信息戰(zhàn)與通信抗干擾.課件

1、 信息戰(zhàn)與通信抗干擾 目 錄前言信息戰(zhàn)與數(shù)字化戰(zhàn)場信息戰(zhàn)與通信抗干擾通信抗干擾原理通信抗干擾的關(guān)鍵技術(shù)通信抗干擾的應(yīng)用前沿幾點結(jié)論前 言背景：信息技術(shù)、電子技術(shù)的發(fā)展信息戰(zhàn)、電子戰(zhàn)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的地位；中央軍委要求：打一場高技術(shù)條件下的局部戰(zhàn)爭；對我國電子信息領(lǐng)域科技工作者的要求。問題：什么叫電子戰(zhàn)電子戰(zhàn)和通信抗干擾的關(guān)系通信抗干擾基本體制和技術(shù)通信抗干擾和其它學(xué)科關(guān)系 必須把未來軍事斗爭準(zhǔn)備的基點放在打贏現(xiàn)代技術(shù)特別是高技術(shù)條件下的局部戰(zhàn)爭上人類戰(zhàn)爭在經(jīng)過徒手作戰(zhàn)、冷兵器戰(zhàn)爭、熱兵器戰(zhàn)爭、機(jī)械化戰(zhàn)爭幾個階段之后，正在進(jìn)入信息化戰(zhàn)爭階段信息化可能成為未來戰(zhàn)爭的基本特征信息戰(zhàn)與數(shù)字化戰(zhàn)場（一）什么

2、叫信息戰(zhàn)？信息戰(zhàn)就是為奪取和保持制信息權(quán)而進(jìn)行的斗爭。即是指敵對雙方為爭奪信息的獲取權(quán)、控制權(quán)和使用權(quán)，通過利用、破壞敵方和利用、保護(hù)己方的信息、信息系統(tǒng)和信息化武器系統(tǒng)而展開的斗爭。說明狹義信息戰(zhàn)（軍事領(lǐng)域）和廣義信息戰(zhàn)（經(jīng)濟(jì)、政治、科技等領(lǐng)域）。以信息技術(shù)為核心，由不完善到完善、由初級向高級發(fā)展。綜合運(yùn)用信息、信息系統(tǒng)和信息化武器的全面信息對抗。必須有效地利用信息流控制物質(zhì)流、能量流，實現(xiàn)軟殺傷與硬摧毀的有機(jī)結(jié)合。 信息戰(zhàn)與數(shù)字化戰(zhàn)場（二）數(shù)字化部隊和數(shù)字戰(zhàn)場數(shù)字化部隊、 數(shù)字化戰(zhàn)場這兩個概念是美軍首先提出來的，是美軍21世紀(jì)的基本建軍思想。和信息戰(zhàn)的關(guān)系數(shù)字化部隊和數(shù)字化戰(zhàn)場是信息戰(zhàn)的兩

3、大支柱，數(shù)字化部隊是信息作戰(zhàn)的主體，數(shù)字化戰(zhàn)場是數(shù)字化部隊實施作戰(zhàn)的依托。什么是數(shù)字化部隊？就是以數(shù)字化電子信息裝備和智能化主戰(zhàn)武器裝備為主體，實現(xiàn)了指揮控制、情報偵察、預(yù)警探測、通信和電子對抗一體化，適應(yīng)未來信息作戰(zhàn)要求的新一代作戰(zhàn)部隊。什么是數(shù)字化戰(zhàn)場？就是以數(shù)字化信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以戰(zhàn)場數(shù)字通信系統(tǒng)為支撐，實現(xiàn)了信息收集、傳輸、處理自動化和信息網(wǎng)絡(luò)一體化的戰(zhàn)場，或者說就是實現(xiàn)了戰(zhàn)略、戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)級指揮自動化系統(tǒng)的有效連接和應(yīng)用的戰(zhàn)場。 信息戰(zhàn)與數(shù)字化戰(zhàn)場（三）建設(shè)數(shù)字化部隊的目標(biāo)：使全軍各類作戰(zhàn)部隊，普遍裝備以數(shù)字化信息技術(shù)為主導(dǎo)的戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)指揮自動化系統(tǒng)和主戰(zhàn)武器平臺信息系統(tǒng)，同高機(jī)動、高精

4、度、強(qiáng)大的主戰(zhàn)武器裝備，共同構(gòu)成高度一體化的部隊裝備體系，實現(xiàn)高效指揮控制、全維偵察監(jiān)視、數(shù)字通信傳輸、有效電磁壓制和精確火力打擊，極大提高各級各類作戰(zhàn)部隊的指揮控制、態(tài)勢感知、快速部署、聯(lián)合作戰(zhàn)和實時保障能力，以適應(yīng)未來高技術(shù)信息戰(zhàn)的要求。美軍的C3I系統(tǒng)Command, Control, Communications, and Intelligence指揮、控制、通信和智能系統(tǒng)美軍的C4ISR系統(tǒng)Command, Control, Communications, Computers / Intelligence, Surveillance, and Reconnaissance指揮、控制、

5、通信、計算機(jī) / 智能、監(jiān)視、偵測系統(tǒng)信息戰(zhàn)與通信抗干擾（一）信息戰(zhàn)的內(nèi)容電子對抗。如：電磁波的偵測與隱蔽、通信干擾與抗干擾、雷達(dá)干擾與抗干擾等。網(wǎng)絡(luò)對抗。如：計算機(jī)病毒、軟件攻擊等。消息對抗。如：加密與解密、消息的收集與欺騙等。特點高度的對抗性極端的機(jī)密性應(yīng)用的綜合性對實戰(zhàn)環(huán)境的依賴性采用新技術(shù)的超前性信息戰(zhàn)與通信抗干擾（二）數(shù)字化部隊的建設(shè)重點是指揮自動化，包括：指揮控制、情報偵察、預(yù)警探測、通信和電子對抗等主要軍事信息領(lǐng)域，并強(qiáng)調(diào)與主戰(zhàn)武器系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合。其中，數(shù)字化通信系統(tǒng)建設(shè)是重要基礎(chǔ)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。沒有數(shù)字化通信系統(tǒng)作支撐，就無法實現(xiàn)指揮自動化各分系統(tǒng)間的無縫隙連接，數(shù)字化部隊、數(shù)字化

6、戰(zhàn)場建設(shè)也就失去了基礎(chǔ)條件。電子對抗是信息戰(zhàn)的重要組成部分，是信息戰(zhàn)的物理平臺。通信抗干擾保證戰(zhàn)場上各種電子與信息系統(tǒng)能正常工作的前提，是電子對抗的基礎(chǔ)。信息戰(zhàn)與通信抗干擾（三）軍事通信的干擾環(huán)境設(shè)備內(nèi)部的干擾，如：收發(fā)干擾、鄰道干擾等?，F(xiàn)場非敵意干擾。如：多徑干擾、多用戶干擾、環(huán)境噪聲干擾、其它電臺的干擾等?，F(xiàn)場的敵意干擾。指敵方為電子戰(zhàn)需要而施放的干擾。通信抗干擾主要指對抗敵方的有意干擾。敵意干擾的式樣阻塞干擾、壓制干擾跟蹤干擾、瞄準(zhǔn)干擾窄帶干擾、單頻干擾寬帶干擾、梳狀干擾、脈沖干擾升空干擾智能化干擾信息戰(zhàn)與通信抗干擾（四）抗干擾性能之一：信號隱蔽性無線信號的隱蔽性單位面積天線，在單位帶寬

7、中所能截獲的信號功率信號方式的隱蔽性雙工方式、調(diào)制方式、多路方式、編碼方式、同步方式信號參數(shù)的隱蔽性特別是與抗干擾有關(guān)的參數(shù)，如：擴(kuò)頻序列、跳頻序列、同步參數(shù)、信令參數(shù)等。 抗干擾性能之二：信號魯棒性用干擾容限定義 PJ/PS(條件：設(shè)備性能、工作環(huán)境、干擾性質(zhì)）三個層次的條件，即： a、設(shè)備性能。如：比特差錯率、語音質(zhì)量、同步及信令性能、網(wǎng)絡(luò)性能等，可以定一個門限，在此門限以下用戶不能接受。 b、工作環(huán)境。如：單臺設(shè)備還是多臺設(shè)備、有無天線抗干擾措施、干擾源是否升空等。 c、干擾性質(zhì)。如：干擾性質(zhì)、干擾強(qiáng)度、干擾時間等。通信抗干擾原理（一）：分類頻率域。采用頻率域處理，如；直擴(kuò)、跳頻、跳擴(kuò)。

8、時間域。采用時間域處理，如：瞬時、跳時等。空間域。采用空間域處理，如：自適應(yīng)天線等。其它數(shù)字處理。如：干擾抵銷、糾錯編碼等 原理框圖 通信抗干擾原理（二）：直接序列擴(kuò)頻頻譜圖擴(kuò)頻調(diào)制信息比特發(fā)送擴(kuò)頻序列載波解擴(kuò)解調(diào)擴(kuò)頻序列同步載波同步信息比特接收fbfcf0f0fcfb2fc窄帶干擾信號干擾擴(kuò)頻調(diào)制接收解擴(kuò)Gfc/fb擴(kuò)頻增益 原理框圖 通信抗干擾原理（三）：跳頻頻譜圖調(diào)制變頻信息比特發(fā)送中頻載波跳頻頻綜解跳解調(diào)載波同步信息比特接收fbfif01 f02 . f0Nf0fifb窄帶干擾信號干擾跳頻調(diào)制接收解跳GN跳頻增益跳頻圖案f01 f02 . f0N跳頻頻綜跳頻圖案同步fi 原理框圖 通信

9、抗干擾原理（四）：跳擴(kuò)頻跳擴(kuò)頻增益GNfc/ fb調(diào)制變頻信息比特發(fā)送中頻載波跳頻頻綜解跳解擴(kuò)載波同步信息比特接收fbfif01 f02 . f0N跳頻圖案f01 f02 . f0N跳頻頻綜跳頻圖案同步fi擴(kuò)頻擴(kuò)頻序列解調(diào)fc擴(kuò)頻序列同步通信抗干擾原理（五）：時間域瞬時通信這是潛艇通信常用的方法。先進(jìn)行信息壓縮，然后以很短的時間發(fā)送出去。特點：（1）隱蔽性好；（2）抗干擾能力強(qiáng)；（3）信息速率低；（4）延時大，非實時業(yè)務(wù)。跳時通信基本是一個TDM或TDMA系統(tǒng)；時隙不用滿，按某種跳時圖案在各個時隙上進(jìn)行跳時；有一定的隱蔽性和抗干擾性；目前使用不多。通信抗干擾原理（六）：空間域定向天線天線波束越

10、窄，電波隱蔽性好，抗干擾性也強(qiáng)。從抗干擾角度，全向天線不如定向天線。采用毫米波頻段，天線方向性很好，有利于通信抗干擾。自適應(yīng)調(diào)零天線利用相控陣天線原理，在干擾源方向形成波束的零點；利用數(shù)字信號處理技術(shù)對干擾信號進(jìn)行識別和檢測；利用自適應(yīng)技術(shù)自動調(diào)整天線波束的零點指向，使干擾信號最??；不足：在零點方向形成盲區(qū)，影響這個區(qū)域內(nèi)用戶的正常通信。通信抗干擾原理（七）：干擾容限模 型公式推導(dǎo)Eb = Ps*TbN0 = FkT + Pj/W + (N-1)Ps/W得到：N + Pj/Ps = 1 + W/fb*N0/Eb- FkTW/Ps討論：單用戶，忽略熱噪聲， Pj/Ps = W/fb*N0/Eb

11、= G*N0/Eb考慮熱噪聲考慮多用戶接收機(jī)PiPjFEb/N0條件： 信息比特率 fb，周期 Tb 擴(kuò)頻用戶數(shù) N 各用戶的功率相等 Pi(i=1,2,N)=Ps 擴(kuò)頻帶寬 W 干擾功率 Pj，帶寬 W 接收機(jī)噪聲系數(shù) F 通信抗干擾原理（八）：體制的比較阻塞干擾可以是窄帶、部分帶、梳狀干擾等。一般跳頻優(yōu)于一般直擴(kuò)這是因為直擴(kuò)增益一般都小于濾波器的防護(hù)度。跳頻最好再加上糾錯編碼措施某些跳頻點碰上干擾，可以通過糾錯消除誤碼。跳頻最好再加上自適應(yīng)調(diào)零天線增加對抗特強(qiáng)干擾的能力。跟蹤干擾過程：對信號進(jìn)行偵測、分析，引導(dǎo)干擾機(jī)跟上信號。快跳頻是對付跟蹤干擾的最好方法。臨界跳速150KHz / d(k

12、m)如果跳速做不快，可以采用跳擴(kuò)結(jié)合的方法。因為擴(kuò)頻增加了信號的隱蔽性，不容易被跟蹤。從抗干擾的角度，很少采用直擴(kuò)。 表1幾種典型的外軍移動通信系統(tǒng)型號 MSE（美） 松雞（英） RITA（法）完成時間 85年 84年 81年頻段 3088MHz 72.587.5MHz 7080MHz 136156MHz距離 20Km 15Km 20Km語音編碼16Kb CVSD16Kb CVSD16Kb CVSD信道數(shù) 12 9多址方式全頻分下時、上頻全頻分抗干擾 無 無 無通信抗干擾原理（九）：典型系統(tǒng) 通信抗干擾原理（十）：典型系統(tǒng)表2 幾種典型的外軍跳擴(kuò)頻移動通信系統(tǒng)型號 RF3090（美）Jagua

13、r V（英）Hydra V（意）頻段 3090MHz 3088MHz 3088MHz多址方式全頻分全頻分 抗干擾FH FH DS/FH 200跳/秒 150200跳/秒 直擴(kuò)增益：9dB 跳頻：200跳/秒 關(guān)鍵技術(shù)（一）：天線及射頻射頻技術(shù)寬頻帶射頻收發(fā)技術(shù)大功率線性功放大動態(tài)范圍接收機(jī)前端低損耗跳頻濾波器快速捷變頻綜天線技術(shù)寬頻帶或多頻段天線技術(shù)窄波束天線自適應(yīng)調(diào)零天線智能天線天線陣技術(shù) 關(guān)鍵技術(shù)（二）：擴(kuò)頻的某些技術(shù)要點有效性問題擴(kuò)頻是以頻帶換取抗干擾能力，因而降低了傳輸?shù)挠行浴＝鉀Q方法：采用多進(jìn)制直擴(kuò)技術(shù)。基本原理是利用直擴(kuò)碼的正交性，形成并行傳輸?shù)耐ǖ?，從而降低所需的帶寬?？煽啃詥?/p>

14、題擴(kuò)頻抗干擾的基本機(jī)理是降低干擾的功率密度或碰撞概率，但不能完全消除誤碼。解決方法：采用糾錯，并把信道編碼和擴(kuò)頻處理結(jié)合起來。跳頻同步為了實現(xiàn)跳頻電臺的正常通信，必須要求網(wǎng)內(nèi)電臺有相同的跳頻圖案，準(zhǔn)確的時鐘信息。這就需要跳頻同步。方法：軍用電臺目前流行的是同步字頭法，即通過移動臺對中心臺發(fā)出的時變跳頻圖案進(jìn)行搜索，實現(xiàn)移動臺對中心臺的跳頻同步。要求：同步信息的隱蔽性、傳輸?shù)目煽啃?、同步建立的快速性。即具有抗干擾能力強(qiáng)、同步時間短、傳輸可靠等優(yōu)點。 關(guān)鍵技術(shù)（三）：快速跳頻這是針對中、低速跳頻通信系統(tǒng)易受跟蹤式干擾而采用的一項最新技術(shù)，目前國際上還停留在理論研究階段，尚未實用。其主要原理是：移動

15、通信系統(tǒng)以高于信息速率的跳速在很寬的頻帶上進(jìn)行頻率跳變，即每個信息比特跳幾跳以上，相當(dāng)于跳速高達(dá)100KHz1MHz，比目前的跳速提高1001000倍。與中、低速跳頻方式相比，這種體制的顯著特點是： 能有效地對抗敵方的跟蹤式干擾和轉(zhuǎn)發(fā)式干擾； 能消除寬帶移動通信中多徑效應(yīng)造成的不利因素； 大大提高數(shù)據(jù)傳輸時的誤碼性能，從而提高可通率。以上這些優(yōu)點特別適用于新一代的軍用無線通信。 關(guān)鍵技術(shù)（四）：Turbo Code 提出：Turbo code碼又稱并行級聯(lián)碼，是1993年法國學(xué)者提出的一種性能接近極限的信道編碼結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的譯碼算法。特點：仙農(nóng)的信息論給出了信道傳輸能力的上限，即信道容量，然而這

16、個極限始終未能達(dá)到。傳統(tǒng)的信道編碼都有不同程度的糾錯能力，但離信道的容量極限還相距甚遠(yuǎn)，使得信道資源一直得不到充分的利用。Turbo code 則突破了傳統(tǒng)的編碼結(jié)構(gòu)與思路，它采用了并行級聯(lián)碼的結(jié)構(gòu)和利用軟輸出譯碼算法的迭代譯碼方法，在理論上可提供接近極限的能力。應(yīng)用：由于Turbo code 的這種優(yōu)異性能，其應(yīng)用價值十分廣闊，尤其是軍用移動通信領(lǐng)域，在實戰(zhàn)場合的電磁環(huán)境和電子對抗情況下，射頻強(qiáng)干擾無處不在，在這樣惡劣的環(huán)境中進(jìn)行可靠的通信對編碼提出了更高的要求，傳統(tǒng)編碼是很難達(dá)到的，而Turbo code 則可充分利用這種信道所能提供的通信能力。 關(guān)鍵技術(shù)（五）：軟件無線電提出：1992年

17、在美國首先提出這個概念，并在美軍的多頻段多模式電臺（Speakeasy)中得到應(yīng)用，美國麻省理工學(xué)院的一些計算機(jī)科學(xué)家開始進(jìn)行軟件無線電體系結(jié)構(gòu)的研究，近年美國還組成軟件無線電Forum，加快實用化的步伐。特點：什么是軟件無線電？軟件無線電是將模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的硬件單元以總線或網(wǎng)絡(luò)的方式連接構(gòu)成基本平臺，并通過軟件加載實現(xiàn)各種無線通信功能的一種開放式體系結(jié)構(gòu)。軟件無線電體現(xiàn)三個開放性：對研制的開放性，對生產(chǎn)的開放性，對使用的開放性。是無線通信的第三次革命。應(yīng)用：a、可實現(xiàn)各種電臺互聯(lián)互通的無線網(wǎng)關(guān) b、可接入各種軍用移動通信網(wǎng)的多功能車載電臺 c、可實現(xiàn)空中轉(zhuǎn)信的多功能空中平臺 d、可進(jìn)行智能化

18、通信偵察與抗干擾的電子對抗系統(tǒng) 關(guān)鍵技術(shù)（六）：智能化對抗智能化電子對抗是新一代軍用通信系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。通信抗干擾的智能化：（1）對戰(zhàn)場電磁環(huán)境的智能化偵測和分析；（2）智能化天線技術(shù)，把空間信號處理引入電子對抗；（3）智能化跳擴(kuò)頻技術(shù)，根據(jù)戰(zhàn)場情況實現(xiàn)電子對抗體制及參數(shù)的最優(yōu)化；（4）網(wǎng)絡(luò)的智能化抗干擾技術(shù)，根據(jù)戰(zhàn)場情況實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、信令及控制的最優(yōu)化。 應(yīng)用前沿（一）：抗跟蹤干擾現(xiàn)有的對抗跟蹤干擾或單頻干擾手段，主要靠慢跳頻或中速跳頻。跳頻對躲避固定干擾有很好的作用，然而，目前的信號檢測手段也日新月異，檢測能力日益加強(qiáng)，目前任一種DSP芯片的FFT速度能夠很容易地達(dá)到1ms以下，即現(xiàn)有

19、的跳頻系統(tǒng)很容量受到跟蹤干擾的攻擊。解決這個問題的根本辦法就是采用快速跳頻。也就是說要將跳頻速率提高到每個頻點的停留時間不超過從通信發(fā)射機(jī)到干擾機(jī)再到通信接收機(jī)的傳播延遲，從而使最理想的跟蹤干擾或轉(zhuǎn)發(fā)干擾到達(dá)接收機(jī)的時間超過有效的通信時隙而失去干擾作用。例如，當(dāng)干擾機(jī)在10km以外時，只要跳頻速率達(dá)到15KHz即可徹底解決跟蹤干擾和轉(zhuǎn)發(fā)干擾問題。 應(yīng)用前沿（二）：抗阻塞干擾傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)，特別是寬帶系統(tǒng)（跳頻和擴(kuò)頻）對干擾的抑制主要靠中頻濾波，然而由于前端高頻放大器和混頻器都是非線性器件，在有強(qiáng)干擾時會產(chǎn)生不可恢復(fù)的交調(diào)干擾和噪聲惡化，即產(chǎn)生射頻前端的阻塞。解決辦法：（1）盡量提高前端器件的線性動態(tài)范圍，（2）將增益盡量分配在中放，（3）更重要的和更直接的方法是在天線和高放間引入可快速編程的高Q無源跳頻濾波器，從而大幅度降低進(jìn)入有源器件的干擾電平，提高抗阻塞能力。舉例：某超短波電臺的空間電磁環(huán)境舉例：某超短波電臺前端產(chǎn)生的交調(diào)舉例：某超短波電臺加跳頻濾波器后的交調(diào) 應(yīng)用前沿（三）：抗部分帶干擾現(xiàn)有的無線通信系統(tǒng)（特別是模擬系統(tǒng)）即使采用跳頻技術(shù)，在部分帶干擾環(huán)境下，一般只要干擾比例達(dá)到總帶寬的1/3，就無法正常通信了。在這樣的惡劣環(huán)境下，要想仍能正常通信，唯一的辦法就是采用有強(qiáng)大糾錯能力編碼，即Turbo code編碼。曾對Turbo code在快跳頻環(huán)境下的性能