《無線電抗截獲抗干擾通信》課件第1章

第1章引論1.1引言1.2通信偵察與通信反偵察、通信干擾與通信抗干擾1.3通信抗干擾的理論與技術(shù)1.4低截獲概率信號設(shè)計的理論與技術(shù)1.5

MIMO-OFDM技術(shù)1.6抗干擾通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標1.1引言

現(xiàn)代軍事通信技術(shù)是現(xiàn)代電子信息技術(shù)的重要組成部分,而無線電抗截獲、抗干擾通信又是現(xiàn)代軍事通信、民用通信的支柱。現(xiàn)代通信電子戰(zhàn)的首要目標是通過無線電偵察,準確地干擾敵方的通信系統(tǒng)(指揮中心和通信網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點)，確保己方無線電通信暢通。因此,通信系統(tǒng)和通信網(wǎng)是否具有良好的抗截獲能力和強抗干擾能力，是能否取得電子戰(zhàn)勝利的首要條件。無線電通信在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的地位越來越重要,它是現(xiàn)代通信的主要手段，在特定的環(huán)境中，它是惟一的手段，例如空軍、海軍、裝甲兵等部隊的通信，超遠程的移動通信，追擊戰(zhàn)、登陸戰(zhàn)等情況下的作戰(zhàn)通信等。正是由于無線電通信在某些時候是惟一的手段，因此各國都競相投入可觀的力量對無線電通信的偵察(如竊聽)、干擾等技術(shù)進行研究。在戰(zhàn)時，無線電通信對抗已成為一項重要而無形的電子斗爭。和平時期的軍事無線電通信劃分了頻段，合理利用了頻率資源及規(guī)劃組網(wǎng)，理論上應(yīng)該能和民用通信“和平共處”，但實際情況并非如此。經(jīng)常出現(xiàn)民用移動通信對其他通信造成干擾，特別是對空軍地空通信指揮、民航調(diào)度通信等造成嚴重干擾的情況，影響了正常的訓(xùn)練和飛行。因此，即使在和平時期，加強軍事通信系統(tǒng)的抗干擾能力也是非常重要和迫切的。

民用通信，特別是現(xiàn)代移動通信，在電磁環(huán)境日趨復(fù)雜的條件下，其本身的抗截獲、抗干擾能力也是一個非常重要的指標。 1.2通信偵察與通信反偵察、

通信干擾與通信抗干擾

1.2.1通信偵察

1.通信偵察的基本概念通信偵察是獲取軍事、外交、經(jīng)濟情況的一種方式。它用無線電偵察設(shè)備對敵方的無線電電子設(shè)備和通信設(shè)備所發(fā)射的信號進行搜索、檢測、識別、定位、分析和破譯，以獲取各種情報，供己方有關(guān)部門使用；它還能支援干擾和武器系統(tǒng)，對敵通信系統(tǒng)和通信網(wǎng)進行有效的干擾,甚至摧毀。偵察的目的是獲取情報以及實施干擾，所以偵察設(shè)備首先應(yīng)能發(fā)現(xiàn)通信信號，然后能分析信號(提取信息)和測定通信電臺的位置等。

發(fā)現(xiàn)信號即要求確實地檢測到敵臺發(fā)射的無線電信號，這就要求必須有良好的環(huán)境條件，并且偵察接收設(shè)備具有足夠高的靈敏度。由于不能預(yù)先知道敵臺的工作頻率，因此還要求偵察接收機要有相當寬的頻率范圍，使其能跟蹤到需要的頻率。為了不致錯過偵察時機，偵察設(shè)備必須有快速跟蹤的搜索和瞄準手段。為了截取敵臺的信號，己方還必須具有與敵通信設(shè)備相適應(yīng)的偵察接收機和終端設(shè)備，使其檢測方式與敵臺的發(fā)射信號的調(diào)制方式相適應(yīng),甚至要具備自適應(yīng)調(diào)制方式識別裝置。一般通信偵察設(shè)備的構(gòu)成如圖1－1所示。電臺信號被偵察天線接收后，在偵察接收機中被放大和檢測，并送至終端設(shè)備進行顯示、分析和記錄。

近年來，計算機技術(shù)被廣泛應(yīng)用于偵察設(shè)備中，借助于計算機的輔助分析能力，能夠比較迅速和準確地識別敵臺信號。特別是當計算機技術(shù)和數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無線電偵察領(lǐng)域后，利用DSP/FFT技術(shù)能夠進行寬頻譜的快速分析，從而使偵察技術(shù)有了一個飛速的發(fā)展。圖1－1一般通信偵察設(shè)備的構(gòu)成

2.通信偵察設(shè)備的種類

采用哪種類型的通信偵察設(shè)備是根據(jù)偵察任務(wù)來確定的。如果它的重要任務(wù)之一是要確定正在工作的發(fā)射臺的位置，即測定其方位，就應(yīng)采用定向接收設(shè)備及波形分析、信號分析等手段。為了便于讀者理解,這里僅對無線電測向和測向儀稍加說明。

無線電測向的種類較多，按顯示方法的不同可分為聽覺測向和視覺測向，而按其使用方法的不同可分為固定測向和戰(zhàn)術(shù)移動測向等。測向儀的組成如圖1－2所示。圖1－2測向儀的組成測向儀用來測定敵發(fā)射機的方位，這一功能是用專門的定向天線來完成的。因此，定向天線是測向儀極其重要的組成部分。

定向天線的種類很多，如環(huán)形天線、H形天線、框形天線和U形天線等?，F(xiàn)以環(huán)形天線為例來說明定向接收的原理。如果天線以中線為軸進行旋轉(zhuǎn)，那么當天線平面與電波方向同處一個平面時，在接收機的輸出端有最強的信號；當天線平面與電波方向垂直時，接收機的輸出端信號為零。如果將天線旋轉(zhuǎn)一周，那么接收信號將有兩次最大、兩次為零。隨著天線的旋轉(zhuǎn)，在其他方向上接收的信號也會變化，最終可以得到心字形的方向圖。由于人的感覺系統(tǒng)對分辨零點最敏感，因此實際以測定接收信號的最小點來確定電臺方向。近代測向儀是采用固定天線，通過一種角度計的轉(zhuǎn)動來測定方向的。

由于接收到的無線電信號太微弱，不能推動終端設(shè)備工作，因而必須有放大設(shè)備，其種類和規(guī)格視測向儀的種類而定。

3.通信偵察的特點和任務(wù)

通信偵察不僅在戰(zhàn)時進行，平時也在進行。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，為配合戰(zhàn)役行動的偵察設(shè)備不必再配置在軍隊的戰(zhàn)斗地域了，這使偵察設(shè)備不易受到敵方的攻擊，可不間斷地對敵戰(zhàn)斗地域以及縱深的通信實施偵察，使己方隨時掌握敵方的部署和行動。由于無線電偵察設(shè)備可以全天候地工作，因此它送到指揮機關(guān)的情報是源源不斷的，這些情報成為指揮員掌握敵情的重要信息來源。由于通信偵察本身不發(fā)射信號，因而它非常隱蔽，不易被敵方偵察到。

通信偵察的特點是：

(1)偵察距離遠。偵察的距離與敵臺的輻射功率、電波的傳播條件及己方偵察設(shè)備的靈敏度等因素有關(guān)。在短波、超短波戰(zhàn)術(shù)通信采用地面波傳播的條件下，偵察距離一般為幾千米到幾萬米。對衛(wèi)星通信而言，偵察距離可達數(shù)萬千米。在遠距離偵察時，偵察設(shè)備可以配置在戰(zhàn)區(qū)以外，因而受戰(zhàn)場態(tài)勢變化的影響較小。

(2)偵察范圍廣。從地域、空域上都可以在十分廣闊的范圍內(nèi)實施偵察。頻域上，凡是無線電通信工作的頻率范圍，都是通信偵察的頻率范圍。

(3)實時性好。偵察設(shè)備可以長時間不間斷地工作，只要在我方偵察設(shè)備作用的空域、地域和頻域范圍內(nèi)，敵方通信電臺或系統(tǒng)都能被及時偵察到，且這種偵察是實時的。

(4)受敵方無線電通信條件的制約大。

通信偵察的主要任務(wù)是：

(1)在時間、空間和頻率上搜索，以探測敵方通信信號的活動。

(2)確定信號類別，獲取信號情報。

(3)確定輻射源位置。

(4)決定應(yīng)采取的行動(如停止監(jiān)視、連續(xù)監(jiān)視、應(yīng)用ECM（電子對抗）等)。通信偵察涉及以下四個與敵方通信系統(tǒng)有關(guān)的問題：

(1)它是什么系統(tǒng)?

(2)它在什么地方?

(3)它將干什么?

(4)如何對付它？是干擾壓制還是摧毀?

4.無線電通信偵察面臨的難題與對策

在現(xiàn)代電子對抗條件下，隨著通信技術(shù)的發(fā)展，無線電通信偵察面臨以下難題：無線電通信信號越來越密集，無線電頻率的利用日趨飽和;低截獲概率（LPI）信號被采用;通信頻段的加寬、信號形式的復(fù)雜多變（使得通信信號對偵察接收機的不確定性大大增加）及信號功率譜密度的降低（低于背景噪聲電平）等。這些問題使通信對抗偵察的復(fù)雜性增加了，困難更大了?，F(xiàn)代軍事通信采用復(fù)雜的數(shù)字加密通信技術(shù)，即使把信號解調(diào)下來，要破譯出信息內(nèi)容，也需要很長的時間，且難度極大。對于抗干擾、抗截獲通信系統(tǒng)，若采用了射頻加密和數(shù)據(jù)加密雙層加密技術(shù)，則偵察方更難對付，即使將檢測到的信息用一定時間破譯出來，通信方的信號密碼也早已更換，譯出的信息可能早已失去應(yīng)用價值。

以上情況使從事無線電偵察的專家們意識到,偵察敵方信號內(nèi)部特征的戰(zhàn)術(shù)意義越來越小，這迫使偵察的重點不得不集中在通信信號的外部特征上，因為這樣處理實時性好，可以獲得大量通信對抗情報，分析出有價值的軍事情報（通聯(lián)特征、技術(shù)特征），可以為干擾破壞敵方通信提供依據(jù)。隨著多天線MIMO技術(shù)的應(yīng)用，虛擬天線陣和分布式MIMO技術(shù)相繼出現(xiàn)，它們在不同的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)下，利用空間分布的多個相互獨立的通信節(jié)點間的天線來完成天線共享。結(jié)合適當?shù)闹欣^策略和交互設(shè)計，通過單天線的通信節(jié)點同樣可獲得類似于MIMO的性能?？沼騾f(xié)作分集就是在上述原理的基礎(chǔ)上建立起來的。每個移動用戶（如軍用移動無線電臺、站）終端都有一個或多個合作伙伴（Partner），它有責(zé)任在傳輸自己的信息的同時，“幫助”其他伙伴傳輸信息。這樣，每個終端在傳輸信息的過程中既利用了自己的又利用了合作伙伴的空間信道，獲取了一定的空間分集增益。協(xié)作分集的合作伙伴共享彼此天線，從而構(gòu)成了虛擬的MIMO多天線系統(tǒng)?？沼騾f(xié)作分集及其在軍事無線網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（戰(zhàn)場通信組網(wǎng)）等多種場合的應(yīng)用，使中、小型移動無線電通信臺、站找到了高速率抗衰落、抗截獲、抗干擾通信的新出路。例如，目前抗干擾、抗截獲的方法有DS－SS、FH－SS、DS/FH－SS、DS/TH/FH－SS等，但這些方法都沒有很好地利用空間資源，而協(xié)作分集在一定意義上講是一種“空跳”，即用戶信息在空間方位的跳變，可獲得抗檢測、抗截獲制度增益。隨著參與用戶的增多以及“空跳”幅度和跳速的提高，“空跳”的增益將會更高,現(xiàn)有的偵察接收技術(shù)要對付這樣的無線電通信信號，難度將更大。因此，協(xié)作分集將成為現(xiàn)代通信偵察面臨的又一個新挑戰(zhàn)。由于對地面、空中移動通信的偵察已成為新的情報增長點，而傳統(tǒng)的單天線移動偵收臺、站已經(jīng)不能滿足定位精度和偵收臺間通信的要求，因此，對于將傳統(tǒng)的單/雙天線、單/雙站移動偵察接收推廣到新的移動偵察接收網(wǎng)絡(luò)，多站協(xié)同工作偵察技術(shù)的研究顯得尤為重要和迫切。1.2.2通信反偵察

1.通信反偵察的基本概念

無線電通信偵察借助于無線電通信偵察裝備，對敵無線電通信電磁輻射信號進行檢測、截獲(分析、識別)、定位以獲得有用信息。而無線電通信反偵察與其相反，它是通過通信電子反對抗(ECCM)綜合技術(shù)的運用和組織實施，來降低無線電通信偵察效果的技術(shù)，例如，用無線電信號的隱蔽性、復(fù)雜性實現(xiàn)無線電通信反偵察的目的。換句話說，在通信電子戰(zhàn)中，通常無線電通信偵察與無線電通信反偵察（如無線電信號的隱蔽）是相互矛盾、相互排斥的。無線電通信反偵察的主要任務(wù)是阻止非法方(如敵方)對己方的通信信號進行檢測、測向、截獲和利用等。為了達到此目的,空間傳輸?shù)耐ㄐ判盘柋仨毦哂幸韵绿卣骱湍芰?

無線電通信信號必須具備某種能力，以降低非法接收方(如敵方)對其成功地進行檢測、頻率估計、特征提取和恢復(fù)信息的概率。具有這種能力的安全傳輸信號被稱為廣義的低的利用概率（LowProbabilityofExploitation，LPE）信號。偵察接收機總是設(shè)法檢測(發(fā)現(xiàn))微弱的通信信號。檢測概率是對偵察方檢測通信信號能力的一個度量。令非法接收機難以檢測的隱蔽通信信號稱為具有低的檢測概率（LowProbabilityofDetection，LPD）信號。如果一個信號能夠被檢測到，那么，它的一些特征參數(shù)也有可能被估算出來。利用這些特征參數(shù)，使用幾部接收機就能夠發(fā)現(xiàn)該通信發(fā)射機的位置。因此，若要隱匿一部發(fā)射機的位置，就必須要求它所發(fā)射的信號是LPD信號。在現(xiàn)代反偵察中，有時通信方無法完全做到或沒有必要防止非法接收機檢測到己方的信號，但必須在通信信號被檢測之后，使其信號類別不易被識別。而且，通信方還可以做到即使偵察接收方檢測到了每一個信號段，但仍難以識別一個信號中各個分信號段的順序。這類似于將多幅玩具拼圖放在同一盒子里，不了解里面有幾幅圖，不知道每幅圖的圖案是什么，要把它們一塊塊地拼起來是不可能的或相當困難的。無線電通信信號必須具備某種能力，能阻止非法接收機獲取信號特征,以降低其成功地分選、識別出信號的概率，具有這種能力的信號稱為低的截獲概率(LowProbabilityofIntercept，LPI)信號。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭的通信對抗中，通信信號有時也可能被檢測、被截獲，但對方無法利用這些信號來獲取明碼電文或加密比特信息。同樣，發(fā)信人的身份和設(shè)備屬性也可以被掩蓋。因此,為了便于理解和應(yīng)用方便,可以將信號低的利用概率狹義地定義為:能夠給非法方的利用造成極大困難的信號就是低的利用概率(LPE)信號。

有時，LPE的含意很廣，它包括了前面所定義的LPI和LPD及本節(jié)狹義定義的LPE,也就是前面所說的廣義的低的利用概率（LPE）。在后面各章節(jié)中，如不加以說明，則LPI、LPD以及狹義LPE共用LPE表征，必要時分開使用。從現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)來看,通信信號在傳輸空間絕對不被發(fā)現(xiàn)(檢測到)是不可能的,但只要信號足夠復(fù)雜和隨機,不被截獲倒是大有可能的。從通信偵察中的抗截獲出發(fā),在LPD、LPE、LPI三者中,我們認為信號的LPI特性顯得更加重要。因為,只要不被截獲,非法方想利用信號獲取情報幾乎是不可能的。所以本書有關(guān)章節(jié)將重點研究各種通信信號的LPI性能及LPI信號的設(shè)計及實現(xiàn)技術(shù)，對信號的LPD、LPE性能在必要時也會加以分析和討論。保證信息安全的另一分支技術(shù)是密碼和信息隱藏技術(shù)。信息加密與信息隱藏都是把對信息的保護轉(zhuǎn)化為對密鑰的保護。信息隱藏技術(shù)沿用了傳統(tǒng)加密技術(shù)的一些基本思想和概念，但二者采用的保護信息的手段不同。信息加密是把有用信息加密成隨機的亂碼，偵聽者截獲到密文后若不知密鑰，就無法破譯獲取信息；信息隱藏則是把有用的信息隱藏到另一個稱為載體的信息（如圖片）中，偵聽者不知道這個普通信息中是否隱藏了真正的有用信息，而且即使知道，也難以提取或去除隱藏的信息。信息隱藏所用的載體可以是文字、圖像、聲音、視頻等。為了增加攻擊的難度，也可以把加密與隱藏兩個技術(shù)結(jié)合起來。加密和隱藏技術(shù)不屬于本書通信信號安全傳輸LPE研究的主要內(nèi)容，因此不對其作詳細討論。

2.通信反偵察的基本方法

實現(xiàn)通信反偵察最基本的方法是提高無線電通信電子設(shè)備及系統(tǒng)的隱蔽性。提高隱蔽性的方法目前主要有頻率法、結(jié)構(gòu)法、時間法、振幅法、空間法以及混合法等。

(1)頻率法。頻率法的實質(zhì)是通信設(shè)備或系統(tǒng)在工作的過程中,自適應(yīng)地改變工作頻率或偽裝無線電通信信號的輻射頻率。例如,受偽隨機序列控制的跳頻通信系統(tǒng),其工作頻率在較寬的頻段內(nèi)隨機快速跳變,使敵偵察接收機難以跟蹤和搜索,從而實現(xiàn)通信設(shè)備或系統(tǒng)隱蔽的良好效果。

(2)結(jié)構(gòu)法。結(jié)構(gòu)法的實質(zhì)是反偵察方采用復(fù)雜結(jié)構(gòu)的無線電通信信號，實現(xiàn)通信設(shè)備和系統(tǒng)隱蔽性。目前這種方法是以偽隨機信號為基礎(chǔ)的。例如,以偽噪聲碼構(gòu)成的擴展頻譜通信系統(tǒng),傳輸?shù)男畔㈦[藏在直接序列擴展頻譜信號中,空中傳輸通信信號頻譜寬、譜密度極低,使敵方偵察接收機難以檢測和截獲。目前采用的新的調(diào)制和調(diào)制隨機跳變技術(shù)，也是通信設(shè)備或系統(tǒng)的信號采用結(jié)構(gòu)法反偵察的又一新途徑。

(3)時間法。提高通信設(shè)備或系統(tǒng)隱蔽性的時間法，是以減小無線電通信信號的輻射持續(xù)時間和重復(fù)頻率為基礎(chǔ)的。目前,無線電通信信號采用時間法來提高通信設(shè)備或系統(tǒng)隱蔽性的技術(shù)已經(jīng)比較成熟。例如突發(fā)通信和偽隨機跳時擴展頻譜通信都是典型的利用時間法實現(xiàn)通信信號抗檢測、抗截獲的技術(shù)途徑。詳細內(nèi)容見本書的第3章和第8章。

(4)振幅法。提高通信設(shè)備或系統(tǒng)隱蔽性的振幅法,就是預(yù)先或自動地降低無線電通信發(fā)射機的發(fā)射功率電平(在確保己方通信接收電平前提下實施幅度法),以使敵方偵察接收機的輸入信號功率小于實際靈敏度,讓其難以檢測到無線電通信信號。振幅法通常用功率自適應(yīng)技術(shù)來實現(xiàn)。

(5)空間法。無線電通信設(shè)備或系統(tǒng)的空間隱蔽性，決定于被偵察無線電通信設(shè)備中所采用的天線系統(tǒng)的方向圖。天線的方向圖主瓣越窄,旁瓣電平越低,則隱蔽性就越高。現(xiàn)代通信中采用自適應(yīng)天線來確保己方通信所需要的天線方向圖形狀和主瓣寬度,其反向輻射及旁瓣電平極低，可以實現(xiàn)較好的無線電通信設(shè)備或系統(tǒng)空間隱蔽性。

(6)混合法?；旌想[蔽方法是將以上幾種方法組合使用的方法。例如，頻率法與結(jié)構(gòu)法、結(jié)構(gòu)法與時間法、結(jié)構(gòu)法與空間及時間法等混合使用,可以更好地實現(xiàn)無線電通信設(shè)備及系統(tǒng)的隱蔽性。在實際的軍事反偵察無線電通信設(shè)備及系統(tǒng)中,大都采用混合隱蔽法。如美軍的JTIDS系統(tǒng)就采用FH/DS/TH及自適天線等技術(shù)實現(xiàn)通信信號抗截獲、抗干擾功能。

提高無線電通信電子設(shè)備及系統(tǒng)的隱蔽性的方法,當然不僅僅是以上所提到的方法與技術(shù),還有別的一些方法,如有源干擾隱蔽法等。

實現(xiàn)無線電通信電子設(shè)備及系統(tǒng)的隱蔽原理、技術(shù)及途徑將在本書后面的章節(jié)中進行詳細論述。1.2.3通信干擾

1.通信干擾的類型

通信干擾不同于雷達干擾，它沒有消極干擾，只有積極干擾。通信干擾可分為壓制性干擾和欺騙性干擾。壓制性干擾用強大的干擾功率壓制敵收信機的正常接收，使真實信號模糊不清或完全“淹沒”在干擾之中。欺騙性干擾發(fā)出和敵方通信信號十分相似的干擾信號，使敵方通信人員真假難分，有時它可以起到壓制性干擾難以達到的效果。根據(jù)通信干擾在技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)上的不同特點，大致可以將其分為以下幾種類型：

(1)按本身的用途與頻譜成分可分為瞄準式干擾、半瞄準式干擾和阻塞式干擾。

(2)按調(diào)制方式可分為鍵控干擾，音頻、雜音調(diào)制干擾，脈沖調(diào)制干擾以及綜合干擾。

(3)按照作用強度可分為壓制干擾、強干擾和弱干擾。

(4)按照輻射方向可分為強方向性干擾、弱方向性干擾和無方向性干擾。

(5)按頻段可分為甚低頻、低頻、中頻、高頻、甚高頻、特高頻和超高頻等干擾。

(6)按作用距離可分為本地干擾、近程干擾和遠程干擾。

(7)按作用時間可分為短時間干擾和長時間干擾。

2.干擾機的工作原理及組成

通信干擾的基本工作形式是點式、阻塞式和瞄準式，這里以瞄準式干擾為例來說明其工作原理與組成。瞄準式干擾機是通信干擾機的基本類型之一，也是應(yīng)用最廣泛的一種干擾機。

如圖1－3所示，對調(diào)頻信號的干擾必須對準其頻率，因為干擾效果的好壞首先取決于干擾信號頻率重合的準確度。這樣，使干擾頻率與信號頻率準確重合就成為這種干擾系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。目前，解決這個問題的主要方法是時間選擇法。它的原理是：在某些時間干擾發(fā)射機發(fā)射，而在很短時間里又停止干擾；在停止干擾的這段時間內(nèi)要接收敵方通信信號，并且用一定的方法記憶敵臺信號的頻率，然后再發(fā)射干擾，這時的干擾頻率應(yīng)調(diào)整得與記憶頻率相一致，這樣就可對敵臺信號進行最有效的干擾。圖1－3干擾條件下調(diào)頻通信的相互關(guān)系為了獲得最佳的干擾效果，只要求在頻率上對準還不夠，還必須選擇適合的干擾樣式。這是因為通信有不同的樣式，如等幅報、音頻調(diào)幅報、移頻報等，與此相對應(yīng)的最佳干擾樣式也應(yīng)分別為等幅報、音頻調(diào)幅報和移頻報的干擾。對于復(fù)雜信號，由于信號呈現(xiàn)不規(guī)則的起伏狀態(tài)，因此一般施放雜音干擾?？傊?，在具體實施干擾的過程中，應(yīng)根據(jù)對方無線電通信的方式，采取相應(yīng)的干擾類型。

瞄準式干擾機的組成如圖1－4所示。收信機用來接收敵方的無線電通信信號，它具有選擇和放大的能力；重合設(shè)備用來“記憶”信號與干擾頻率，并檢查信號與干擾頻率重合的準確程度；發(fā)射機用來產(chǎn)生足夠功率的干擾信號；調(diào)制器用來產(chǎn)生不同樣式的調(diào)制信號；控制器控制收、發(fā)機交替工作。圖1－4瞄準式干擾機的組成瞄準式干擾機的工作過程是這樣的：當收信機接收到敵方的信號后，便可確定其工作頻率和干擾信號樣式，然后選擇相應(yīng)的最佳干擾樣式，并使干擾的頻率和天線的輻射方向?qū)蕯撑_。這樣施放的干擾可以得到最好的效果。

3.一體化通信對抗

為了在給定的地點和給定的時間內(nèi)破壞敵方通信系統(tǒng)，對干擾機來說要考慮兩個基本問題：

(1)最佳的干擾波形和干擾策略是什么?

(2)對這種通信系統(tǒng)進行干擾的有效性如何?(系統(tǒng)對干擾的易損性如何?)

雖然要獲得對這兩個問題的精確回答通常是困難的，但必須回答這些問題。其答案與下列因素有關(guān)：發(fā)射功率電平、距離、頻率、系統(tǒng)損耗/效率、天線方向圖、噪聲電平、調(diào)制方式、解調(diào)/檢測方法、差錯控制編碼、擴展頻譜技術(shù)、數(shù)據(jù)格式、同步技術(shù)、系統(tǒng)失真、信道衰落和核效應(yīng)、自干擾電平、干擾功率電平等。這些因素中有些與系統(tǒng)的設(shè)計有關(guān)，有些則與系統(tǒng)的應(yīng)用條件有關(guān)。為了有效地實施干擾，可把偵察、測向、干擾有機地結(jié)合在一起，形成綜合通信對抗系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括指揮控制中心、偵察子系統(tǒng)及干擾子系統(tǒng)等，整個系統(tǒng)在指揮中心的統(tǒng)一指揮下運行。偵察子系統(tǒng)完成對信號的截獲(搜索、分選、識別)和存儲以及目標網(wǎng)臺的測向定位；指揮控制中心對偵察數(shù)據(jù)進行綜合分析處理，確定目標的威脅等級、干擾功率和干擾參數(shù)等；干擾子系統(tǒng)實施干擾。在干擾過程中，偵察子系統(tǒng)可以隨時監(jiān)視干擾效果，并通過指揮中心對干擾子系統(tǒng)進行調(diào)整，充分發(fā)揮干擾效能。

4.通信網(wǎng)對抗

通信偵察與干擾的最終目的是對敵通信實施有效干擾，切斷其信息傳遞。但隨著軍事通信向多路由、多節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)化通信體制發(fā)展，又出現(xiàn)了許多新的問題：如何衡量通信干擾的有效性?到底同時干擾多少個節(jié)點、切斷多少條路由才能使整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓或失效?選擇哪一個節(jié)點、哪一條路由才能進行有效干擾?干擾效果如何評價?等等。要解決這些問題，必須尋求新的途徑。1.2.4通信抗干擾

1.常采用的抗干擾措施

常采用的抗干擾措施有頻率捷變、實時頻率自適應(yīng)跳變、快速傳輸(突發(fā)通信)等。

頻率捷變主要針對的是通信干擾中的阻塞和瞄準式干擾。例如阻塞式干擾，它主要是對某一頻率范圍實施強干擾，把這一頻段內(nèi)的通信信號淹沒在干擾的噪聲之中，使在這一頻段范圍內(nèi)無法實施通信。如果這時能快速變換通信頻率(頻率捷變)而跳出這一干擾范圍，且能快速溝通聯(lián)絡(luò)，快速傳遞信息實施通信，那么即使被對方偵察到，在再次受到干擾前也可能已經(jīng)完成通信。實時頻率自適應(yīng)跳變技術(shù)通過相應(yīng)的自適應(yīng)算法，在進行跳頻通信過程中自動探測和刪除受干擾的頻點，使系統(tǒng)在無干擾或弱干擾頻點上跳變，提高通信系統(tǒng)的抗阻塞干擾能力。

突發(fā)通信是一種時域抗干擾、低截獲概率通信的好方式。它利用寬的頻帶，在一個隨機的短時間內(nèi)突發(fā)信息，短暫的發(fā)射時間加上隨機性，使敵方的檢測和測向十分困難，尤其當所用的頻率快速變換時更是如此。

常用直接序列擴譜、跳頻、擴譜/跳頻混合、跳時等擴展頻譜通信體制進行抗截獲、抗干擾，目前已經(jīng)普遍應(yīng)用于軍事和民用通信系統(tǒng)中。

2.新的抗干擾通信體制和系統(tǒng)

新的抗干擾通信體制和系統(tǒng)不但能在雜亂噪聲、干擾環(huán)境中接收和處理信息，而且能夠在敵人的欺騙式干擾中辨別真?zhèn)?。這些新的體制和系統(tǒng)包括：

(1)高速短波異步DFH(差分跳頻)系統(tǒng)。它利用前后頻率的相關(guān)性來攜帶信息，跳速可達5000次/s。DFH以高跳速帶來高數(shù)據(jù)速率，高跳速還可以極大地提高抗跟蹤干擾和多徑干擾的能力。

(2)毫米波噪聲通信系統(tǒng)。其豐富的頻帶資源提供了抗干擾、抗截獲的有效途徑，并可獲得極高的抗干擾增益。例如，對于4.8kb/s的數(shù)據(jù)傳輸率，利用2GHz的射頻帶寬，其處理增益可達56dB之多，若再加上自適應(yīng)調(diào)零天線技術(shù)，又可對干擾產(chǎn)生30dB的抑制度，系統(tǒng)的總抗干擾增益可達86dB，這足以讓干擾者“望而卻步”。同時，毫米波具有很強的抗閃爍能力，電波在核爆炸后能較快地恢復(fù)正常。

(3)隱蔽式紫外光通信系統(tǒng)。它適用于多種近距離抗干擾通信的場合，例如飛行編隊的直升飛機間的通信。紫外光通信系統(tǒng)輻射的信號擴散在大氣層中被大氣吸收，信號強度按指數(shù)規(guī)律衰減，不易被探測和截獲。若通信距離為2km，則在3km處就探測不到信號了。要干擾強紫外光散射，目前還是不可能的。當保持無線電寂靜時，紫外光通信可用來提供艦船之間的近距離通信。

(4)現(xiàn)代衛(wèi)星通信采用的跳變點波束新技術(shù)。它可使衛(wèi)星獲得很高的G/T和EIRP值;在干擾的環(huán)境中，可大幅度改善接收機前端的信號和干擾功率比;可使地球站用小尺寸天線獲得較高的吞吐量;用少量的跳變波束簇覆蓋地面面積;在不增加發(fā)射功率的條件下，可提高衛(wèi)星通信的可靠性。

(5)“通中擾，擾中通”的攻防兼?zhèn)涞耐ㄐ艑剐滤悸贰Ｗ髡咴诮鼛啄甑难芯恐?，根?jù)現(xiàn)代戰(zhàn)爭中電磁環(huán)境極其惡劣、電子戰(zhàn)斗爭極其復(fù)雜的局面，提出了“通中擾，擾中通”的攻防兼?zhèn)涞耐ㄐ艑剐滤悸?，即在設(shè)計抗截獲、抗干擾信號時，根據(jù)通信偵察與反偵察、干擾和反干擾理論，把被傳輸?shù)男盘柦?jīng)過復(fù)雜的多域處理，使通信信號和干擾信號融為一體，在對敵通信造成強干擾的同時，我方可順利實現(xiàn)信息傳輸。由于這種信號的抗干擾、抗截獲、抗衰落能力特別強，因此既可實現(xiàn)“通中擾”，又可實現(xiàn)“擾中通”和“動中通”。1.3通信抗干擾的理論與技術(shù)

1.3.1噪聲通信理論

根據(jù)信息論的基本理論可知，一個頻帶寬度為B，平均發(fā)射功率受限為S，受白色高斯噪聲干擾的傳輸系統(tǒng)的最大傳輸容量為

此式稱為香農(nóng)(Shannon)公式。由香農(nóng)公式可以證明，應(yīng)用適當?shù)木幋a，通信系統(tǒng)可以此速率傳輸信息，而且所傳信息的錯誤概率可逼近任意小。這種適當?shù)木幋a，目前是指將信號變換成頻帶受限的類高斯白噪聲進行傳輸，在接收端，再用完全相同的頻帶受限的高斯白噪聲碼進行相關(guān)檢測。由于高斯白噪聲的頻譜密度在整個無線電頻譜范圍內(nèi)幾乎均勻分布，是一種不可能事先預(yù)知的非周期序列，目前人類還無法復(fù)制和利用，因此香農(nóng)公式是理想傳輸系統(tǒng)的傳輸容量。該公式表明在信道存在高斯白噪聲干擾時，一條信道無差錯地傳輸信息的能力與傳輸信息所使用的信號帶寬之間應(yīng)具有的關(guān)系，也可以理解為信道能傳送的最大速率受信道帶寬和信噪比的限制。顯然，在無噪聲的信道(N→0)中，信道容量為無限大。然而在實際信道中，噪聲和干擾總是存在的，因此信道容量也總是有限的。香農(nóng)公式還表明，在保持傳輸信息量不變的條件下，帶寬和信噪比是可以互換的。因此可以通過擴展帶寬來降低發(fā)送信號的功率(降低信噪比)；反之，也可以增加信號功率來壓縮信號帶寬。這種轉(zhuǎn)換關(guān)系說明帶寬可以等效地轉(zhuǎn)換成功率。信噪比與帶寬之間的轉(zhuǎn)換規(guī)律對于設(shè)計實際的信息傳輸系統(tǒng)具有重要的指導(dǎo)意義。各種調(diào)制過程實際上就是實現(xiàn)帶寬B和信噪比S/N之間互換的一種手段。信息論所揭示的帶寬和功率的互換關(guān)系說明，在通信系統(tǒng)中可以把帶寬或頻帶看成是一種能量的等價，而且在一定條件下應(yīng)盡量以頻帶換取功率，即加大信號帶寬以減少對功率的要求。顯然，基于頻帶是一種能量的觀點，對于給定頻帶的利用就是對能量的利用。特別是在發(fā)射功率受限的情況下，如衛(wèi)星和飛行器上的無線電設(shè)備和一切對體積、重量、電磁兼容要求很嚴的場所，頻帶與功率的互換越有效，通信性能就越好。本書第2章所講的擴展頻譜通信(頻域抗干擾)，就是根據(jù)香農(nóng)公式將信息比特變換成類高斯白噪聲序列，以帶寬換取功率，以極小差錯率傳送信息的一種較為理想的信道波形傳輸技術(shù)。這里要特別強調(diào)兩點。其一，帶寬的擴展是有一定限制的，當帶寬擴展到進入接收機的噪聲功率等于或大于信號功率時，若繼續(xù)擴展帶寬，則“換取”的優(yōu)勢將逐漸減弱，其變化規(guī)律為對數(shù)曲線。所以無限擴展頻譜是不能換取無限抗干擾能力的。其二，若僅是利用帶寬換取功率(信噪比)，是達不到良好的抗干擾通信目的的，只有將信號采用某種方式變換成高斯白噪聲(其熵值最大，不確定性最大)進行傳輸和接收處理后，才會達到預(yù)期的抗干擾目的。其抗干擾性能由誤碼率來衡量。當通信采用PSK調(diào)制時，其誤碼率Pe為其中自相關(guān)函數(shù)為上式在τ=0時有它代表信息比特的能量E等于“0”信息比特流和“1”信息比特流的自相關(guān)函數(shù)τ=0時的值。當信號為高斯白噪聲時，R(0)趨于一個很大的值，理論為無限大，而N0是有限的，因而可使信噪比大大提高，即

上式結(jié)果表明，當信號為高斯白噪聲時，通信系統(tǒng)的誤碼率趨于零。

以上簡單的分析證明了只有把信息進行噪聲編碼處理，才能得到高效、可靠的抗干擾通信。也就是說，在限平均功率的高斯信道上，實現(xiàn)有效通信的最佳信號乃是高斯白噪聲形式的信號。在實際中只用偽噪聲碼來逼近高斯白噪聲，其性能也是向理想情況逼近的。1.3.2抗衰落通信理論

根據(jù)A.A.Харкевцч提出的抗衰落噪聲通信系統(tǒng)理論可知，設(shè)法使多徑信號在接收點互不相關(guān)就可以實現(xiàn)幾乎無衰落的接收。當信息比特變換成高斯白噪聲序列進行傳輸時，接收信號的平均功率不會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，而且噪聲幾乎恒定不變，可以實現(xiàn)理想的抗多徑干擾。其本質(zhì)是高斯白噪聲的自相關(guān)函數(shù)具有δ函數(shù)的特性，在多徑傳輸時不會發(fā)生干涉衰落。也就是說，克服多徑干擾影響的最佳信號仍具有高斯白噪聲信號的形式。在抗衰落通信中總是用類高斯白噪聲PN序列來逼近高斯白噪聲信號。在抗衰落通信中，射束分集是一種重要的途徑，信號設(shè)計的基本要求是能分離射束。這些射束的幅度和相位都不相同，只有有效地加以分離，并測出它們的幅度和相位值，才能有效地調(diào)整它們的相位，達到代數(shù)相加的目的。分集通常指的是各射束信號的分離與合并。射束分集稱為隱分集技術(shù)，它既不需要多副天線，也不需要多部接收機和多個饋源，而只靠信號本身具有的類似高斯白噪聲相關(guān)特性的PN編碼信號就可達到上述目的。理論和實踐證明，無論在電離層信道、對流層信道，還是移動通信信道，利用PN編碼信號實現(xiàn)的射束分集都顯示了良好的效果，提供了良好的抗衰落通信性能。1.3.3空域、時域自適應(yīng)濾波

1.自適應(yīng)天線陣

自適應(yīng)天線陣抗干擾的基本思想是通過實時控制天線的方向圖來強化信號，抑制干擾。也就是說，基于信號和干擾傳來的方向差異，通過自適應(yīng)天線陣本身調(diào)整其內(nèi)部參數(shù)，使方向圖上的主波束對準信號方向，副波束的零(電平)方向?qū)矢蓴_。之所以稱為“自適應(yīng)”，是由于當信號和干擾波的傳輸方向隨機變化時，自適應(yīng)天線陣能自動地不斷跟蹤上述變化，實時調(diào)整其內(nèi)部參數(shù)，連續(xù)改變天線方向圖，始終保持主波束對準信號，副波束零(電平)方向?qū)矢蓴_的狀態(tài)。

Howells在20世紀50年代關(guān)于中頻自適應(yīng)旁瓣對消器的研究是自適應(yīng)天線的開創(chuàng)性研究工作之一。這種對消器能夠自動將波束零點對準干擾方向。1966年，Applebaum根據(jù)最大輸出信噪比準則，導(dǎo)出了自適應(yīng)陣列算法，并把旁瓣對消作為該算法的特殊情況。Howells和Applebaum的研究成果均到1976年才公開發(fā)表。

1967年，Widrow等人以LMS算法為基礎(chǔ)對自適應(yīng)天線進行的研究工作是自適應(yīng)濾波技術(shù)發(fā)展的重要里程碑。他們的研究成果是第一篇公開發(fā)表的研究自適應(yīng)天線的文章，并成為該領(lǐng)域的經(jīng)典文獻。Widrow等的工作對自適應(yīng)天線技術(shù)的研究產(chǎn)生了巨大的推動作用，大批學(xué)者投入到該項技術(shù)的研究工作中，使此技術(shù)獲得了迅速發(fā)展。1970年～1980年間，IEEETransactions的AP分卷多次出版了有關(guān)自適應(yīng)天線的專集，并出版了一系列專著。從1980年以來，由于VLSI、MMIC、DSP技術(shù)的高速發(fā)展，許多復(fù)雜的算法都可用高速數(shù)字信號處理機實現(xiàn)，因而自適應(yīng)天線處理系統(tǒng)成為主要的數(shù)字波束形成(DBF)方式。而且，人們在進行理論和算法研究的同時，也在研究實際系統(tǒng)。

2.寬帶通信系統(tǒng)中的自適應(yīng)干擾抑制技術(shù)

軍事通信系統(tǒng)采用直接序列擴展頻譜技術(shù)時，必須考慮自適應(yīng)抑制敵方的或非有意的強功率干擾。一般直接序列擴展頻譜系統(tǒng)的帶寬較寬，在接收時易受到環(huán)境中強功率信號(民用電視、廣播的諧波等)的干擾，這些干擾與敵方人為干擾的總功率若超過直接序列擴展頻譜系統(tǒng)的干擾容限，則可對系統(tǒng)形成有效干擾。直接序列擴展頻譜系統(tǒng)若采用自適應(yīng)干擾抑制技術(shù)，則可增加系統(tǒng)的抗干擾容限。自適應(yīng)干擾抑制技術(shù)早在20世紀80年代就被廣泛地研究，許多算法都已得到證明，但該項技術(shù)在應(yīng)用領(lǐng)域還未取得大的進展，這主要是因為高速數(shù)字信號處理器件還達不到系統(tǒng)的要求。近年來，高速數(shù)字信號處理器件的發(fā)展較快，可以預(yù)見，自適應(yīng)干擾技術(shù)終將取得突破，從而使自適應(yīng)干擾抑制+直接序列擴展頻譜體制抗干擾得到更為廣泛的應(yīng)用。

3.自適應(yīng)強干擾對消系統(tǒng)

自適應(yīng)干擾對消系統(tǒng)主要用于解決本地區(qū)(同臺、同車、同機)的收、發(fā)信機之間的隔離問題。短波波段的通信發(fā)射機功率通常在100～1000W之間，而接收機的靈敏度范圍約為7～10μV。要保證接收機能在發(fā)射機工作時正常接收，接收機與發(fā)射機之間的隔離度應(yīng)為90～150dB。而實際的收、發(fā)天線之間的隔離度遠遠不夠。為保證收、發(fā)系統(tǒng)能雙工工作，就必須采用其他保護措施。采用自適應(yīng)干擾對消系統(tǒng)是一種較好的方法。自適應(yīng)干擾對消系統(tǒng)的工作原理可看做是自適應(yīng)陣中最小均方(LMS)準則的一種應(yīng)用。它首先對發(fā)射機產(chǎn)生的近場干擾進行取樣，并將取樣信號作為參考信號經(jīng)自適應(yīng)加權(quán)調(diào)制，使加權(quán)后的參考信號與接收天線的干擾信號等幅、反相，然后經(jīng)合成器使兩個信道的信號相加，從而使干擾對消。由于參考信號中不包含接收機接收的有用信號，因此經(jīng)干擾對消后有用信號不受影響，保證了接收機的正常工作。而權(quán)值的調(diào)整由自適應(yīng)環(huán)路按LMS算法控制，其原理如圖1－5所示。圖1－5自適應(yīng)干擾對消系統(tǒng)作者曾在20世紀90年代利用強干擾抵消技術(shù)，在短波和超短波頻段實現(xiàn)了多通道強干擾抵消裝置，干擾抵消比在40～50dB以上，干擾信號形式為AM、FM、SSB、CW等，系統(tǒng)抵消速度很快，用于×～××MHz和×××～×××MHz頻段軍用××××系統(tǒng)，解決了多臺同一地區(qū)同車、同機工作的相鄰發(fā)射機對接收機的強信號阻塞問題。1.4低截獲概率信號設(shè)計的理論與技術(shù)

1.4.1通信反偵察的理論和效能概率準則

1.反偵察的噪聲通信理論

從反偵察、反測向定位的要求出發(fā)，希望在和平時期或戰(zhàn)時我方進行通信時，通信信號被敵方偵察接收機截獲的距離越短越好，這種具有低截獲概率性能的通信電臺或系統(tǒng)稱為低截獲概率（LPI）通信電臺或系統(tǒng)。低截獲概率通信電臺或系統(tǒng)的反偵察能力，可以采用截獲因子Γ來評估。截獲因子Γ定義為:偵察接收機檢測到低截獲概率通信電臺的距離Rr與低截獲概率通信電臺能正常通信的距離Rc之比，即根據(jù)無線電通信方程和偵察方程，經(jīng)過變換可得到截獲因子Γ的表達式為為了減小截獲概率，要盡可能使Γ值小。也就是說，截獲因子越小,抗截獲能力就越強。而LPI信號的時寬(T)與LPI信號的帯寬(W)的乘積越大,截獲因子就越小，這也符合測不準理論。在LPI電臺通信距離不變的條件下，Γ值越小,被敵方偵察到通信電臺的距離就越近。換句話說，按照原偵察距離將無法檢測到我方無線電通信信號,這將迫使敵方將偵察接收機移近我方陣地，這就增加了敵方偵察接收機被我方摧毀的可能性。截獲因子的表達式告訴設(shè)計者，LPI信號設(shè)計的基本原則是信號的時寬（T）與帶寬（W）的乘積必須遠遠大于1(即T·W>>1)，這是保證截獲因子小的關(guān)鍵。當然，若再配合上超低旁瓣天線或自適應(yīng)天線的運用，其低截獲概率性能將更加有效。

這里要特別強調(diào),對于偵察方而言,時寬（T）可以視為偵察接收機的竊聽積分時間,帶寬（W）可以視為偵察接收機截獲通信信號探測器的帶寬,它必須大于或等于通信信號的帶寬，才能接收信號并進行處理。時寬（T）與帶寬（W）的乘積越大,偵察方要檢測、截獲通信電臺的信號就越困難。這是從偵察角度對截獲因子這一物理概念的進一步解釋。

2.通信反偵察的效能概率準則

按通信信號的時間、帶寬的乘積設(shè)計LPI信號,比較直觀方便,但在截獲因子Γ的表達式中沒有明顯體現(xiàn)出信號結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度對截獲因子Γ大小的影響。因此,有必要探討一下抗截獲性能與通信信號的結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，因為對通信信號結(jié)構(gòu)的保護，是無線電通信系統(tǒng)或設(shè)備抗無線電偵察的重要手段。無線電偵察的目的是檢測、截獲、利用信號，即把所偵察、接收到的信號與已知偵察知識的集合中的某一樣品信號進行核對比較，以達到獲取信息的目的。其實，反偵察接收的設(shè)計師明白，通信信號結(jié)構(gòu)的特點是其特征的總和。這些特征除包括性能(編碼和調(diào)制方式等)和參數(shù)(發(fā)射功率、載頻、副載波、極化方式、輻射點坐標等)特性外,還有更復(fù)雜的廣義參數(shù),例如無線電電子設(shè)備的用途、部門、國家隸屬關(guān)系等。但廣義參數(shù)總是從第一類特征派生出來的。在任何情況下，偵察設(shè)備(如偵察接收機)對信號的識別可歸結(jié)為：對比、查明所探測信號的特征(如參數(shù))與從可能信號集合中選出的某一標準參考樣品特征之間的對應(yīng)關(guān)系。由于偵察接收機是在干擾背景中測定感興趣通信信號的結(jié)構(gòu)特征(或決定信號的結(jié)構(gòu)特征)的，因此可能產(chǎn)生隨機測量誤差，也會有識別誤差(即在確定偵察對象的信號結(jié)構(gòu)時，可能有隨機誤差)，所以有必要引入與信號結(jié)構(gòu)有關(guān)的結(jié)構(gòu)概率PСТР。這個概率定義為:在已發(fā)現(xiàn)信號的情況下，正確地分析、識別偵察信號結(jié)構(gòu)的條件概率。結(jié)構(gòu)概率PСТР可以作為偵察信號的結(jié)構(gòu)特性和分析、識別偵察目標的尺度。用這個概率可以評估通信信號抗無線電偵察的隱蔽性能。偵察接收設(shè)備對通信信號的參數(shù)測量精度越差(即這些參數(shù)對偵察設(shè)備的后驗概率分布越“離散”)，這個條件概率（PСТР）就越小，偵察效果就越差，而信號的隱蔽性就越好。通過以上分析,可以把偵察工作的性能和效率用條件概率準則來表征，也可以用反偵察(隱蔽)的效率指標來表征。無線電通信設(shè)備或系統(tǒng)最直觀的保護性能指標是概率Pр,它表示在偵收到通信信號(偵察目標的輻射信號)的條件下,偵察方順利地完成偵察任務(wù)的條件概率。它也可以表示成偵察設(shè)備對無線電通信設(shè)備的有效利用率，即式中:PАН為無線電通信設(shè)備或系統(tǒng)輻射能量的隱蔽指標,即信號輻射時偵察方發(fā)現(xiàn)信號的條件概率;PСТР為結(jié)構(gòu)概率(結(jié)構(gòu)的隱蔽指標,即偵察確定“暴露”信號的結(jié)構(gòu)和識別無線電通信設(shè)備輻射信號的條件概率,也就是信號已被發(fā)現(xiàn)條件下確定參數(shù)的概率);PИНФ為信息的隱蔽指標,即在輻射信號被發(fā)現(xiàn)并被識別的條件下,偵察確定(如破譯密碼等)隱蔽無線電通信信號中所含消息的條件概率。

概率Pр既是衡量無線電偵察性能和效能準則,也是無線電通信反偵察設(shè)計信號的依據(jù)和性能準則。1.4.2電離層變態(tài)效應(yīng)通信

電離層被人工電波加熱后會改變其介質(zhì)特性，利用電離層的變態(tài)效應(yīng)可以實現(xiàn)抗干擾（AJ）、抗檢測(AD)、抗截獲(AI)通信。

在地面上發(fā)射大功率無線電波可使電離層的等離子體發(fā)生人工變態(tài)，也可以說成是大功率無線電波加熱電離層，使用的頻率從VLF到UHF,在電離層的各個層區(qū)均可產(chǎn)生變態(tài)。電離層發(fā)生人工變態(tài)時，會產(chǎn)生各種各樣的電離層不均勻性，不均勻性的尺度范圍可從等離子體湍流的厘米量級，直到受加熱區(qū)域和等離子體擴散性所限制的數(shù)百千米。對HF~UHF波段的無線電信號而言，這就提供了一個大的雷達截面。對于HF，雷達截面為109m2;對于VHF，雷達截面為106m2;對于UHF，雷達截面為104m2。天空中有如此大的反射器，完全可以用來實現(xiàn)高質(zhì)量的遠距離通信（地面站間通信可達數(shù)千米）。加熱電離層沿場散射（FAS）和等離子體散射（PLS）均能用于HF/VHF/UHF波段通信。利用這種散射體通信的特點是功率小，所用天線簡單。加熱時間的隨機性（對敵方而言）和接收區(qū)的有限性，使得通信的抗干擾性能、抗偵察能力大大增強。對于大深度遠航潛水艇通信，除了電離層天線的激發(fā)與輻射效率外，還必須考慮波導(dǎo)傳播與入水傳播的衰減問題，即調(diào)制波的頻率問題。對遠距深水通信,頻率選擇為100Hz時較佳。因為100Hz電波在大地和電離層構(gòu)成的波導(dǎo)中的傳播衰減率為1~2dB/1000km，在海水中只有0.3~0.4dB/m，僅為2~4kHz電波的衰減率的幾十分之一。即使這樣，對3000km以外、在海洋100m深度以下的潛艇進行通信時，空中波導(dǎo)和水中傳播的總衰減也將達40dB。接收點要達到幾微伏/米的可觀電平，其難度還是相當大的。因此,此項通過改造傳輸信道媒質(zhì)進行抗截獲、抗干擾通信的技術(shù)還處在研究階段，但很有應(yīng)用前景。有意識地控制和改變電離層，不僅可以用于軍事通信，而且還可以用于電子干擾和對抗、空間遙感技術(shù)、隱身與反隱身等技術(shù)。例如，電離層變態(tài)可以形成“稠團”，也可以產(chǎn)生“空洞”。也就是說，不僅能產(chǎn)生電離層不均勻性，也可以消除已存在的電離層和不均勻性，從而可以建立或阻斷散射通信電路，還可以形成有控制的不均勻性，對空間雷達、通信造成干擾，降低其工作能力。值得指出的是，當泵波的功率增加時，光學(xué)輻射也同樣在增加，若能精心地設(shè)計天線，則可以在電離層中構(gòu)成不同形狀和大小的輻射體。通過波束掃描，在電離層形成動態(tài)的輻射體和似為目標（誘餌），這在隱身和反隱身技術(shù)中是十分有用的。1.4.3中微子通信

中微子通信是利用中微子流載荷信息進行傳輸和接收處理的高效通信。它是采用中微子束來代替電磁波傳遞信息的通信方式。中微子束可以直接穿透海水及地球?qū)崿F(xiàn)全球通信。它具有難以截獲、幾乎無衰減、抗電磁干擾和抗熱核爆炸引起的輻射干擾能力及超遠距離通信能力。例如，潛艇中微子通信發(fā)射信號時不輻射電磁波，不污染環(huán)境，具有通信質(zhì)量好、反偵察能力強、保密性好等特點，是深海潛航潛艇通信的理想通信手段。（1）中微子通信的基本原理。中微子通信應(yīng)用高能加速器產(chǎn)生中微子束，中微子束用作通信信號的“載波”。當質(zhì)子流的能量被加速到4000億電子伏特時，從加速器中把質(zhì)子流引射出來，用它去轟擊鉛靶，可以獲得大量的帶電介子和K質(zhì)子。用一個特制的圓錐形(喇叭形)磁鐵對射束進行校直和聚焦，其中的K質(zhì)子很快衰變成τ質(zhì)子，而τ質(zhì)子在經(jīng)過一個直徑為1m、長度為400m的圓柱型衰變通道時，瞬間內(nèi)將發(fā)生衰變而生成中微子，其數(shù)量為每脈沖1010個，從而得到所需要的高能中微子束“載波”。將所需信息調(diào)制到這種中微子束上，在接收端采用一種“間接”的探測技術(shù)可以完成信息的接收。（2）水下中微子通信。當高能中微子束穿過深達4~5m的海水時，便與水原子核中的中子發(fā)生核反應(yīng)，生成高能量的負μ子。負μ子在水中以0.99倍光速前進時，發(fā)生“契倫科夫光”效應(yīng)，輻射出“契倫科夫光”?！捌鮽惪品蚬狻本哂辛己玫姆较蛐?，而且包含了0.38～0.76μm范圍內(nèi)的所有連續(xù)分布的可見光。只要用高靈敏度的光電倍增陣列將“契倫科夫光”全部收集起來，就能探測和接收到中微子束“載波”，并將其攜帶的信息進行解調(diào)、放大，從而完成中微子在海水里通信的全過程。正因為中微子通信有諸多的優(yōu)點，從20世紀60年代起，各軍事強國紛紛投資進行研究。美國軍方投入了巨大的研究經(jīng)費，最先取得實驗性的成果。美國曾在1978年12月19日進行了世界上第一次中微子通信試驗，試驗距離為6400m。其后，又在伊利諾伊州和華盛頓之間進行了長達2700km的地下試驗。1984年，美國海軍在大西洋進行水下中微子通信試驗，隨后又進行了潛—岸深海遠距離雙向數(shù)據(jù)傳輸試驗，效果令人十分滿意。1986年美國還與前蘇聯(lián)合作進行了中微子穿透地球的試驗。中國科學(xué)院在20世紀60年代初，用中微子進行隔山單向傳輸試驗，實驗結(jié)果證明中微子流穿越高山地層后，幾乎無損耗，并在水中檢測到中微子信息?？上б蛭幕蟾锩母蓴_，中斷了此項研究工作。近年來,中科院將中微子通信試驗列入重點攻關(guān)研究項目，在許多領(lǐng)域已取得了新的進展和可喜的成果。

現(xiàn)在中微子通信還處于實驗階段，隨著技術(shù)的進步，中微子對潛機動通信的實際應(yīng)用將成為對潛通信的理想手段，也是其他抗截獲(AI)、抗干擾（AJ）通信的理想途徑。1.4.4藍綠激光對潛通信及納米激光對潛通信

1.藍綠激光對潛通信(SLC)

藍綠激光對潛通信(SLC)采用光波波長為450~540nm的藍綠激光(被稱為“透過海水的藍綠光窗口”)，它穿透海水時的衰減量最小，僅為0.03dB/m，比其他波長小60～80dB。因此,采用藍綠激光對潛通信系統(tǒng)，其水下通信深度可達300m(此深度為潛艇發(fā)射導(dǎo)彈的最佳位置)，解決了其他激光水下通信無法解決的大難題(衰減量大)。這樣一來,藍綠激光對潛通信(SLC)既保持了激光通信傳輸速率較高(數(shù)據(jù)速率可達1200b/s)、不易被截獲和干擾(激光單色性能好、方向性強)、通信時潛艇機動性好(小型光接收天線體積小)等優(yōu)點,又能使?jié)撏г谧罴蜒埠缴疃群退俣认聦崟r通信。因此,藍綠激光通信不僅增加了潛艇的隱蔽性，而且提高了潛艇通信的效率和實時性，從而增強了潛艇的核威懾能力。藍綠激光對潛通信用于特種混合編隊或航母編隊協(xié)同作戰(zhàn)和戰(zhàn)略指揮通信時，能保證岸基指揮中心、水面艦艇編隊旗艦通過艦載機、高空同溫層、衛(wèi)星平臺與安全深度潛艇間的快速、準確、隱蔽的戰(zhàn)術(shù)協(xié)同通信和戰(zhàn)略指揮通信。藍綠激光對潛通信是解決潛艇水下安全通信深度與通信速率矛盾的惟一有效手段。美國從20世紀70年代起就開始了對藍綠激光對潛通信的方案論證，80年代開始研制藍綠激光對潛通信系統(tǒng)，重點放在激光器和接收器方面，并進行了多次海上試驗。1991年5月美國機載藍綠激光對潛通信在海上成功地進行了測試，同年成功地進行了首次水下激光對潛通信的雙向試驗，完成了首次水下潛艇與飛機間的雙向激光通信試驗，成功地進行了二極管泵浦倍頻Nd：YAG綠激光的實驗。此項激光技術(shù)無論在可靠性還是工作性能方面，都已達到了研究開發(fā)實用化系統(tǒng)的水平。1992年，美國繼續(xù)進行激光雙向?qū)撏ㄐ旁囼?，該試驗通過綠光激光器獲得了高數(shù)據(jù)率通信。1993年由于冷戰(zhàn)的結(jié)束、防務(wù)減小，經(jīng)費壓縮，美國海軍中止了大規(guī)模的衛(wèi)星激光通信計劃，但這種思路在技術(shù)上被證明是成功的。美國的星載藍綠激光對潛通信系統(tǒng)研究工作將一直持續(xù)下去，另外一些激光通信技術(shù)將置于其他項目之中而繼續(xù)研究。下面介紹一種綜合集成雙向藍綠激光高速隱蔽通信系統(tǒng)。由衛(wèi)星向潛艇單向發(fā)送下行信號，雖然不容易暴露潛艇位置，但得不到潛艇收到信號的反饋信息。用藍綠激光向上行傳送信號十分困難，且較容易暴露潛艇的位置，這是絕對不允許的。美軍已經(jīng)研制出3公分口徑(在超高頻、極高頻段)的終端，采用觸發(fā)跳頻（FH－SS）方案，由潛艇向衛(wèi)星發(fā)送上行應(yīng)答信號，替代用藍綠激光發(fā)送上行信號。潛艇接收下行信號時,采用的是艇載激光接收天線和拖曳綜合浮標天線；潛艇向衛(wèi)星發(fā)送上行信號時,采用的是拖曳綜合浮標天線。此系統(tǒng)結(jié)合戰(zhàn)術(shù)使用，不易暴露潛艇位置，從而提高了隱蔽性和頑存性。人們擔心星載藍綠激光對潛通信系統(tǒng)的衛(wèi)星在戰(zhàn)時容易被擊毀。從目前情況看，美軍已采取了許多措施，使敵方對衛(wèi)星“難以發(fā)現(xiàn)”（采取定期或不定期機動、藏匿備份、隱身等措施）、“難以擊中”（采取規(guī)避、干擾、電子銹餌、改變信號特征等措施）、“難以消滅”（采取屏蔽、加固等措施），大大提高了衛(wèi)星的抗毀性和頑存性。

2.納米激光對潛通信

自20世紀50年代末激光問世以來，獲得波長在2.2~4.4nm的X射線激光輸出一直是科學(xué)家的夢想。如果達到這一波長，激光就具備無損耗穿過水分子的特性。這種具有無損耗穿水特性的2.2~4.4nm波長被人們稱為“水窗”波段。1994年美國科學(xué)家創(chuàng)造了15.5nm的世界紀錄，權(quán)威人士認為，在21世紀建成更大規(guī)模的光學(xué)激光器以前，人類不可能獲得波長短于15.5nm的X射線激光飽和輸出。1997年英國盧瑟福實驗室宣布，由中國青年科學(xué)家張杰教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組，獲得了波長為7.3nm的X射線激光飽和輸出，創(chuàng)造了X射線激光飽和輸出的世界紀錄。隨著科技的進步和科學(xué)家的進一步努力，相信在不久的將來會獲得波長在2.2~4.4nm的X射線激光。用納米激光對潛通信，將成為潛在的對潛隱蔽通信的理想手段。1.4.5量子通信

20世紀初,量子力學(xué)的誕生給物理學(xué)帶來了翻天覆地的變化，量子力學(xué)在物質(zhì)科學(xué)的各領(lǐng)域大顯身手，使得物理學(xué)從此告別了長期“有理無物”的時代。20世紀晚期，人們將量子力學(xué)應(yīng)用到信息領(lǐng)域，開創(chuàng)了量子信息學(xué)這門新興的學(xué)科。以量子態(tài)隱形傳輸技術(shù)為代表的量子通信方法，開創(chuàng)了量子力學(xué)的一個全新的應(yīng)用，開辟了抗截獲、抗干擾、保密通信的新途徑。

對量子通信目前尚無嚴格的定義。信息學(xué)上認為它利用量子力學(xué)的基本原理,如量子態(tài)不可克隆原理、量子態(tài)的測量塌縮性質(zhì)、量子態(tài)隱形傳輸?shù)攘孔酉到y(tǒng)特有的屬性,以及量子的測量方法來完成兩地之間的通信和信息傳輸。量子通信系統(tǒng)模型類似于經(jīng)典通信系統(tǒng)模型,也是由信源、變換器、信道、反變換器、信宿等組成的。變換器把經(jīng)典信息轉(zhuǎn)換成量子信息,在量子信道中傳輸,反變換器將接收到的量子信息還原為經(jīng)典信息后送至信宿。

理想的量子通信按信息傳遞機理分為基于單光子信道的量子通信和基于光子糾纏對的量子通信，按傳輸物理信道分為光纖信道和自由空間光量子通信信道。理想的量子通信有一個很大的特點，就是具有無障礙、遠距離傳輸信息的能力。根據(jù)量子糾纏態(tài)特性,相互糾纏的兩個光子經(jīng)過“拆分”，將其中一個光子發(fā)送到特定位置,無論它們彼此被分離多遠,只要一個光子的狀態(tài)即時變化，立即就會使另一個光子的狀態(tài)發(fā)生相應(yīng)的變化，從而實現(xiàn)類似“超時空穿越”的通信方式。例如用待傳輸?shù)南⑷ァ罢{(diào)制”相互糾纏的兩光子中的一個,在異地的另一個光子會有同樣的變化,將其經(jīng)反變換后便會獲得傳輸?shù)南ⅰＡ硗?，根?jù)量子力學(xué)中的測不準原理、測量塌縮原理、不可克隆定理可知,理想的量子通信還具有通信的真正安全性。這說明量子通信具有經(jīng)典通信難以或者無法比擬的抗截獲、抗干擾、安全傳輸且?guī)缀醪皇芫嚯x限制的通信能力。 1.5

MIMO－OFDM技術(shù)

1.5.1

MIMO

多入多出(MIMO)技術(shù)或多發(fā)多收天線(MIMRA)是無線電移動通信領(lǐng)域智能天線技術(shù)的重大突破。MIMO技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。MIMO系統(tǒng)的典型特征是在發(fā)射端和接收端均采用了多個天線，其核心思想是空時信號處理。利用多天線來提高傳輸性能的思想最早可以追溯到馬可尼時代。1901年，馬可尼使用4個61米高的天線塔構(gòu)成陣列，成功地實現(xiàn)了跨大西洋的遠距離Morse碼傳輸。近年來，隨著空時信號處理理論的研究與完善，硬件制作工藝以及硅金工業(yè)的飛速發(fā)展，多天線技術(shù)的研究日益深入。

由于MIMO技術(shù)潛在的巨大優(yōu)勢，國內(nèi)外眾多研究機構(gòu)對其進行了廣泛和深入的研究，并正在嘗試著將其應(yīng)用于現(xiàn)有的無線通信系統(tǒng)之中。目前，3G協(xié)議中已經(jīng)將兩天線STBC應(yīng)用到WCDMA和CDMA2000中［25,26］。另外，3GPPrelase6版本［27］的重要特點就是在HSDPA（HighSpeedDownlinkPacketAccess）中引入了MIMO。大量文獻表明，MIMO已經(jīng)成為未來無線高速數(shù)據(jù)傳輸不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)。1.5.2

OFDM

OFDM是一種多載波調(diào)制(MultipleCarrierModulation，MCM）技術(shù)，其基本思想始于20世紀50年代，是由R.R.Mosier和R.G.Clabaugh提出的［28］。隨后，R.W.Chang在參考文獻［29］中首先引入了帶限信道中無載波間串擾(InterCarrierInterference，ICI）和符號間串擾(InterSymbolInterference，ISI）并行數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑瓌t，提出了正交多載波傳輸?shù)母拍睢Ｋ鼘⒋懈咚傩畔?shù)據(jù)流變換成為若干路并行低速數(shù)據(jù)流，每路低速數(shù)據(jù)調(diào)制在彼此正交的子載波上，然后所有子載波疊加在一起構(gòu)成發(fā)送信號。B.R.Saltzberg指出，在這種正交載波的系統(tǒng)中，對系統(tǒng)性能影響最大的干擾是鄰道干擾［30］。采用傳統(tǒng)的模擬技術(shù)很難實現(xiàn)正交的子載波，因而限制了OFDM系統(tǒng)的應(yīng)用。隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，S.B.Weinstein和P.M.Ebert等人提出采用FFT實現(xiàn)正交載波調(diào)制，這為OFDM的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)［31］。此后，為了克服信道多徑和定時誤差引起的ISI和幀間干擾([JP2]InterframeInterference，IFI），A.Peled和A.Ruizt提出了添加循環(huán)前綴CP(CyclicPrefix）的思想［32］。由于OFDM具有較高的頻譜利用率，且能夠通過IFFT/FFT等高效算法實現(xiàn)，因此目前成為應(yīng)用最為廣泛的多載波調(diào)制方式。

OFDM只是一種傳輸技術(shù)，本身不具有多址能力。1993年，隨著CDMA技術(shù)逐步走向?qū)嵱没琌FDM和CDMA技術(shù)的融合也越來越受到重視。在此期間，出現(xiàn)了三種多址方案:多載波CDMA（MC－CDMA）［33］、多載波DS－CDMA（MC－DS－CDMA）［34］及多音CDMA（MultitoneCDMA）［35］。這些方案綜合了OFDM與CDMA的優(yōu)點，不需額外增加發(fā)射機和接收機的復(fù)雜度。參考文獻［36］研究了這三種多載波多址方案，指出MC－CDMA的性能優(yōu)于其它兩種系統(tǒng)。另外，ShengliZhou等人在參考文獻［37］中進一步指出，MC－CDMA較DS－CDMA具有更強的抗窄帶干擾和抗多徑能力。因此，MC－CDMA成為多載波多址方案研究的重點。關(guān)于MC－CDMA的基本概念，可參閱參考文獻［38］。與傳統(tǒng)的單載波系統(tǒng)相比，OFDM系統(tǒng)的各子載波信道頻譜相互重疊，因此具有較高的頻譜利用率，其頻譜效率比單載波系統(tǒng)高出近一倍。同時，OFDM將高速數(shù)據(jù)進行串/并轉(zhuǎn)換，并將形成的數(shù)據(jù)流在并行子載波上傳輸，降低了子載波上的符號傳輸速率，減小了無線信道對系統(tǒng)的影響，使系統(tǒng)抗多徑和頻率選擇性衰落的能力更強。此外，OFDM的正交子載波將頻率選擇性衰落信道等效為若干并行的平坦衰落信道，將信道的影響等效為復(fù)數(shù)因子，簡化了信道均衡；同時，OFDM可以通過動態(tài)比特分配技術(shù)和比特自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)使系統(tǒng)達到最大傳輸效率和最優(yōu)的系統(tǒng)性能。正因為如此，OFDM作為一種高效數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)備受關(guān)注，并陸續(xù)成為多個標準的關(guān)鍵技術(shù)，如數(shù)字音頻廣播(DigitalAudioBroadcasting，DAB）［39］、數(shù)字視頻廣播（DigitalVideoBroadcasting，DVB）［40］、無線局域網(wǎng)（北美標準IEEE802.11a［41］，歐洲的高性能本地局域網(wǎng)絡(luò)HIPERLAN/2［42］）、數(shù)字電視（DigitalTelevision，DTV）陸地廣播標準以及xDSL等標準［43］，并有可能成為下一代（Beyond3G或4G）移動通信系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。1.5.3

MIMO－OFDM

我們知道，現(xiàn)有基于空時編碼的MIMO系統(tǒng)都是在平坦衰落信道或準平坦衰落信道中進行研究的［16－19,44］，而OFDM又能將整個頻率選擇性衰落信道等效成若干并行的平坦衰落