第10章_通信抗干扰技术

2007年12月1第十章通信抗干扰技术2007年12月2引言定义：一般可理解为，通信装备及系统为对抗干扰方利用电磁能和定向能控制、攻击通信电磁频谱，以提高其在通信对抗中的生存能力所采取的通信反对抗技术体系、方法和措施。抗干扰的基本体系、方法、措施1、信号处理。如直接序列扩频技术(DS-SS)，其关键参量是作为时间函数的相位；跳频技术(FH-SS)其关键参量是作为时间函数的载频；等等。2、空间处理。如采用自适应天线调零技术，当接收端受到干扰时，使其天线方向图零点自动指向干扰方向，以提高通信接收机的信干比。3、时间处理。如猝发传输技术，由于通信信号在传输过程中暴露的时间很短暂，从而大大降低了被干扰方侦察、截获的概率。通信抗干扰技术研究的就是在已知或预测敌方的干扰手段情况下，在上述技术基础上(当然不排除以后有新的技术类别)选取适当的技术手段来消除或减轻敌方干扰，而使我方需要进行的通信能够延续的一项技术。对敌方的干扰性质，强度、种类、手段、采用的体系，了解得越清楚，采取的措施越有针对性，取得的效果也越好。由于敌方的对抗手段往往是综合的、多变的，有的可能是完全新颖的，所以抗干扰的手段也必须采取多种方式的结合才能取得较好的效果。研究内容通信抗干扰技术的特点1、对抗性强，技术综合性强，难度高，发展快，某种程度上说是敌我双方智慧和技术的斗争。通信的成败关系着战争的胜负，所以此技术对抗性很强。通信抗干扰有了新技术，搞对抗的就想新的对策，反过来也一样，这样就促进了技术的发展和难度的提高。2、对技术的实用性和可靠性的要求高，通信抗干扰必须在战场上实际解决问题。指标高而不可靠或不实用是不能容忍的，其后果不堪设想。技术难点1、提高跳频速率有利于抗干扰，但跳速提高需解决如下问题：接收机中频滤波器产生的瞬时扰动问题；发射机功率输出截止状态产生的过渡问题；频率合成器高速频率切换问题；对邻道的干扰问题；同步问题。在短波跳频时，高速跳频的频率合成器、宽带天线、宽带功放都是技术上应当解决的问题。2、扩频系统中常用的专用高速集成电路（例高速PN码发生器、调制器等）及数字信号处理器DSP的开发和研制生产是通信抗干扰技术突破的重要保证。3、新型扩频码的研究和工程化。这既是发展方向，又是技术难点。4、自适应天线对于干扰信号的抑制原理，目前已得到越来越多的应用。正在成为通信抗干扰技术的一个重要方面。但在HF/VHF/UHF实现自适应调零天线，目前尚有一定困难。国外概况在电子对抗中，谁赢得了通信的主动权，谁就可以取得战争的胜利。抗干扰通信是电子战的一部分，国外许多国家都非常重视通信抗干扰技术的发展，都投入大量人力、物力、财力进行通信抗干扰技术的研究。由于扩展频谱技术具有信号频谱宽、波形复杂、参数多变、安全隐蔽等显著特点，已成为当代通信抗干扰技术的重要发展方向和体制，也成为通信对抗技术的主要发展方向与体制。国外常用的有跳频技术、直接序列扩频技术、跳时技术、混合扩频技术等。当然还有非扩展频谱类的抗干扰技术，如自适应天线技术、猝发通信技术、纠错编码与交织编码技术、分集技术等。我们以扩展频谱技术为主，适当结合其它方式来介绍通信抗干扰技术。2007年12月8本章目录10.1无线电通信干扰10.2无线电通信的反侦察与抗干扰10.3直接序列扩频通信技术10.4调频通信技术10.5干扰抑制技术2007年12月910.1无线电通信干扰10.1.1基本原理及关键技术10.1.1基本原理及关键技术1、干扰方式与样式窄带瞄准式干扰：干扰频谱与目标频谱瞄准的干扰。按瞄准程度又可分为准确瞄准干扰和半瞄准式干扰。按引导方式可分为定频守候式、扫频搜索式（连续/重点）、跟踪式等。特点：干扰功率利用率高，效果好，且不会对己方通信造成干扰。但需要侦察手段支持，对实时性要求高、设备复杂、技术难度大，一般用于对敌方重点目标进行干扰。10.1.1基本原理及关键技术1、干扰方式与样式宽带拦阻式干扰：辐射宽带干扰，可以干扰多个窄带信号，其频谱均匀分布或梳形分布。按产生方法不同分为扫频式、脉冲式和多干扰源线性叠加式阻拦干扰。特点：与瞄准式相反，无需严格的侦察和频率瞄准，设备简单、方便实施，但干扰利用率低，需要的干扰功率很大。10.1.1基本原理及关键技术1、干扰方式与样式按作用时间的不同可分为连续干扰和脉冲干扰。干扰在时间上无须完全覆盖信号，只要干扰在时域分布上达到一定密度，脉冲干扰也能完全压制通信。干扰样式：是对干扰的时域、频域的统计特性的总概括。不同方式样式不同，同种方式也可采用不同样式。干扰样式按干扰是否具有随机性分为确定干扰和随机干扰；按幅度分布特性可分为平滑干扰、脉冲干扰。常见样式有：白噪声、单频连续波、噪声调制（AM/DSB/SSB/FM）波、随机键控（ASK/FSK/PSK）干扰等10.1.1基本原理及关键技术2、干扰压制系数、最佳干扰样式和绝对最佳干扰样式理想接收机与最佳干扰样式信号和干扰的特性已知时，必能按某种准则从理论上确定一种最佳接收形式——理想接收机（如匹配滤波器就是对相应匹配信号的理想接收机）与理想接收机相对应，对于一定的信号和接收方法，从理论上可以确定一种最佳干扰样式，采用该种样式，在该信号接收机结构下，能比采用其他任何干扰样式产生更好的干扰效果，这种干扰样式称作最佳干扰样式。10.1.1基本原理及关键技术2、干扰压制系数、最佳干扰样式和绝对最佳干扰样式压制系数：为保证对被干扰无线电通信系统的有效压制，进入该系统接收机输入端通频带所需的最小干扰功率与有用信号功率的比值。Pji进入接收机的干扰功率；Psi接收机接收的有用信号功率。对无线电通信系统，压制系数应保证干扰所产生的误码率不小于15%~20%。min)(sijiPPK10.1.1基本原理及关键技术2、干扰压制系数、最佳干扰样式和绝对最佳干扰样式只要干扰功率足够大，无论何种样式终将导致接收机无法正常工作。最佳干扰（样式）：针对某种信号形式的给定接收方式，能以最小干扰功率达到最好干扰效果的干扰样式。对干扰方而言希望选择干扰样式的压制系数越小越好。最佳干扰样式由信号的类型、调制方式和接收（解调）方法决定。还要考虑技术上的可能性、复杂度、目标电台的威胁程度，以及经济代价等因素，有时也采用干扰效果一般的干扰样式。10.1.1基本原理及关键技术2、干扰压制系数、最佳干扰样式和绝对最佳干扰样式绝对最佳干扰：是指对于已知信号形式的所有可能的接收方式，都有比较小的压制系数的干扰样式。当干扰的目标具有多种接收方式或不清楚目标的接收方式时，从对所有的接收方式都有较好的干扰效果出发，应该选择绝对最佳干扰样式。10.1.1基本原理及关键技术3、通信干扰方程在通信干扰中，确定干扰链路与目标通信链路之间的功率、天线增益与路径损耗关系的方程称为干扰方程。由通信干扰方程可进行干扰功率、作用范围的概算，并分析提高干扰效果的措施。10.1.1基本原理及关键技术3、通信干扰方程由通信与干扰链路的功率传输模型可以推出以目标接收机输入干信比表示的通信干扰方程：ptfjsRsRjTsTjTsTjsijiLLLLLGGGGPPPP1PTs发信机PTj干扰机PsiPji收信机GRjGTjGRsLsGTsLjLf——干扰与信号的频域重合损耗（滤波损耗）Lt——干扰与信号的时域重合损耗Lp——极化损耗10.1.1基本原理及关键技术4、对有效干扰信号的特性要求设压制系数为K，由干扰方程得，当通信被压制，该式为通信干扰方程的一般形式。KptfjsRsRjTsTjTsTjsijiLLLLLGGGGPPPP110.1.1基本原理及关键技术4、对有效干扰信号的特性要求由干扰方程对影响干扰效果的因素进行分析，可以得到有效干扰的特性要求：（1）必要的干扰辐射功率（2）干扰与目标信号的空间、时间、频率和极化的重合（对应的Lj、Lf、Lt、Lp很小）（3）合适的干扰样式（不同的样式，K不同）10.1.1基本原理及关键技术5、功率信号的产生干扰功率信号由激励器和功率放大器产生，激励器完成干扰源的产生和调制，其输出功率较小。功率的放大由功率放大器（需要较高的增益）完成。高增益的放大器随着时间和温度的变化容易不稳定并产生自激振荡，因此常采用串联/并联的方法将多个放大器连在一起来获得需要的功率输出。10.1.1基本原理及关键技术6、干扰机的功率共享通常一部频率瞄准式干扰机只能同时干扰一个目标，如果采用功率共享技术，则可实现一机干扰多目标，提高设备的利用率。10.1.1基本原理及关键技术7、对模拟通信的干扰由于FM存在门限效应，噪声调频是干扰FM目标的最好波形。两个同频的信号同时达到接收机，强的信号支配接收机，或多或少的抑制了弱信号，所以进入FM接收机的干扰功率只需比FM信号的功率略高，即可捕获接收机。采用AM调制的系统也存在门限效应，但没有FM调制的明显。10.1.1基本原理及关键技术8、对数字通信的干扰干扰使系统误码率达到一定程度，信息传输就会被阻断。要产生高的误码率，不需要连续不断的干扰，对一个连续传播的数字信号，达到50%的误码率，只需干扰50%的时间，通常军事数字通信系统设计的阻断误码指标为10-2。对常规窄带调制，阻断数字通信比阻断模拟通信更容易。干扰还会影响接收机同步系统的性能，产生同步误差甚至失步。通信方虽然可以采用足够的编码来抵消任何干扰，但此时，编码效率如此之低，已没有多少信息吞吐量了。2007年12月2510.2无线电通信的反侦察与抗干扰10.2.1无线电通信反侦察10.2.2无线电通信抗干扰2007年12月2610.2.1无线电通信反侦察无线电通信反侦察：是对敌方的无线电通信侦察活动所采取的反对抗措施。具体内容包括：反搜索截获、反参数测量、反测向定位、反分析识别。目的是使敌方的侦察活动无法获得己方通信系统的技术参数和战术运用的情报，或者得到错误的信息。2007年12月2710.2.1无线电通信反侦察无线电通信反侦察的基本原理主要要求发射信号具有低的截获概率和低的利用概率，从而使己方通信信号难以被敌方截获，即使被截获也很难提取特征参数和分析识别，难以从中获得任何情报。信号被侦察的概率主要和信号的形式、检测方法、信噪比和检测时间有关。在信号形式、检测时间一定的条件下降低侦察接收机的输入信噪比可以降低信号被侦察的概率。2007年12月2810.2.1无线电通信反侦察无线电通信反侦察的主要技术（1）扩频技术分为直接序列扩频、跳频、跳时和混合扩频技术，主要特性是信号的功率普密度低，在时域、频域分布具有伪随机性，隐蔽性好。（2）方向性天线及智能天线技术通过发送波束形成使天线方向图最大值方向对准接收机，有效控制信号能量在空域的分布。（3）猝发传输技术突发通信（瞬时或猝发通信），将编码压缩后在极短时间内快速发送的传输体制。具有时域、频域分布的随机性和短暂性，比较隐蔽。2007年12月2910.2.1无线电通信反侦察无线电通信反侦察的主要技术（4）电磁屏蔽技术通过侦察系统施放干扰，降低了进入侦察接收机的输入信噪比，从而减低了信号被截获的概率。（5）采用反侦察能力强的通信方式如光缆通信、激光通信、微波接力、流星余迹通信和中微子通信等。（6）开发新的通信频段和通信体制2007年12月3010.2.2无线电通信抗干扰民用通信系统的干扰有自然干扰和无意的人为干扰。军用通信所面临的干扰除了各种自然干扰和无意的人为干扰，更主要的是有意的人为压制干扰的威胁。军事通信抗干扰是对敌方有意的压制干扰活动所采取的反对抗措施，即采取措施消弱或消除敌方通信干扰的有害影响，保障在干扰环境下己方信息传输的有效性和可靠性。2007年12月3110.2.2无线电通信抗干扰无线通信抗干扰的原理干扰容限（Mj）：系统尚能工作时，接收机允许输入的最大扰信比。它反映系统在干扰环境中对干扰的耐受能力，其值与干扰方式和样式、信号形式和接收方法有关。当干扰进入接收机后，不考虑门限效应，一个通信系统能正常工作的条件是jPPMsiji2007年12月3210.2.2无线