军用无线通信系统干扰与抗干扰技术的深入研究

2020-01-07 10:57:00

来源:中国人民解放军

一、 需求背景
随着现代社会的发展,无线通信在人们生活中的重要性日益增加。无线通信的出现与发展,解决了人们通信的时间与地点限制,使得人们能够随时随地进行信息交流,大大提高了社会的工作效率。无线通信主要是依靠电磁波信号可以在自由空间传播的特性的来作为一种信息交流的方式,自从1888年德国赫兹证实了电磁波的存在,无线通信事业迎来了蓬勃发展,成为21世纪国家不可或缺的产业与技术支撑。
在现代化军队作战过程中,由于灵活作战的需要,无线通信的应用尤为重要。无线通信符合建设现代化军队和信息化军队的要求。在作战过程中,通过技术手段保障我方无线通信设备的畅通已成为战术中不可或缺的一部分。在2015年国家成立了战略支援部队这一新军种,其一重要职责就是负责作战过程中的通信保障工作。由此可见,无线通信在现代化军队建设中的重要性。
然而,随着现代通信的快速发展,无线通信的信号干扰问题日益严重。在军队作战过程中,甚至将信号干扰技术作为一种高水平作战手段来抑制敌方战场信号的及时交流。通过对干扰措施的掌握与运用,可以有效地阻止敌方进行作战信息交流,对敌方的指挥系统形成重创,从而削弱敌方的作战能力,为我方取得战争的胜利打下坚实的基础。与无线通信系统干扰技术相对应的是其抗干扰技术,两者是一件事物的两面性,也具有同等重要性。信号的抗干扰技术能力成为我方通信质量保障的关键。通过专业的抗干扰技术,可以有效保证我方作战信息传输的隐蔽性与畅通性,防止信息的泄漏与中断。由此可得,研究无线通信系统的干扰与抗干扰问题,不仅是社会发展的需要,也在一定程度上提高了我国军队信息化建设水平与作战水平,保证了国家和人民的安全。本文旨在介绍目前国内外比较常用的无线通信系统的干扰与抗干扰技术以及其基本的原理。
二、 军用无线通信系统的干扰技术
在军用无线通信系统中,信号的干扰主要有三种技术手段:同频干扰,阻塞干扰,与扫频干扰。下面分别介绍这几种干扰技术的基本原理与应用方法。
(1) 同频干扰
同频干扰指的是我方发射与敌方频率相同的信号进而干扰其有用的传输信号,在敌方进行信号接收的时候,由于干扰信号的频率与其接收频率相同,从而使有用信号失真,达到干扰其通信系统的目的。在作战过程中,我方采用特定的技术手段跟踪敌方的信号并破译其具体的频率的同时释放出相同频率的信号,从而实现对敌方通信系统的干扰,因此同频干扰又叫做跟踪式干扰。此时,释放的干扰信号频率如若与敌方接收机的接收频率完全一致,则可以实现对敌方信号的完全覆盖。衡量同频干扰的干扰能力有一个重要的指标为同频干扰比,其定义为有用信号与同频干扰信号幅度的比值,所以在作战过程中,应使同频干扰比尽可能得小。应用同频干扰,由于是针对敌方某一特定频率,干扰的是一路确定信道,所以经常用来干扰敌方的作战指挥系统。
(2) 阻塞干扰
阻塞干扰是以无线通信设备里的具体元器件做为干扰对象的一种常用技术手段。由于无线通信设备在发射与接收电磁信号时都要使信号经过一重要的元器件,这一重要的元器件就是放大器。因此,研究放大器的工作特性是充分了解无线通信设备不可缺少的环节。经过研究,放大器的放大倍数是根据放大微弱信号的整机增益来设定的。其电平如若在线性工作区,那么放大器可以正常进行信号的放大工作;如若其电平超出放大器的线性工作范围后,会导致放大器进入非线性工作状态,导致放大器不再进行正常的放大工作或者放大倍数比原有放大倍数低,甚至完全抑制。阻塞干扰正是利用无线通信设备里的放大器这一工作特点进行无线信号的干扰。当敌方的无线通信设备工作时,我方释放一个强度较大的干扰信号作用于敌方接收机的前端电路,造成其放大器进入非线性失真状态,导致敌方接收机接收灵敏度下降,从而阻塞其有用信号的传输,达到干扰其正常通信的目的。
(3) 扫频干扰
扫频干扰是指干扰设备在某一频段内各频段作周期性扫描,对该频段内所有敌方电磁信号逐一进行压制性干扰。如扫频速度选择适中,处在扫频范围内的多部电子设备可在一段时间内强烈的周期性的干扰。当在作战环境中,如若敌方的的无线通信的信道比较多或者敌方通信的频率无法准确获知,此时扫频干扰是首选的干扰方式,另外当敌方的无线通信设备频率可变时,扫频干扰也可以针对性的做出应对措施。由于扫频干扰适用于复杂的战场通信环境,成为现代军队电子对抗战中重点研究的技术。目前扫频干扰技术经过不断地研究与发展,我国已经具备自动跟踪识别的扫频干扰技术能力,可以自动搜索、锁定、干扰敌方无线电通信信号并保证我方无线通信的畅通。实施干扰前,需要预置搜索接收机的信道间隔、扫频对应的频段和若干保护信道。当搜索到我方的无线通信信号时设备可以自动跳过,从而保证我方无线通信的畅通;当识别到敌方的无线通信信号时,由搜索状态转变为干扰状态,发射相应频率的干扰信号,从而达到对敌方无线通信系统干扰的目的。
三、 军用无线通信系统的抗干扰技术
在第二部分我们介绍了三种主流的军用无线通信系统干扰技术,在干扰技术发展的同时,抗干扰技术也随之研究发展。干扰技术是为了阻止敌方的正常通信,然而战场的局势瞬息万变,各个国家的军工科技也在不断进步,我方的无线通信系统也可能会受到敌方的干扰,因此为了保障我方的通信的畅通从而赢得战争主动权,研究军用无限通信系统的抗干扰技术成为现代信息战中至关重要的一部分。本部分我们将着重介绍目前两种比较主流的军用无线通信抗干扰技术:跳频技术、扩频技术。
(1) 跳频技术
跳频技术是指载波频率在一定范围内,按某种规律跳变的一种抗干扰技术。在作战时,无线通信设备的收发都按照一个相同的频点序列来进行信息的传输,这一频点序列就是跳频序列。一个跳频序列就是在给定的包含若干个频点的集合内,通过一定的算法,由移动分配偏移以及跳频序列号共同确定这若干个频点的排列方法。从通信方面讲,“跳频技术”是一种用码序列进行多频频移键控的通信方式,也是一种码控载频跳变的通信系统。其中常用的码序列是基于m序列、RS码、M序列等设计的随机序列,是由移位寄存器加反馈电路来进行设计实现,既增加了设备性能的稳定性,同时结构也比较简单,能够实现较快的同步。与常规的定频无线通信相比,跳频技术无线通信具有两个明显的优势:一是通信抗干扰性能好,当敌方启用干扰技术干扰我方通信时,即使有部分频点被干扰,在跳频序列中其余未被干扰的频点上仍然可以正常通信 ,从而达到抗干扰的目的,;二是通信隐蔽性能好,由于我方通信的频率一直按照离散方式进行随机变化,因此敌方难以捕捉我方的信号,从而保障了我方通信的隐蔽性。
(2) 扩频技术
扩频技术是扩展频谱技术的简称,它的基本理论基础是香农定理,即信道信息传输速率的上限R max与带宽W和信道信噪比S/N的关系:
香农定理指出当信号的传输速率不变时,信号的带宽和信噪比可以互换。即增大信号带宽的同时,可以降低对信号信噪比的要求。当信号带宽增加到一定程度时,有用信号的功率可以接近噪声信号甚至可以湮没在噪声信号之中进行传输,扩频技术就是建立在这一基础理论进行研究的。目前我国军队中应用比较广泛也比较先进的CDMA通信系统正是利用了这一技术。对于频谱扩展,首先是在无线通信设备的发射端的输入信号经过调制技术形成数字信号,然后再由扩频码发生器产生的码序列来进行数字信号的处理以拓宽信号的频谱,最后将拓宽频谱的信号再进行射频处理发射出去,从而降低信号在单位频带内的发射功率,使信号湮没在噪声里以达到隐蔽通信的效果,敌方很难捕捉我方的信号。在无线通信设备的接收端,采用同样的方式进行解扩处理,使有用信号解调成窄带信号,把干扰信号解调成宽带信号,然后在通过窄带滤波器进行滤波,提取有用信号,从而实现无线通信系统极强的抗干扰能力。
四、 结束语
本文介绍了军用无线通信系统的干扰与抗干扰的几种常用措施,说明了其实现各功能的基本原理与应用方式。由于社会的发展,各项技术也在不断提升与创新,电子对抗技术也越来越先进。我们在了解前沿技术的同时也要不断发现问题与解决方法。这样才能使我方技术更加具有先进性和实战性,在错综复杂的战场环境下始终可以保持通信的畅通,拥有绝对的优势,为最后的胜利打下坚实的基础。
(作者:王林    中国人民解放军92941部队)   
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