信息战与通信抗干扰.课件

1、 信息战与通信抗干扰 目 录前言信息战与数字化战场信息战与通信抗干扰通信抗干扰原理通信抗干扰的关键技术通信抗干扰的应用前沿几点结论前 言背景：信息技术、电子技术的发展信息战、电子战在现代战争中的地位；中央军委要求：打一场高技术条件下的局部战争；对我国电子信息领域科技工作者的要求。问题：什么叫电子战电子战和通信抗干扰的关系通信抗干扰基本体制和技术通信抗干扰和其它学科关系 必须把未来军事斗争准备的基点放在打赢现代技术特别是高技术条件下的局部战争上人类战争在经过徒手作战、冷兵器战争、热兵器战争、机械化战争几个阶段之后，正在进入信息化战争阶段信息化可能成为未来战争的基本特征信息战与数字化战场（一）什么

2、叫信息战？信息战就是为夺取和保持制信息权而进行的斗争。即是指敌对双方为争夺信息的获取权、控制权和使用权，通过利用、破坏敌方和利用、保护己方的信息、信息系统和信息化武器系统而展开的斗争。说明狭义信息战（军事领域）和广义信息战（经济、政治、科技等领域）。以信息技术为核心，由不完善到完善、由初级向高级发展。综合运用信息、信息系统和信息化武器的全面信息对抗。必须有效地利用信息流控制物质流、能量流，实现软杀伤与硬摧毁的有机结合。 信息战与数字化战场（二）数字化部队和数字战场数字化部队、 数字化战场这两个概念是美军首先提出来的，是美军21世纪的基本建军思想。和信息战的关系数字化部队和数字化战场是信息战的两

3、大支柱，数字化部队是信息作战的主体，数字化战场是数字化部队实施作战的依托。什么是数字化部队？就是以数字化电子信息装备和智能化主战武器装备为主体，实现了指挥控制、情报侦察、预警探测、通信和电子对抗一体化，适应未来信息作战要求的新一代作战部队。什么是数字化战场？就是以数字化信息技术为基础，以战场数字通信系统为支撑，实现了信息收集、传输、处理自动化和信息网络一体化的战场，或者说就是实现了战略、战役、战术级指挥自动化系统的有效连接和应用的战场。 信息战与数字化战场（三）建设数字化部队的目标：使全军各类作战部队，普遍装备以数字化信息技术为主导的战役战术指挥自动化系统和主战武器平台信息系统，同高机动、高精

4、度、强大的主战武器装备，共同构成高度一体化的部队装备体系，实现高效指挥控制、全维侦察监视、数字通信传输、有效电磁压制和精确火力打击，极大提高各级各类作战部队的指挥控制、态势感知、快速部署、联合作战和实时保障能力，以适应未来高技术信息战的要求。美军的C3I系统Command, Control, Communications, and Intelligence指挥、控制、通信和智能系统美军的C4ISR系统Command, Control, Communications, Computers / Intelligence, Surveillance, and Reconnaissance指挥、控制、

5、通信、计算机 / 智能、监视、侦测系统信息战与通信抗干扰（一）信息战的内容电子对抗。如：电磁波的侦测与隐蔽、通信干扰与抗干扰、雷达干扰与抗干扰等。网络对抗。如：计算机病毒、软件攻击等。消息对抗。如：加密与解密、消息的收集与欺骗等。特点高度的对抗性极端的机密性应用的综合性对实战环境的依赖性采用新技术的超前性信息战与通信抗干扰（二）数字化部队的建设重点是指挥自动化，包括：指挥控制、情报侦察、预警探测、通信和电子对抗等主要军事信息领域，并强调与主战武器系统的有机结合。其中，数字化通信系统建设是重要基础和关键环节。没有数字化通信系统作支撑，就无法实现指挥自动化各分系统间的无缝隙连接，数字化部队、数字化

6、战场建设也就失去了基础条件。电子对抗是信息战的重要组成部分，是信息战的物理平台。通信抗干扰保证战场上各种电子与信息系统能正常工作的前提，是电子对抗的基础。信息战与通信抗干扰（三）军事通信的干扰环境设备内部的干扰，如：收发干扰、邻道干扰等。现场非敌意干扰。如：多径干扰、多用户干扰、环境噪声干扰、其它电台的干扰等。现场的敌意干扰。指敌方为电子战需要而施放的干扰。通信抗干扰主要指对抗敌方的有意干扰。敌意干扰的式样阻塞干扰、压制干扰跟踪干扰、瞄准干扰窄带干扰、单频干扰宽带干扰、梳状干扰、脉冲干扰升空干扰智能化干扰信息战与通信抗干扰（四）抗干扰性能之一：信号隐蔽性无线信号的隐蔽性单位面积天线，在单位带宽

7、中所能截获的信号功率信号方式的隐蔽性双工方式、调制方式、多路方式、编码方式、同步方式信号参数的隐蔽性特别是与抗干扰有关的参数，如：扩频序列、跳频序列、同步参数、信令参数等。 抗干扰性能之二：信号鲁棒性用干扰容限定义 PJ/PS(条件：设备性能、工作环境、干扰性质）三个层次的条件，即： a、设备性能。如：比特差错率、语音质量、同步及信令性能、网络性能等，可以定一个门限，在此门限以下用户不能接受。 b、工作环境。如：单台设备还是多台设备、有无天线抗干扰措施、干扰源是否升空等。 c、干扰性质。如：干扰性质、干扰强度、干扰时间等。通信抗干扰原理（一）：分类频率域。采用频率域处理，如；直扩、跳频、跳扩。

8、时间域。采用时间域处理，如：瞬时、跳时等。空间域。采用空间域处理，如：自适应天线等。其它数字处理。如：干扰抵销、纠错编码等 原理框图 通信抗干扰原理（二）：直接序列扩频频谱图扩频调制信息比特发送扩频序列载波解扩解调扩频序列同步载波同步信息比特接收fbfcf0f0fcfb2fc窄带干扰信号干扰扩频调制接收解扩Gfc/fb扩频增益 原理框图 通信抗干扰原理（三）：跳频频谱图调制变频信息比特发送中频载波跳频频综解跳解调载波同步信息比特接收fbfif01 f02 . f0Nf0fifb窄带干扰信号干扰跳频调制接收解跳GN跳频增益跳频图案f01 f02 . f0N跳频频综跳频图案同步fi 原理框图 通信

9、抗干扰原理（四）：跳扩频跳扩频增益GNfc/ fb调制变频信息比特发送中频载波跳频频综解跳解扩载波同步信息比特接收fbfif01 f02 . f0N跳频图案f01 f02 . f0N跳频频综跳频图案同步fi扩频扩频序列解调fc扩频序列同步通信抗干扰原理（五）：时间域瞬时通信这是潜艇通信常用的方法。先进行信息压缩，然后以很短的时间发送出去。特点：（1）隐蔽性好；（2）抗干扰能力强；（3）信息速率低；（4）延时大，非实时业务。跳时通信基本是一个TDM或TDMA系统；时隙不用满，按某种跳时图案在各个时隙上进行跳时；有一定的隐蔽性和抗干扰性；目前使用不多。通信抗干扰原理（六）：空间域定向天线天线波束越

10、窄，电波隐蔽性好，抗干扰性也强。从抗干扰角度，全向天线不如定向天线。采用毫米波频段，天线方向性很好，有利于通信抗干扰。自适应调零天线利用相控阵天线原理，在干扰源方向形成波束的零点；利用数字信号处理技术对干扰信号进行识别和检测；利用自适应技术自动调整天线波束的零点指向，使干扰信号最小；不足：在零点方向形成盲区，影响这个区域内用户的正常通信。通信抗干扰原理（七）：干扰容限模 型公式推导Eb = Ps*TbN0 = FkT + Pj/W + (N-1)Ps/W得到：N + Pj/Ps = 1 + W/fb*N0/Eb- FkTW/Ps讨论：单用户，忽略热噪声， Pj/Ps = W/fb*N0/Eb

11、= G*N0/Eb考虑热噪声考虑多用户接收机PiPjFEb/N0条件： 信息比特率 fb，周期 Tb 扩频用户数 N 各用户的功率相等 Pi(i=1,2,N)=Ps 扩频带宽 W 干扰功率 Pj，带宽 W 接收机噪声系数 F 通信抗干扰原理（八）：体制的比较阻塞干扰可以是窄带、部分带、梳状干扰等。一般跳频优于一般直扩这是因为直扩增益一般都小于滤波器的防护度。跳频最好再加上纠错编码措施某些跳频点碰上干扰，可以通过纠错消除误码。跳频最好再加上自适应调零天线增加对抗特强干扰的能力。跟踪干扰过程：对信号进行侦测、分析，引导干扰机跟上信号。快跳频是对付跟踪干扰的最好方法。临界跳速150KHz / d(k

12、m)如果跳速做不快，可以采用跳扩结合的方法。因为扩频增加了信号的隐蔽性，不容易被跟踪。从抗干扰的角度，很少采用直扩。 表1几种典型的外军移动通信系统型号 MSE（美） 松鸡（英） RITA（法）完成时间 85年 84年 81年频段 3088MHz 72.587.5MHz 7080MHz 136156MHz距离 20Km 15Km 20Km语音编码16Kb CVSD16Kb CVSD16Kb CVSD信道数 12 9多址方式全频分下时、上频全频分抗干扰 无 无 无通信抗干扰原理（九）：典型系统 通信抗干扰原理（十）：典型系统表2 几种典型的外军跳扩频移动通信系统型号 RF3090（美）Jagua

13、r V（英）Hydra V（意）频段 3090MHz 3088MHz 3088MHz多址方式全频分全频分 抗干扰FH FH DS/FH 200跳/秒 150200跳/秒 直扩增益：9dB 跳频：200跳/秒 关键技术（一）：天线及射频射频技术宽频带射频收发技术大功率线性功放大动态范围接收机前端低损耗跳频滤波器快速捷变频综天线技术宽频带或多频段天线技术窄波束天线自适应调零天线智能天线天线阵技术 关键技术（二）：扩频的某些技术要点有效性问题扩频是以频带换取抗干扰能力，因而降低了传输的有效性。解决方法：采用多进制直扩技术。基本原理是利用直扩码的正交性，形成并行传输的通道，从而降低所需的带宽。可靠性问

14、题扩频抗干扰的基本机理是降低干扰的功率密度或碰撞概率，但不能完全消除误码。解决方法：采用纠错，并把信道编码和扩频处理结合起来。跳频同步为了实现跳频电台的正常通信，必须要求网内电台有相同的跳频图案，准确的时钟信息。这就需要跳频同步。方法：军用电台目前流行的是同步字头法，即通过移动台对中心台发出的时变跳频图案进行搜索，实现移动台对中心台的跳频同步。要求：同步信息的隐蔽性、传输的可靠性、同步建立的快速性。即具有抗干扰能力强、同步时间短、传输可靠等优点。 关键技术（三）：快速跳频这是针对中、低速跳频通信系统易受跟踪式干扰而采用的一项最新技术，目前国际上还停留在理论研究阶段，尚未实用。其主要原理是：移动

15、通信系统以高于信息速率的跳速在很宽的频带上进行频率跳变，即每个信息比特跳几跳以上，相当于跳速高达100KHz1MHz，比目前的跳速提高1001000倍。与中、低速跳频方式相比，这种体制的显著特点是： 能有效地对抗敌方的跟踪式干扰和转发式干扰； 能消除宽带移动通信中多径效应造成的不利因素； 大大提高数据传输时的误码性能，从而提高可通率。以上这些优点特别适用于新一代的军用无线通信。 关键技术（四）：Turbo Code 提出：Turbo code码又称并行级联码，是1993年法国学者提出的一种性能接近极限的信道编码结构及相应的译码算法。特点：仙农的信息论给出了信道传输能力的上限，即信道容量，然而这

16、个极限始终未能达到。传统的信道编码都有不同程度的纠错能力，但离信道的容量极限还相距甚远，使得信道资源一直得不到充分的利用。Turbo code 则突破了传统的编码结构与思路，它采用了并行级联码的结构和利用软输出译码算法的迭代译码方法，在理论上可提供接近极限的能力。应用：由于Turbo code 的这种优异性能，其应用价值十分广阔，尤其是军用移动通信领域，在实战场合的电磁环境和电子对抗情况下，射频强干扰无处不在，在这样恶劣的环境中进行可靠的通信对编码提出了更高的要求，传统编码是很难达到的，而Turbo code 则可充分利用这种信道所能提供的通信能力。 关键技术（五）：软件无线电提出：1992年

17、在美国首先提出这个概念，并在美军的多频段多模式电台（Speakeasy)中得到应用，美国麻省理工学院的一些计算机科学家开始进行软件无线电体系结构的研究，近年美国还组成软件无线电Forum，加快实用化的步伐。特点：什么是软件无线电？软件无线电是将模块化、标准化的硬件单元以总线或网络的方式连接构成基本平台，并通过软件加载实现各种无线通信功能的一种开放式体系结构。软件无线电体现三个开放性：对研制的开放性，对生产的开放性，对使用的开放性。是无线通信的第三次革命。应用：a、可实现各种电台互联互通的无线网关 b、可接入各种军用移动通信网的多功能车载电台 c、可实现空中转信的多功能空中平台 d、可进行智能化

18、通信侦察与抗干扰的电子对抗系统 关键技术（六）：智能化对抗智能化电子对抗是新一代军用通信系统发展的必然趋势。通信抗干扰的智能化：（1）对战场电磁环境的智能化侦测和分析；（2）智能化天线技术，把空间信号处理引入电子对抗；（3）智能化跳扩频技术，根据战场情况实现电子对抗体制及参数的最优化；（4）网络的智能化抗干扰技术，根据战场情况实现网络结构、信令及控制的最优化。 应用前沿（一）：抗跟踪干扰现有的对抗跟踪干扰或单频干扰手段，主要靠慢跳频或中速跳频。跳频对躲避固定干扰有很好的作用，然而，目前的信号检测手段也日新月异，检测能力日益加强，目前任一种DSP芯片的FFT速度能够很容易地达到1ms以下，即现有

19、的跳频系统很容量受到跟踪干扰的攻击。解决这个问题的根本办法就是采用快速跳频。也就是说要将跳频速率提高到每个频点的停留时间不超过从通信发射机到干扰机再到通信接收机的传播延迟，从而使最理想的跟踪干扰或转发干扰到达接收机的时间超过有效的通信时隙而失去干扰作用。例如，当干扰机在10km以外时，只要跳频速率达到15KHz即可彻底解决跟踪干扰和转发干扰问题。 应用前沿（二）：抗阻塞干扰传统的通信系统，特别是宽带系统（跳频和扩频）对干扰的抑制主要靠中频滤波，然而由于前端高频放大器和混频器都是非线性器件，在有强干扰时会产生不可恢复的交调干扰和噪声恶化，即产生射频前端的阻塞。解决办法：（1）尽量提高前端器件的线性动态范围，（2）将增益尽量分配在中放，（3）更重要的和更直接的方法是在天线和高放间引入可快速编程的高Q无源跳频滤波器，从而大幅度降低进入有源器件的干扰电平，提高抗阻塞能力。举例：某超短波电台的空间电磁环境举例：某超短波电台前端产生的交调举例：某超短波电台加跳频滤波器后的交调 应用前沿（三）：抗部分带干扰现有的无线通信系统（特别是模拟系统）即使采用跳频技术，在部分带干扰环境下，一般只要干扰比例达到总带宽的1/3，就无法正常通信了。在这样的恶劣环境下，要想仍能正常通信，唯一的办法就是采用有强大纠错能力编码，即Turbo code编码。曾对Turbo code在快跳频环境下的性能