通信对抗原理第6章-通信干扰原理

第6章通信干扰原理第6章通信干扰原理6.1通信干扰系统的组成和分类6.2通信干扰体制和基本原理6.3通信干扰样式6.4对模拟通信信号的干扰技术6.5对数字通信信号的干扰技术习题第6章通信干扰原理6.16.1.1通信干扰的基本概念通信干扰是以破坏或者扰乱敌方通信系统的信息(语音或者数据)传输过程为目的而采取的电子攻击行动的总称。通信干扰系统通过发射与敌方通信信号相关联的某种特定形式的电磁信号，破坏或者扰乱敌方无线电通信过程，导致敌方的信息网络体系中“神经”和“血管”——如指挥通信、协同通信、情报通信、勤务通信等——的信息传输能力被削弱甚至瘫痪。通信干扰技术是通信对抗技术的一个重要方面，是通信对抗领域中最积极、最主动和最富有进攻性的一个方面。在信息时代的今天，由于军事信息在现代战争中的作用越来越大，所以，以破坏和攻击敌方信息传输为目的的通信干扰的作用和地第6章通信干扰原理1.信号和信息通信干扰装备是以无线电通信系统为攻击对象的人为有源干扰设施。众所周知，通信系统的基本用途就是把有用的信息通过电磁波从一个地方传送到另一个地方。在通信过程中，信息发送方使用的设备称为通信发射机，信息接收方使用的设备称为通信接收机，通信的过程就是信息传送的过程。但是严格来讲，通信系统所传送的客体并不是信息，而是信号，信号可以是连续的(模拟信号)，也可以是离散的(数字信号)。电报通信中的报文，电话通信中的语音以及电视中的图像、文字等都是信息的集合，信息的传输是依附于信号的传输来实现的。信息是信号的一种属性，是信号内容不确定性的统计的量度，信号内容的不确定性越大则其所包容的信息就越多，即该信号的第6章通信干扰原理信号在通信系统中被传送的过程是：信息源产生信息之后首先被变成为某种电信号(如音频信号、视频信号、数字信号等)，这些信号在通信发射机中对载频进行调制，形成射频信号。被调制的携带了信息的射频信号(即通信信号)经处理、变换和功率放大之后由天线发射出去，经传播路径的衰耗之后，被接收天线感知并由通信接收机截获，经处理变换之后送到解调器，解调得到的信息送至通信接收终端，为终端所利用，完2.干扰目标通信干扰的对象是通信接收系统，目的是削弱和破坏通信接收系统对信号的感知、截获及其信息的传输和交换能力，它第6章通信干扰原理3.有效干扰到目前为止，人们还没有研究出一种办法能用电子技术阻止无线电波从发射机传送到接收机。为了实现干扰，唯一可行的办法就是在通信信号到达通信接收机的同时把干扰信号也送至通信接收机。干扰信号与通信信号经通信接收机线性部分变换、叠加之后进入解调器。解调器从通信信号中还原出被传送的信息，而干扰信号经解调之后形成的只能是干扰。由于解调器的非线性，在其输出端得到的除有用信号和干扰信号以外，还有干扰信号与通信信号相互作用所产生的杂散分量。这些杂散相对于信息来讲也是干扰。通信干扰的有效性的表现形式有第6章通信干扰原理1)由于干扰的存在，实际的通信接收机可能完全被压制，在给定时间内收不到任何有用信号或者只能收到零星的极少量有用信号，在通信接收终端所得到的有用信息量近似等于零。这样的干扰我们称之为有效干扰，我们说这时的通信被(完全)压2)由于干扰的存在，实际的通信接收机虽然没有被完全压制，或者通信网没有完全被阻断，但其在恢复信息的过程中产生了大量的错误，差错的存在使得信号内含的信息量减少，接收终端可获取的信息量不足，通信效能降低，决策战争行动困难。这样的干扰我们称之为有效干扰，我们说这时的通信被破坏或第6章通信干扰原理3)由于干扰的存在，通信信道容量减小，信号的传输速率降低，单位时间内通信终端所获得的信息量减少，传送一定的信息量所花费的时间延长，干扰所造成的这种信息传输的延误使得通信接收终端不可能及时获取信息，(人或机)专家系统决策迟误，因而造成了战机的贻误。在战场上时间就是生命，战机就是胜利。能够夺取时间、争取主动的干扰也是有效干扰，我4)巧妙地利用敌方通信信道工作的间隙，发射与敌方通信信号特征和技术参数相同、但携带虚伪信息的假信号，用以迷惑、误导和欺骗敌方，使其产生错误的行动或作出错误的决策。达到欺骗目的的欺骗干扰也是有效干扰，我们说这时的通信被欺骗了。第6章通信干扰原理4.为了定量地描述通信干扰对通信接收机影响的程度，引进“压制系数”(用Kj表示)的概念。压制系数Kj等于在确保通信干扰对通信接收机被完全压制(即上述第一种有效干扰形式)的情况下，在通信接收机输入端所必需的干扰功率与信号功率之比，即sjjPPK(6.1-1)其中，Pj是为保证被完全压制的情况下，在通信接收机输入端所必需的干扰功率；Ps为通信接收机输入端接收到的信号功率。第6章通信干扰原理这里所说的“完全压制”是一个边界比较模糊的概念。一般来讲，若想在完全压制与非完全压制之间划一条界线的话，(1)通信接收机终端信息的差错率(误码率)。譬如，多数研究人员认为，当无线电报或无线电话通信系统工作在传送报文的时候，完全压制的条件应该是传输差错率不小于50%。这个结论是一个统计的结果，分析与实践证明，在这样的差错率情况下，所收到的信息中所包含的有用信息实际上已趋近于零。(2)干扰目标的重要程度。干扰目标的重要程度即威胁优先等级。对那些威胁大、特别重要的目标，掌握的尺度就要严格些，而对那些不太重要，威胁等级不高的，譬如小型战术通信第6章通信干扰原理由压制系数的定义可知，Kj的量值与干扰的形式、接收的方法、信号的结构以及信号的特征(如信号在频率轴上的位置、信号内涵的先验水平等)有关。所以在谈及压制系数的时候必须指明是在什么样的传输形式、接收方法和信号特征情况下，对什么样的干扰而言，否则Kj5.最佳干扰(最佳干扰样式)由于军用无线电通信系统是多种多样的，其通信体制、信号形式、通信接收机的工作方式等各不相同，一种通用的、万能的、放之四海而皆准的最佳干扰样式实际上是不存在的。所谓的最佳干扰就是“对于给定的信号形式和通信接收方式所需压制系数最小的那种干扰样式”。也就是说，为获得有效干扰，对于给定的信号形式和通信接收方式所需干扰信号电平(功率)第6章通信干扰原理6.1.2通信干扰的特点对通信过程的干扰是在通信技术诞生之前就已经客观存在的，如天电干扰、工业干扰等，但是人为有意的干扰却是在通信技术成功应用于战争之后才研究发展起来的。所以通信干扰从其诞生之日起就具有十分鲜明的特点，这些特点可归纳如下。(1)对抗性。通信干扰的目的不在于传送某种信息，而在于用干扰信号中携带的干扰信息去破坏或者扰乱敌方的通信信息。通信干扰是以敌人的通信接收系统为直接目标，这一点十分明(2)进攻性。通信干扰是有源的、积极的、主动的，它千方百计地“杀入”到敌方通信系统内部去，所以通信干扰是进攻性第6章通信干扰原理(3)先进性。通信干扰以通信为对象，因此它必须跟踪通信技术的最新发展，并且要设法超过它，只有这样才能开发出克敌制胜的通信干扰设备来。但是世界各国通信技术的发展，特别是抗干扰军事通信技术的发展，都是在高度机密的情况下进行的，对敌情的探知比较困难。所以通信干扰是一项技术含量(4)灵活性和预见性。作为对抗性武器，通信干扰系统必须具备敌变我变的能力，现代战场情况瞬息万变，为了立于不败之地，通信干扰系统的开发和研究必须注重功能的灵活性和发展的预见性。第6章通信干扰原理(5)技术和战术综合性。同其他硬武器一样，通信干扰系统的作用不仅仅取决于其技术性能的优良，在很大程度上还取决于战术使用方法，如使用时机、使用程序以及在作战体系中(6)系统性。军事通信已经从过去单独的、分散的、局部的电台发展成为联合的、一体的、全局的数字网络化通信指挥系统。因此通信对抗也不能再是局部的、个别的、点对点的对抗行动了，它已是合同作战的一员，是现代战争中进行系统对第6章通信干扰原理(1)工作频带宽。通信干扰设备随着现代军用通信技术的发展，需要覆盖的频率范围已经相当宽，已从几兆赫、几十兆赫发展到几十千兆赫。在这样宽的工作频率范围内，不同频段上(2)反应速度快。在跳频通信、猝发通信飞速发展的今天，目标信号在每一个频率点上的驻留时间已经非常短促。通信干扰必须在这样短的时间和整个工作频率范围内完成对目标信号的搜索、截获、识别、分选、处理、干扰引导和干扰发射，可第6章通信干扰原理(3)干扰难度大。为实现有效干扰，在通信干扰技术领域中需要解决的技术难题相当多。譬如，与雷达对抗比较，雷达是以接收目标回波进行工作的，回波很微弱，干扰起来相对比较容易；而通信是以直达波方式工作的，信号较强，所以对通信信号的干扰和压制比雷达干扰需要更大的功率。另外，雷达是宽带的，一般雷达干扰机所需频率瞄准精度为几兆赫数量级，而通信是窄带的，通信干扰所需频率瞄准精度为几赫到几百赫，即频率瞄准精度要求更高。再之，雷达系统的输出终端是显示器，而通信系统在多数情况下其终端判断者是智能的人，所以通信系统的发射机和接收机通常是在异地配置，通信干扰设备通常只能确定通信发射机的位置，而难以确切地知道通信接收机的位置。因此要实现对通信系统的定向干扰十分困难，第6章通信干扰原理(4)对通信网干扰。随着通信系统的网络化，对通信干扰系统面临着更大的挑战。现代通信网是多节点、多路由的，破坏或者扰乱其中一个或者几个节点或者链路，只能使其通信效率下降，不能使其完全瘫痪或者失效。因此，对通信网的干扰与对单个通信设备的干扰有着显著的差别。对通信网的干扰目前(5)通信干扰的内涵。对通信信号的干扰的目的可以包含两种不同层面的含义，传统的通信干扰只关心信号层面的干扰，干扰的目的主要是破坏通信系统的信息传输过程，阻止其获取信息，它的重点是破坏通信信号传输的过程。而随着信息对抗技术的发展，人们越来越关心信息层面的干扰，即通信信号携带的信息。这时，人们更关心的是如何破坏其信息处理的过程。第6章通信干扰原理6.1.3通信干扰系统的组成和工作流程1.通信干扰系统的组成通信干扰系统由通信侦察引导设备、干扰控制和管理设备、干扰信号产生设备、功率放大器、天线等组成，其原理如图6.1-1通信侦察引导设备主要用于对目标信号进行侦察截获，分析其信号参数，为干扰产生设备提供被干扰对象的信号参数、干扰样式和干扰参数，必要时还将进行方位引导和干扰功率管理支持。通信侦察引导设备在干扰过程中的另一个作用是对被干扰的目标信号进行监视，检测其信号参数和工作状态的变化，即时调整干扰策略和参数。通信侦察引导设备通常有独立的接第6章通信干扰原理图6.1-1通信干扰系统组成原理第6章通信干扰原理干扰信号产生设备根据干扰引导参数产生干扰激励信号，形成有效的干扰样式。各种干扰样式和干扰方式的形成都基于干扰信号产生设备，它能够产生多种形式的干扰样式。干扰产生设备形成的信号称为干扰激励信号，它可以在基带(中频)产生干扰波形，然后经过适当的变换(如变频、放大、倍频等)，形成射频干扰激励信号；也可以直接在射频产生干扰激励信号。干扰激励信号的电平通常为0dBm左右，它送给功功率放大器是干扰系统中的大功率设备，它的作用是把小功率的干扰激励信号放大到足够的功率电平。功率放大器输出功率一般为几百至数千瓦，在短波可以到达数十千瓦。干扰设备输出的干扰功率与干扰距离成正比，干扰距离越远，需要的干扰功率越大。受大功率器件性能的限制，在宽频段干扰时，功率放大器是分频段实现的，如将干扰频段划分为30～100MHz、100～500MHz、500～1000MHz第6章通信干扰原理发射天线是干扰设备的能量转换器，它把功率放大器输出的电信号转换为电磁波能量，并且向指定空域辐射。对干扰发射天线的基本要求是具有宽的工作频段、大的功率容量、小的驻波比、高的辐射效率和高的天线增益。提高天线增益和辐射效率、降低驻波比可以提高发射天线的能量转换效率，使实际干扰管理和控制设备是侦察引导和干扰产生之间的桥梁。它管理和控制整个干扰系统的工作，并且根据侦察引导设备提供的被干扰目标的参数，进行分析并形成干扰决策，对干扰资源进行优化和配置，选择最佳干扰样式和干扰方式、控制干扰第6章通信干扰原理2.通信干扰系统的工作流程为了实现对通信信号的有效干扰