)射參數(shù)，如帶寬、調(diào)制編碼方式等，讓敵方難以采用正確的解調(diào)解碼方法獲得信息，自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)在一定程度上可以達(dá)到上述效果；通過(guò)特殊的處理手段，改變信號(hào)的頻譜和時(shí)域特征，使敵方無(wú)法正確判斷信號(hào)類(lèi)型，從而也就無(wú)法正確解析。目前提出了一種去擴(kuò)頻特征信號(hào)變換的抗截獲技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)同時(shí)改變?cè)夹盘?hào)的頻域和時(shí)域特征，達(dá)到對(duì)原始波形調(diào)制信息的加密處理。該方法具有以下特點(diǎn)：對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行加密且不改變信號(hào)的3 dB帶寬；由多個(gè)參數(shù)確定，參數(shù)取值范圍為整個(gè)實(shí)數(shù)區(qū)間，很難通過(guò)遍歷搜索得到；變換的參數(shù)可以隨時(shí)間變化動(dòng)態(tài)調(diào)整進(jìn)一步增大偵收的難度。如圖7所示，可偽裝其他的調(diào)制方式（可將QPSK信號(hào)通過(guò)去擴(kuò)頻特征信號(hào)變換變換成加噪聲的16QAM信號(hào)）；偽裝成高斯白噪聲（可將QPSK信號(hào)通過(guò)去擴(kuò)頻特征信號(hào)變換變換成為隨機(jī)噪聲）；偽裝成多徑信號(hào)（可將QPSK信號(hào)通過(guò)去擴(kuò)頻特征信號(hào)變換變換成為多徑信號(hào)）。

圖7 信號(hào)調(diào)制特征跳變技術(shù)應(yīng)用示例

3.4 功率自適應(yīng)通信技術(shù)

LPD技術(shù)主要防止頻譜暴露，對(duì)小型化、低功耗電臺(tái)而言，功率自適應(yīng)控制是關(guān)鍵。功率自適應(yīng)控制可在鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層或二層同時(shí)進(jìn)行。

網(wǎng)絡(luò)層功率控制：主要研究如何通過(guò)改變發(fā)射功率改變網(wǎng)絡(luò)連通性和選擇路徑，側(cè)重于提高網(wǎng)絡(luò)吞吐率；網(wǎng)絡(luò)層通常很長(zhǎng)一段時(shí)間才進(jìn)行一次調(diào)整，調(diào)整頻率較低。

鏈路層功率控制：主要是發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前信道條件和發(fā)送分組的目的地址調(diào)整無(wú)線發(fā)射功率，在確保數(shù)據(jù)傳輸可靠性的同時(shí)，側(cè)重于降低網(wǎng)絡(luò)能耗；鏈路層需要可能經(jīng)常調(diào)整發(fā)射功率，甚至每發(fā)送一次分組就需要調(diào)整一次；鏈路層控制分組用最大功率發(fā)送，數(shù)據(jù)分組和ACK用最小必須功率發(fā)送。

混合功率控制機(jī)制：將網(wǎng)絡(luò)層功率控制機(jī)制與鏈路層功率控制兩種機(jī)制結(jié)合起來(lái)，在發(fā)送數(shù)據(jù)分組時(shí)，MAC協(xié)議根據(jù)節(jié)點(diǎn)的距離和當(dāng)前信道條件調(diào)整發(fā)射功率，每當(dāng)分組到節(jié)點(diǎn)后，節(jié)點(diǎn)利用網(wǎng)絡(luò)層的功率控制機(jī)制來(lái)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜瓦x擇路由。

4 結(jié) 語(yǔ)

通信干擾與通信抗干擾是一對(duì)相生相克的矛盾，它們互相制約，但又互相促進(jìn)發(fā)展，既沒(méi)有攻不破的電子防御，也沒(méi)有防不了的電子進(jìn)攻。在電子戰(zhàn)攻防中，關(guān)鍵是結(jié)合干擾的具體形式，在實(shí)戰(zhàn)中應(yīng)靈活運(yùn)用各種對(duì)抗方法，在高技術(shù)條件下發(fā)揮出作戰(zhàn)效能。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉維國(guó)，張大禹.電磁兼容環(huán)境下艦艇通信頻率指配研究[J].艦船電子對(duì)抗，2002，25（6）：11?13.

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[4] 葛躍田.自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)及其在移動(dòng)通信中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2003，26（2）：34?36.

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[6] 梅林，沙學(xué)軍，冉啟文，等.四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)Fourier變換在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)科學(xué)：信息科學(xué)，2010，40（5）：732?741.

針對(duì)上述各種干擾方式的特點(diǎn)，LPI/LPD抗干擾通信波形的設(shè)計(jì)從技術(shù)體制角度而言，可從以下幾個(gè)技術(shù)方面進(jìn)行研究。

3.1 擴(kuò)維通信技術(shù)

為了解決傳統(tǒng)擴(kuò)跳頻通信面臨的頻帶利用率低、抗干擾能力差的矛盾，擴(kuò)維通信由同類(lèi)技術(shù)的擴(kuò)頻通信延伸拓展而來(lái)。擴(kuò)維是在擴(kuò)頻的基礎(chǔ)上，讓擴(kuò)頻圖案攜帶信息，由單一的頻域擴(kuò)展拓展到任一正交基上的擴(kuò)展，其具有天然的高頻譜利用率；同時(shí)擴(kuò)維通信利用小的瞬時(shí)維度和大的統(tǒng)計(jì)維度，達(dá)到了強(qiáng)的抗干擾能力，尤其是對(duì)抗靈巧干擾的能力[4?5]。

擴(kuò)維通信與廣義的擴(kuò)頻通信信號(hào)在頻域上都表現(xiàn)為占據(jù)很寬的頻譜，但二者傳送信息的機(jī)理有顯著不同。以跳頻和頻域擴(kuò)維為例，圖4顯示了兩者不同的工作原理。跳頻通信中跳頻圖案由通信雙方事先約定不攜帶任何信息，信息的傳輸在圖中表示為不同的方格類(lèi)型，跳頻是通過(guò)在頻點(diǎn)上調(diào)制不同的相位、幅度攜帶信息。頻域擴(kuò)維中不同的頻點(diǎn)代表了信號(hào)不同的基（維），擴(kuò)維一方面在頻點(diǎn)上調(diào)制不同的相位、幅度，另一方面頻點(diǎn)自身也是攜帶信息的，圖中顯示為不同的序號(hào)，這樣在同樣的帶寬下就可以大大增加攜帶信息的能力。

圖4 頻域擴(kuò)維與跳頻工作原理比較示意圖

對(duì)于空間信息傳輸，整個(gè)信號(hào)暴露在開(kāi)放的電磁環(huán)境，跳擴(kuò)頻圖案容易被電子偵察等手段獲得，當(dāng)通信雙方的圖案（基）暴露后，信號(hào)空間可以進(jìn)行變換投影，其示意如圖5所示。對(duì)于跳頻通信信號(hào)投影到預(yù)定的圖案上時(shí)，信號(hào)空間被壓縮到一維。而對(duì)于頻域擴(kuò)維信號(hào)，由于占據(jù)了多個(gè)基，無(wú)論怎樣變換投影，其信號(hào)維度保持不變。信號(hào)空間的差異將顯著影響頻譜資源的利用效益和抗干擾的能力。

圖5 信號(hào)變換投影示意圖

3.2 抗靈巧干擾通信技術(shù)

軍用通信系統(tǒng)不僅要抗跟蹤、阻塞干擾等，還要防止系統(tǒng)受到電子欺騙，即通過(guò)在消息中加入假消息，復(fù)制信息和錯(cuò)誤信息實(shí)現(xiàn)欺騙的目的。當(dāng)波形缺乏足夠的捷變性和隨機(jī)性時(shí)，將增大被截獲和定位的可能性。敵方通過(guò)對(duì)發(fā)射信號(hào)和特征參數(shù)間（同步信號(hào)、脈沖類(lèi)型、頻譜、通信密度等）進(jìn)行觀測(cè)，充分利用暴露的同步信號(hào)等特性參數(shù)，實(shí)現(xiàn)“靈巧干擾”[6]。

對(duì)抗靈巧干擾最有效的方法就是增強(qiáng)信號(hào)發(fā)送的不確定性，使其具有偽隨機(jī)特性，包括發(fā)送時(shí)間的隨機(jī)性，發(fā)射頻率的隨機(jī)性，發(fā)射信號(hào)特性的不確定。其中發(fā)射頻率的隨機(jī)性可由隨機(jī)跳頻圖案實(shí)現(xiàn)；發(fā)射信號(hào)特性的隨機(jī)性可通過(guò)對(duì)信號(hào)的變換實(shí)現(xiàn)，例如對(duì)信號(hào)進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換，而且變換參數(shù)也是偽隨機(jī)變化的；發(fā)射時(shí)間的隨機(jī)性可通過(guò)初始抖動(dòng)或跳時(shí)實(shí)現(xiàn)。初始抖動(dòng)是對(duì)消息初始時(shí)間的隨機(jī)化，即在一個(gè)時(shí)隙傳輸?shù)拈_(kāi)始階段是一段隨機(jī)可變的時(shí)延。這樣可防止干擾方通過(guò)加大信號(hào)傳輸間隔，用峰值功率攻擊信息的同步信息，減少了混入接收信號(hào)的干擾信號(hào)能量。

另一種發(fā)射時(shí)間隨機(jī)化方法是跳時(shí)。跳時(shí)與跳頻類(lèi)似，所不同的是發(fā)射信號(hào)在時(shí)間軸上跳變。將時(shí)間軸劃分為許多時(shí)間片，在一幀內(nèi)哪個(gè)時(shí)間片發(fā)射信號(hào)由偽隨機(jī)序列進(jìn)行控制。由于采用較窄的時(shí)間片發(fā)射信號(hào)，相對(duì)而言，信號(hào)的頻譜也就展寬了。

為了更好地抵抗靈巧干擾，需要綜合適用多種隨機(jī)化技術(shù)，TDMA系統(tǒng)下的綜合利用跳頻+跳時(shí)的示意圖。如圖6所示，每一個(gè)時(shí)隙的發(fā)射頻點(diǎn)不同（跳頻），實(shí)現(xiàn)了頻率的隨機(jī)化； 同時(shí)每一個(gè)時(shí)隙劃分為多個(gè)更小的時(shí)間片，用戶在時(shí)隙內(nèi)偽隨機(jī)選擇某一個(gè)時(shí)間片發(fā)射信號(hào)（跳時(shí)），并且發(fā)射初始時(shí)間延遲是隨機(jī)可變的（抖動(dòng)），實(shí)現(xiàn)了時(shí)間的隨機(jī)化。

圖6 跳頻+跳時(shí)抗干擾設(shè)計(jì)示意圖

將跳頻圖案相同的用戶分為一組， 組內(nèi)不同用戶每個(gè)時(shí)隙占用的時(shí)間片，初始時(shí)延抖動(dòng)都各不相同，實(shí)現(xiàn)正交跳時(shí)。通過(guò)正交跳頻和正交跳時(shí)，各用戶互不影響的同時(shí)傳輸，也實(shí)現(xiàn)了時(shí)間、頻率上的隨機(jī)化，更好地抵抗靈巧干擾的影響。

3.3 信號(hào)調(diào)制特征跳變技術(shù)

該技術(shù)通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)射參數(shù)，如帶寬、調(diào)制編碼方式等，讓敵方難以采用正確的解調(diào)解碼方法獲得信息，自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)在一定程度上可以達(dá)到上述效果；通過(guò)特殊的處理手段，改變信號(hào)的頻譜和時(shí)域特征，使敵方無(wú)法正確判斷信號(hào)類(lèi)型，從而也就無(wú)法正確解析。目前提出了一種去擴(kuò)頻特征信號(hào)變換的抗截獲技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)同時(shí)改變?cè)夹盘?hào)的頻域和時(shí)域特征，達(dá)到對(duì)原始波形調(diào)制信息的加密處理。該方法具有以下特點(diǎn)：對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行加密且不改變信號(hào)的3 dB帶寬；由多個(gè)參數(shù)確定，參數(shù)取值范圍為整個(gè)實(shí)數(shù)區(qū)間，很難通過(guò)遍歷搜索得到；變換的參數(shù)可以隨時(shí)間變化動(dòng)態(tài)調(diào)整進(jìn)一步增大偵收的難度。如圖7所示，可偽裝其他的調(diào)制方式（可將QPSK信號(hào)通過(guò)去擴(kuò)頻特征信號(hào)變換變換成加噪聲的16QAM信號(hào)）；偽裝成高斯白噪聲（可將QPSK信號(hào)通過(guò)去擴(kuò)頻特征信號(hào)變換變換成為隨機(jī)噪聲）；偽裝成多徑信號(hào)（可將QPSK信號(hào)通過(guò)去擴(kuò)頻特征信號(hào)變換變換成為多徑信號(hào)）。

圖7 信號(hào)調(diào)制特征跳變技術(shù)應(yīng)用示例

3.4 功率自適應(yīng)通信技術(shù)

LPD技術(shù)主要防止頻譜暴露，對(duì)小型化、低功耗電臺(tái)而言，功率自適應(yīng)控制是關(guān)鍵。功率自適應(yīng)控制可在鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層或二層同時(shí)進(jìn)行。

網(wǎng)絡(luò)層功率控制：主要研究如何通過(guò)改變發(fā)射功率改變網(wǎng)絡(luò)連通性和選擇路徑，側(cè)重于提高網(wǎng)絡(luò)吞吐率；網(wǎng)絡(luò)層通常很長(zhǎng)一段時(shí)間才進(jìn)行一次調(diào)整，調(diào)整頻率較低。

鏈路層功率控制：主要是發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前信道條件和發(fā)送分組的目的地址調(diào)整無(wú)線發(fā)射功率，在確保數(shù)據(jù)傳輸可靠性的同時(shí)，側(cè)重于降低網(wǎng)絡(luò)能耗；鏈路層需要可能經(jīng)常調(diào)整發(fā)射功率，甚至每發(fā)送一次分組就需要調(diào)整一次；鏈路層控制分組用最大功率發(fā)送，數(shù)據(jù)分組和ACK用最小必須功率發(fā)送。

混合功率控制機(jī)制：將網(wǎng)絡(luò)層功率控制機(jī)制與鏈路層功率控制兩種機(jī)制結(jié)合起來(lái)，在發(fā)送數(shù)據(jù)分組時(shí)，MAC協(xié)議根據(jù)節(jié)點(diǎn)的距離和當(dāng)前信道條件調(diào)整發(fā)射功率，每當(dāng)分組到節(jié)點(diǎn)后，節(jié)點(diǎn)利用網(wǎng)絡(luò)層的功率控制機(jī)制來(lái)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜瓦x擇路由。

4 結(jié) 語(yǔ)

通信干擾與通信抗干擾是一對(duì)相生相克的矛盾，它們互相制約，但又互相促進(jìn)發(fā)展，既沒(méi)有攻不破的電子防御，也沒(méi)有防不了的電子進(jìn)攻。在電子戰(zhàn)攻防中，關(guān)鍵是結(jié)合干擾的具體形式，在實(shí)戰(zhàn)中應(yīng)靈活運(yùn)用各種對(duì)抗方法，在高技術(shù)條件下發(fā)揮出作戰(zhàn)效能。

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