軍事智能抗干擾無線通信發展要求及分析

郭 銳，閆建峰，梁 亮

(中國艦船研究院，北京 100192)

軍事智能抗干擾無線通信發展要求及分析

郭 銳，閆建峰，梁 亮

(中國艦船研究院，北京 100192)

探討了未來軍事無線通信干擾手段的發展趨勢和抗干擾無線通信發展的要求。提出了智能抗干擾無線通信系統應具備的基本能力，并對實現過程進行了詳細描述和分析，在使無線頻譜資源最優化動態利用的同時，為軍事抗干擾無線通信提供了一個可選擇的技術參考途徑。

抗干擾通信;動態頻譜感知;智能決策

0 引言

軍事通信系統是現代和未來戰爭指揮控制的重要神經系統，無線通信是戰爭中敵方首要攻擊、破壞的目標。“制電磁頻譜權”已成為現代戰爭中敵我雙方除海、陸、空、天外爭奪的第五維戰場空間。在以信息作戰和網絡作戰為特征的現代戰爭中，圍繞電磁頻譜的爭奪和對抗成為戰爭中奪取的重要制高點。要使作戰單元在任何地點、任何時間獲取可靠信息，發揮最大的戰斗效能，軍事通信系統必須具有頑強的生存能力，主要表現在抗干擾、反偵察、抗毀、機動和保密等5個方面。在面向信息對抗和網絡中心戰的戰場環境下，軍事通信抗干擾已經成為信息化作戰關注的焦點和難點問題［1］。

因此，在未來的戰場上要保證戰場通信，必須要發展新的智能化的抗干擾通信技術來應對敵方的各種干擾手段，要求通信系統的干擾感知與通信抗干擾一體化設計，這樣才能保證通信抗干擾具有針對性和實時性［2－3］。戰場的無線抗干擾通信技術要求在戰場環境下，能實時偵查、識別出戰場環境下的干擾體制或方法，以便選擇最佳的通信方式與之對抗，保證通信的連續性。

1 未來無線通信干擾手段的發展趨勢

目前，軍事通信干擾技術正朝著以下幾個方向發展:綜合化、一體化、智能化通信對抗條件下的通信干擾技術;遠程大功率干擾技術不斷應用;分布式網絡化干擾技術成為發展重點;干擾領域向多維對抗的方向發展;通信對抗盲偵察、盲干擾技術不斷得到應用。

在傳統電子戰中，一旦通信方的自適應無線通信系統針對有意或無意的干擾做出了信號調整后，干擾方的一般做法是先記錄下新的信號，然后送回實驗室分析，再進行干擾決策與實施，由于處理周期較長，干擾識別和干擾施加的實時性很難保證，干擾的效能也很難估計。

但在未來電子戰中，干擾設備是集信號偵查與識別、通信信號的特征描述、干擾效果的評估、干擾指揮與顯示的一體化設計，使得干擾設備具備更強的偵查能力。這種自適應電子戰的行為學習能力將使電子戰設備能在戰場上實時地自行檢測、分析、識別敵方新的通信信號，而后對他們進行高效的干擾，并評估射頻干擾效果。通過這一能力，可有效對付敵方先進通信設備的抗干擾手段，從而確保己方對敵方通信進行持續干擾。基本工作過程如圖1所示。

圖1 自適應電子戰的行為學習過程Fig.1 The behavior study process of adaptive electronic warfare

干擾系統通過前端高性能的寬帶接收機，可以快速識別工作頻段的所有已知和未知非協作信號，對已知的非協作信號進行快速檢測和特征描述，并與歷史數據庫對比，快速做出干擾反應;對未知的非協作信號，首先進行特征分析與描述，傳送至指揮與顯示中心，采用人工與機器自動識別相結合的方式進行判別，并在最短的時間內根據信號的特征啟動最有效的干擾方式，同時系統會通過反復分析、迭代，最終把未知的非協作信號的基本特征提取出來變成已知的非協作信號，存入歷史數據庫，該類信號再次出現時，干擾系統能快速做出反應。

在未來這種具有自適應電子戰的行為學習能力的干擾方式下，傳統的抗干擾通信體制已經很難達到抗偵查、抗干擾的目的。

2 未來抗干擾無線通信的發展要求

通信對抗中的通信一方努力避開干擾頻段重新尋找可用頻譜資源，而本已緊張的頻譜資源，加上敵方干擾的寬帶化、大功率化、多樣化、智能化的發展，使得為對抗干擾而尋找新的可用頻譜資源的努力受到極大限制。為達到更好的通信抗干擾效果，需要更大的頻譜變化范圍和更寬的工作帶寬，而頻譜資源緊張和使用不均衡造成常常出現已無可跳、可擴頻段的情況。傳統的抗干擾通信的體制缺陷日益突出，已成為制約信息對抗領域通信方發展的瓶頸之一。

目前的抗干擾通信多基于固定頻譜通信，固定頻譜通信體制由于通信過程中心頻率(或頻率集)固定不變或變化不大，頻譜會表現出重復性規律，給偵察提供了大量固定的信號特征信息，也給偵察以充分的處理時間，便于存儲和建立信號特征數據庫，在戰時對出現該類信號能被快速判別和進行干擾和破壞。

為對抗敵方的偵查與干擾，通常采用自適應無線通信方式是一個很好的選擇。自適應無線通信系統能自動進行信號調整，以對付有意或無意的干擾。但傳統的自適應無線通信由于其自適應調節的參數狀態有限，再加上工作時對外部的頻譜或其他干擾特征的實時感知能力有限，因此表現出的抗干擾能力也非常有限。

智能自適應無線電是無線通信系統發展的必然趨勢，可根據環境變化自適應調整的系統的工作參數，包括頻率、瞬時帶寬、調制方式、糾錯編碼、補償策略、系統定時、數據速率、發射功率、濾波特性等［4］，所有的這些智能自適應特性都必須建立在強大的環境感知能力與智能的決策能力基礎上。

未來戰爭是體系對體系的對抗，如何在電磁對抗中取得優勢是決定未來戰爭勝負的首要因素。要在戰場復雜多變的電磁環境下獲得現代戰爭的信息制高點，必須通過實時感知干擾和己方工作頻譜的動態變化情況，認知干擾和頻譜空洞特征，通過智能推理與決策，自主選擇頻譜并動態重構各類調制波形，適應電磁環境的動態變化，實現高效、可靠的抗干擾通信。只有充分利用頻域、空域、時域及能量域抗干擾空間，自動適應和對抗敵方不斷發展的偵察和干擾手段，才能最大限度發揮無線通信裝備與網絡體系作戰效能。智能抗干擾通信系統的基本構成如圖2所示。

1)寬帶接收機

寬帶接收機是智能抗干擾通信系統最重要的前端設備之一，要求頻帶寬，靈敏度高，分辨率高，是對無線電通信電磁環境感知的基礎設備，通過它能實時監測電磁頻譜態勢的快速變化，通過時、頻、空多維感知，為系統進行實時的電磁頻譜環境分析提供動態輸入。

圖2 智能抗干擾無線通信系統基本構成Fig.2 The structure of intelligent anti-interference wireless communications system

2)頻譜檢測與特征描述

根據寬帶接收機輸入的多維電磁頻譜環境數據信息，對監視頻段內的相關電磁環境參量進行描述和分類，如背景噪聲幅度、穩定性、時效性、干擾溫度、典型干擾信號、非典型干擾信號等［5－9］。建立各種背景噪聲、信號的特征數據庫，為下一階段的頻譜、干擾分析提供輸入。

3)動態共享頻譜池

高效的動態頻譜分配是智能抗干擾無線通信系統的必然要求，動態頻譜分配和頻譜共享技術都能顯著提高頻譜利用率，也是提高頻譜利用率的根本方法［10－11］。但動態頻譜分配方式需要改變現有頻譜分配總體結構，對頻譜管理、網絡結構、通信終端等方面要求改動較大，實現難度較大;而頻譜共享技術在不改變現有頻譜分配總體機構下，通過無線電頻譜共享方式來提高頻譜利用率，實現難度相對動態頻譜分配更小一些。根據各類無線通信系統在時間、頻率、空間上對頻率資源利用的不均衡，采用共享方式充分利用未得到利用的頻譜資源。

具體實現過程是通過頻譜檢測與特征描述提供的背景噪聲、信號數據庫信息，結合頻率預測、干擾信號預測、信道預測(探測)和具體的頻率優選策略建立共享頻譜池，而且頻譜池能動態的隨頻譜環境的變化而實時更新，為動態頻譜介入提供優等頻率資源。

4)干擾模式與頻譜預測

未來戰場的無線抗干擾通信技術要求在戰場環境下，能實時偵查、識別出干擾體制或方法，以便選擇最佳的通信方式與之對抗。確定噪聲門限及干擾門限，進行干擾情況下的頻譜空洞預測，為鏈路控制層及介質訪問控制層實時提供可用信道資源;通過干擾模式的偵查、識別，為頻譜空洞智能化選擇及綜合智能抗干擾策略提供決策依據。

5)波形庫

建立適合多種信道條件的完備波形庫，供智能決策庫選擇，以適應復雜的戰場電磁頻譜環境。

6)信道探測/預測

信道探測需要與實際通信過程相結合，通過探測可實時掌握實際工作信道的信道特性、通信性能，同時對當前信道特性、通信指標進行存儲記錄，并建立信道特性數據庫。通過歷史信道特征庫對信道特性進行有限時間內的準實時預測，為最優信道的選取和與之相匹配波形的選擇提供基礎參數。

7)智能決策庫

智能決策庫是智能抗干擾無線通信系統的核心，通過智能的綜合、推理和決策，自主地從“動態共享頻譜池”選擇適合當前信道特性的工作頻率和與之相匹配的通信波形，并調整本系統的工作方式與參數進行重構，從而達到快速適應電磁頻譜環境的變化，有效、連續傳輸信息的目的。

8)通信效果評估與分析

對實際通信過程的通信效果進行評估，建立通信效果評估等級，估計必要的系統參數，為智能決策庫提供反饋信息，以便進行更精確的參數調整。通信效果評估與分析結果也可以直接輸出至控制與顯示模塊，為系統的使用者或決策者提供參考。

9)控制和顯示

為智能抗干擾無線通信系統提供輸入、輸出。系統的使用者或決策者可以通過控制功能對系統本身的決策庫進行干預，調整決策策略。通過顯示功能為使用者提供系統頻譜態勢、通信效果、通信指標等具體參考信息。

10)自適應控制器

自適應控制器是智能抗干擾通信系統執行控制中心，它需要綜合智能決策庫、通信效果評估與分析、控制和顯示等輸入信息，啟動相應的外圍設備開始相應的通信功能。

各模塊協調工作，構成了完整的智能抗干擾無線通信系統，該系統可隨通信干擾技術和手段的發展以及系統本身相關設備性能指標的提高而不斷的優化、完備，從而達到有效對抗各種新式干擾的目的。

3 結語

未來的智能抗干擾無線通信系統可實時感知判斷戰場環境的頻譜態勢，對頻譜環境的變化快速做出反應，使通信能實時利用最優的頻譜資源和最佳匹配波形，最大程度上保證通信過程的持續性。這種集頻譜態勢感知、頻譜管理、智能決策一體的通信手段，在最優化利用頻譜資源的同時也達到了智能抗干擾通信的目的。

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The development requirements and analysis of military intelligent anti-interference wireless communications

GUO Rui，YAN Jian-feng，LIANG Liang
(China Ship Research and Development Academy，Beijing 100192，China)

This article explores the means of future military wireless communication interference trend and the development of anti-interference wireless communication requirements.Proposed the basic ability of intelligent anti-interference wireless communication should have described and analyzed the implementation process.Wireless spectrum not only the most optimal use of resources and provides an alternative way of technical information for military intelligent anti-interference wireless communications.

anti-interference wireless communication;dynamic spectrum sensing;intelligent decision-making

TN97

A

1672－7649(2011)06－0019－03

10.3404/j.issn.1672－7649.2011.06.005

2011－05－06

國家自然科學基金重點資助項目(60832006)

郭銳(1977－)，男，碩士，工程師，主要從事無線通信領域研究。