第2讲 军事通信

军事通信（二）白铂空军，海军通信典型军事通信系统（五）空军通信概述无线通信是指挥空军战斗单元的重要手段分类按对象分类•空空，地空，地地按功能分类•平面通信系统，地空通信系统，空中交通管制按消息类别•话音，数据，视频典型空军通信系统预警机通信系统•短波3-30MHz：传输远距离话音低速数据，超视距•30-88MHz：预警机-陆军，视距•108-156MHz：预警机与塔台，指挥台和民航飞机之间的通信，视距•156-174MHz：预警机与海军指挥舰的通信，视距•225-400MHz：预警机与地面指挥中心及被引导飞机的通信，视距•960-1215MHz：联合战术信息分发系统，E-3和E-8的大容量数据•卫星频段（SHF,EHF）：预警机与指挥中心大容量数据海军通信概述海军通信是指挥、控制和协调海上作战单元的基本手段海军通信的特点：作战单元机动性强，活动空间广阔，对网络覆盖范围要求大工作环境恶劣，对设备可靠性要求高•海浪颠簸、海水腐蚀、电磁设备兼容性业务种类多样，对象复杂（包括潜艇等水下单元）通信频带宽，设备复杂海军通信的频率和对象频率范围对象传播特性系统特征极低频30-300Hz深水下的潜艇能穿透海水约100m速率很低，功率很高，天线很特殊甚低频/低频3k-30k/30k-300kHz水下潜艇穿透海水能力有限大气噪声强速率低，功率大，需拖曳天线，且天线方向性受航向影响中频/高频0.3M-3M/3M-30MHz远程岸舰，舰舰天波传输受电离层影响，多径效应全球覆盖窄带，功率高，信道周期变化，可能被探测甚高频/特高频30M-300M/300M-3000MHz视距舰舰，舰空，岸舰传输路径简单高斯噪声视距通信速率较高，功率与距离有关，距离短超高频，极高频3G-30G/30G-60GHz卫星-舰直线传播方向可控视距通信设备复杂，成本高，天线较小最低限度应急通信典型军事通信系统（六）最低限度应急通信概述最低限度应急通信是指在敌方高烈度（特别是核武器）打击下仍能生存下来的最低限度的战略通信手段最低限度应急所面临的场景对无防护设备的物理摧毁核电磁脉冲损毁通信设备大气层异常电离应对方式通信系统抗毁加固电磁屏蔽与接地采用甚高频，甚低频，散射和地波传输最低限度应急通信的主要方式机载指挥所通信低频地波应急通信流星余迹通信地下通信此外还包括：对流层散射卫星，甚低频对潜通信机载指挥所通信E-4B“末世飞机”：30余幅通信天线，几乎覆盖各个频段（17k~44GHz）•甚高频卫星通信系统，机背整流罩内•超短波卫星通信系统，机背•超短波/FDM视距空空，空地通信•甚低频/低频对潜通信，17k~60kHz，拖放长天线•机内通话系统低频地波应急通信低频地波（30k~300kHz，1km-10km）绕射能力强，不受核爆影响GWEN连接最高战略指挥中心与核打击力量•分布式节点•分组交换•多路由传输工作频段：150k~175kHz发射功率：2k~3kW地下通信天线埋入地下，依靠电波穿透地层来传递信息的（无线）通信方式•隐蔽，抗毁•恒定信道•难以侦查和定向干扰地下通信的典型模式•穿透岩层模式：低频/甚低频，一二百瓦，通信距离几千米•地下波导模式：更低的频率，兆瓦，利用覆盖层下缘和热电离层上缘的反射，距离1000~2000km•电离层反射模式：浅埋，利用电离层反射，频率约300kHz通信对抗军事通信关键技术（一）通信对抗基本概念又称通信电子战(CommunicationElectronicWarfare)，是为削弱和破坏敌方（无线）通信系统效能而采取的行动争夺制电磁权主要任务•通信侦查•通信测向•通信干扰通信对抗系统的组成系统指挥控制站通信侦查站2通信侦查站1通信侦查站3通信干扰站2通信干扰站1通信干扰站3通信测向站2通信测向站1通信测向站3通信对抗系统功能划分系统指控站电子态势显示，辅助决策，数据库侦查战对作战区域内通信信号的搜索，截获，识别和解调测向站确定辐射源干扰站通过电磁压制和欺骗干扰，阻断敌方通信链路通信对抗的矛与盾•干扰方–探测目标信号频率–识别调制方式–识别工作体制–测定目标辐射源方向–干扰•抗干扰方–隐藏自身信号频率–隐藏调制方式–变换工作体制–隐藏发射机方位–抗干扰从“盾”谈起军事通信的抗干扰，抗窃听技术隐蔽信号和辐射源的存在避免信号载频被锁定提供频率分集以抗干扰隐藏被传输的信息如何达到以上要求？跳频通信基本原理收发双方根据事先约定的跳频图案跳变信号载频，从而避免信号被探测和干扰的通信技术核心思想——“躲”跳频由伪随机序列控制伪随机序列对敌方严格保密收发双方需进行同步跳频通信系统框图调制器频率合成器伪码产生器解调器频率合成器本地伪码产生器同步电路扩频通信基本原理将所占频谱交战的低速率数字信号进行频谱扩展，使其变成功率谱密度很低的宽带信号核心思想——“藏”信号功率谱密度低于噪声功率谱密度扩频序列由伪随机数发生器控制对敌方完全保密扩频通信系统框图调制器模2和伪码产生器解调器伪码同步本地伪码产生器模2和扩/跳频结合基本原理扩展——信号带宽改变——中心频率核心思想——“躲”“藏”结合目前对抗手段可以探测•1000跳/秒以下信号•淹没于噪声-15dB的信号其他抗干扰通信体制猝发通信（自适应瞬时通信，ABC）在不到一秒的时间内发送完一份报文非实时高速率超宽带通信技术（UWB）频谱范围：300MHz-10GHz窄脉冲体制多通道体制典型抗干扰军事通信系统JTIDS（联合战术信息分发系统）扩/跳频频率范围：960-1008MHz，1053-1065MHz，1113-1206MHz跳频速率：76923跳/秒跳频点数：51点伪码速率：5Mbps多址方式：TDMA典型抗干扰军事通信系统雷声——DH500语音，数据，视频网络化3个频带：225-2000MHz调制：CPSM直序扩频速率：1Mbps通信侦查与干扰的一般模型发射机接收机侦查、定位与干扰思考：何种情况下能够有效实现干扰？通信对抗中的“矛”通信侦查信号的搜索与截获信号的分析、识别与参数测量信号的解调、监听与信息恢复侦查情报的融合处理通信侦查系统构成搜索显控台搜索接收机天线共用器监听分析接收机分析显控台数据库搜索机要求搜索速度快，动态范围大监听分析机要求具有信号分析识别，参数测量和数字解调功能搜索接收机设计一对矛盾带宽与动态范围的矛盾三种方案基于模拟滤波器的全信道化接收机•体积，功率较大基于FFT的宽带数字接收机•搜索速度：100GHz/s•动态范围：60-70dB单通道步进搜索接收机单通道步进搜索接收机的局限考虑Link-11搜索频段：225-400MHz帧长：13.33ms如要保证100%截获率，则搜索速度为13.128GHz/s窄带步进体制，每次搜索25KHz，则每秒需搜索525132个信道但是，25KHz信道响应时间至少40us，故需要至少21s显然，采用单通道步进无法满足要求宽带数字化搜索接收机带通滤波1低噪声放大综合DSP单元频率合成器中放分路器放大模/数带通滤波N放大模/数宽带数字化接收机的设计射频前端模/数之前的模拟环节统称射频前端天线带宽和增益之间具有矛盾设计过程是各部件指标的分配过程指标包括：•噪声系数–噪声功率和动态范围的折中–影响灵敏度•动态范围–衡量接收机对复杂电磁信号的适应能力宽带数字化接收机的设计高速模/数变换采样率ADC位数最大最小电平动态范围，等效噪声系数高速DSPFFT谱分析•瞬时带宽，FFT点数，运算时间搜索接收机的性能评估截获概率信号持续时间和接收及搜索给定带宽所需时间之比这是一个上限，因为：•进入接收机的信号可能不止一个•信号强度对于给定灵敏度接收机不一定满足•信号频率可能不在搜索频带内•如何改善？调制信号识别与参数分析搜索接收机的功能发展传统：通过能量检测探测目标信号频点改进：通过信号识别确定目标信号的调制参数调制信号识别基本方法：基于信号特征进行分类信号参数估计载频的精细估计（搜索只能做到几kHz，不足以满足干扰的参数需求）电平估计（能量估计）带宽估计码速估计辐射源测向与定位军事通信关键技术（二）辐射源测向与定位为什么需要测向和定位？提高信号接收的灵敏度增加干扰功率的空间密度隐蔽干扰源电磁空间态势显示•敌电台部署•确定台网关系为物理打击提供参考测向和定位系统框图测向和定位网络位置参考系统调谐器、校正源计算单元显示单元数据库基本测向方法与原理定向天线测向通过机械旋转定向天线，寻找接收天线输出电压最大的方向优点：•定向天线灵敏度高•成本低（单天线，单通道）•可分辨多信号缺点•角度分辨率低，误差大（与信道衰落的关系？）•对短时信号无法探测基本测向方法与原理瓦特逊-瓦特测向两付或四付方向性天线，合成模糊的阵列优点：•可以联合利用多个天线提高定向精度，不需要旋转多普勒测向利用单一天线的（圆形）运动，通过测量多普勒频移进行测向优点：•方位灵敏度高，简单，抗多径•有顺序扫描时间（VHF/UHF需6ms）缺点？基本测向方法与原理相位干涉仪测向利用不同测向天线在同一时刻收到的信号相位差测向天线距离需小于半波长（否则相位模糊）到达时间干涉测向利用信号到达天线的脉冲前沿时间差计算波达方向适用于脉冲信号提取前沿困难（如何提取？）基本测向方法和原理阵列信号处理测向数字波束成型法高分辨率测向•MUSIC（MultipleSignalClassification）•ESPRIT（EstimatedSignalParametersviaRotationalInarianceTechnique）优点：数字化处理，鲁棒性高，精度高缺点：信号复杂度较高（矩阵计算），适用于远场信号，依赖于天线数目从测向到定位为什么需要定位？精确的施放干扰和物理打击从极坐标观点看测向可以确定的信息——方位角无法确定的信息——距离需要再确定一个自由度如何确定一个辐射源坐标？基于测向的定位原理多个测向站有什么局限？（三点共线）非基于测向的定位基于测向的定位需要定向天线（物理，数字）难以适用于全向天线场合复杂度：高非基于测向的定位基于距离关系的定位•复杂度：低非基于距离关系的定位•复杂度：更低基于距离关系的定位三点定位通过位置相对关系，估算绝对距离由绝对距离计算定位点位置无须测向定位方法•已知站点接收功率•大尺度衰落•求解方程缺点？BCA非基于距离的定位多点定位（无须检测信号能量）每个节点只需报告接收能量是否达到了一定门限，由此确定被测节点是否在其附近门限距离内谢谢！