反RCIED防護技術研究*

鄧 曦，鄧 招，彭 麟，宋 滔

（中國電子科技網絡信息安全有限公司，四川 成都 610041）

0 引 言

隨著現代電子技術、無線通信技術的發展，無線電子設備在為人們生活帶來極大便利、為社會帶來巨大進步的同時，也被恐怖分子、非法武裝等組織或個人成功運用到了爆炸裝置中，形成了新的爆炸裝置，即無線電控制簡易爆炸裝置--RCIED（Radio Controlled Improvised Explosive Device）。RCIED是一種利用無線發射器在遠處遙控引爆簡易炸彈的裝置。它由遙控發射裝置和定點接收裝置構成。遙控發射裝置發射引爆信號至爆炸裝置的無線通信接收端口，接收端口經過事先改裝過的信號接收器，將引爆信號發送至炸彈引爆部分[1]。

目前，RCIED反制措施主要有：

（1）威脅探測與消除：利用雷達探測、激光探測和掃雷機器人等技術，對潛在的IED進行探測，并解除或摧毀IED的爆炸威脅；

（2）裝甲加強：采用新型裝甲材料、附加裝甲和改善裝甲防護結構設計等，加強裝甲平臺抵抗爆炸摧毀能力；

（3）電子干擾主動防護：通過電磁手段干擾和屏蔽遙控起爆裝置。

近年來，業界一直認為抵抗簡易爆炸裝置最有效的辦法是通過電子干擾設備反制RCIED。全球許多電子系統研發公司紛紛研制出許多以射頻電子干擾機為主體，用來干擾壓制RCIED遙控引爆信號的電子防護系統，以通過電子干擾阻止或延緩引爆器啟動，確保活動或行動區域安全。

1 RCIED裝置種類介紹和分類

目前，被恐怖分子、非法武裝等廣泛使用的RCIED裝置的無線通信協議，主要包括遙控玩具、航模飛機、汽車遙控鎖、電子門鈴、對講機、手機、WiFi終端和海事衛星電話等。

根據這些RCIED裝置的遙控設備發射的控制信號功率大小，可劃分為高功率RCIED和低功率RCIED兩種類型。低功率RCIED發射器發出的信號功率一般低于27 dBm（0.5 W），高功率RCIED發射器發出的信號功率大于等于27 dBm（0.5 W）。詳細分類和通信控制特點，如表1所示。

根據RCIED裝置的通信體制，還可將RCIED發射裝置劃分為無基站轉發點對點直接通信類和有基站轉發通信類。其中，不需要基站轉發可進行點對點直接通信的有各類遙控玩具、航模玩具、汽車鎖、電子門鈴和對講機等；需要基站或其他輔助設備進行轉發通信的有手機、海事衛星電話和WiFi終端等。具體劃分如表2所示。

由表1和表2可知，RCIED裝置種類繁多，通信體制多樣。但是，RCIED裝置雖然種類及其通信體制繁多，但其工作頻率多分布在10～6 000 MHz。由于在有基站或轉發類設備中，RCIED裝置接收的頻率為基站或設備發送給裝置的下行頻率，因此本文列舉了各類RCIED裝置的遙控頻率或基站給裝置的下行頻率，如表3所示。

由表1、表2和表3可見，RCIED裝置種類繁多、通信體制多樣、通信頻率分布較廣，且部分通信體制抗人為干擾，能在低信噪比下通信[2]。因此，為有效反制RCIED裝置，最簡單有效的方式是對所有頻段進行瞄準式壓制干擾。

2 干擾防護半徑指標論證分析

由于RCIED裝置通信種類繁多，通信體制多樣，因此本文以GSM通信體制為例，分析并論證其干擾效果[3-4]。

GSM作為全球第二代移動通信，其主要包括GSM900和DSC1800兩個工作頻段，具體的頻率劃分如表4所示。

表1 RCIED裝置按發射功率分類

表2 RCIED裝置按通信體制分類

表3 RCIED裝置工作頻率統計表

針對GSM頻段，系統主要用于防范手機改制的RCIED。干擾機只要使一定范圍內的手機終端無法解析基站下行信號，即可對手機實施有效干擾，從而阻止恐怖分子引爆手機RCIED。因此，系統干擾GSM下行頻段，分別為935～960 MHz和1 805 ～ 1 880 MHz。

對于GSM900頻段，干擾機發射功率設定為5 W（37 dBmW），發射天線增益Gt=0 dBi，饋線損耗Lt=0.9 dB，干擾機距離目標接收機30 m，頻率取上限值960 MHz。GSM網絡建設設計的干擾保護比為-9 dB，為了確保干擾有效，干信比取為6 dB。

根據式（1），計算得出：

根據式（2），以98%的位置覆蓋率為例，計算得出：

表4 GSM移動通信系統頻段劃分

在掃頻模式下，根據GSM規范，GSM900從935.2 MHz至960 MHz共包括124個通信信道，干擾信號也為124個。因此，有：

在阻斷模式下，采用的是白噪聲阻塞。理想狀態下，在頻帶范圍fw=25 MHz內功率是平坦的。對于干擾目標而言，某一時刻進入接收機的干擾信號帶寬fi=200 kHz，則有：

由以上計算可以看出，對于GSM通信，采用掃頻干擾和阻塞式干擾的干擾威力相同。

將以上計算值代入式（5），計算得出：

對于DCS1800頻段，干擾機發射功率為5 W（37 dBmW），發射天線增益Gt=0 dBi，饋線損耗Lt=1.5 dB，干擾機距離目標接收機30 m，頻率取上限值1 880 MHz。采用相同的公式，計算得出：DCS1800的有效干擾功率為-58.58 dBmW。

因此，當基站信號電平為-70 dBm時，要達到30 m的干擾距離，需要干擾機發出的干擾信號在30 m處的信號強度P＞70 dBmW。經上述計算可見，顯然P＞70 dBmW能夠對GSM手機實施有效干擾。

此外，為了充分保證系統的干擾可靠性，根據系統需要的輸出功率應在5 W左右的特點，在該頻段內發射機的輸出功率應取大于等于5 W。

以上論證按照干擾距離為30 m計算，總結出干擾機對各類干擾對象所需發射的理論最小功率。而WCDMA、海事衛星電話和WiFi終端等通信體制的干擾防護半徑論證指標分析與GSM頻段指標論證分析方法一致，本文不再一一列舉。

3 反RCIED防護系統組成

3.1 反RCIED干擾機總體規劃

反RCIED防護系統按照功能模塊劃分，主要由功率放大器、射頻激勵源模塊、基帶模塊、電源模塊、發射天線、控制模塊和有線遙控裝置等組成，如圖1所示。

圖1 反RCIED防護系統組成

其中，功放模塊包含低頻遙控功放、V/UHF對講機/電子門鈴/汽車遙控功放、CDMA功放、GSM功放、海事通信衛星功放、DCS1800功放、CDMA2000功放、WCDMA功放、TD-LTE功放、FDD-LTE功放和WiFi功放等。需要說明的是，功放模塊包含20～3 000 MHz所有無線電設備的使用頻率。

3.2 功放電路設計

功率放大器芯片采用第四代半導體材料。放大芯片輸入、輸出采用微帶線寬帶匹配，保證全頻段內的頻率響應。放大器的電路板采用介電常數穩定的聚四氟乙烯金板材，保證在溫度變化或頻段范圍內的分布參數穩定。各功率放大器電路原理都較相似，區別在于選擇功率放大器芯片型號不同。放大模塊的電路原理框圖如圖2所示。

功率放大器采用前放級、推動級和末放級三級設計。每級功放包括相應的輸入、輸出匹配電路、定向耦合器，用于功率采樣和功放保護，且在發射狀態下具備溫度、駐波保護和狀態告警功能。

圖2 功放電路原理

3.3 射頻激勵模塊設計

反RCIED防護系統具有頻段跨度大、掃描范圍寬等特點。使用傳統方法產生射頻激勵信號，會導致電路結構復雜、雜波成分大且頻譜純度低，同時頻率轉換時間達不到系統要求，使得傳統方法在干擾機設備中靈活度不夠，難以應用于寬帶射頻電路。

所以，本系統采用直接數字頻率合成技術，優點是頻率切換時間短、分辨率高、相對帶寬寬且易于編程控制。

本系統中，頻率低于1 000 MHz時采用直接數字頻率合成技術，頻率高于1 000 MHz時采用DDS加混頻或變頻技術。射頻激勵模塊集成了DDS、集成VCO頻率源和發射激勵，如圖3所示。

20～100MHz段由數字芯片產生20～100 MHz射頻信號，經低通濾波器、放大器、數控衰減器和后級放大器，輸出一個-20～+10 dBm幅度可控、頻率范圍20～100 MHz的射頻激勵信號。

100～500MHz段由數字芯片產生100～500 MHz射頻信號，經低通濾波器、放大器、數控衰減器和后級放大器，輸出一個-20～+10 dBm幅度可控、頻率范圍100～500 MHz的射頻激勵信號。

500～2 000 MHz段由數字芯片產生250～1 000 MHz射頻信號，經低通濾波器、放大器、×2倍頻器、低通濾波器、數控衰減器和后級放大器，輸出一個-20～+10 dBm幅度可控、頻率范圍500～2 000 MHz的射頻激勵信號。

2 000～3000 MHz段由數字芯片產生500～750 MHz射頻信號，經低通濾波器、放大器、×2倍頻器、低通濾波器、放大器、×2倍頻器、數控衰減器和后級放大器，輸出一個-20～+10 dBm幅度可控、頻率范圍2 000～3 000 MHz的射頻激勵信號。

圖3 射頻激勵模塊架構

射頻控制部分主要進行通道選擇、DDS和集成VCO控制、增益控制和電源管理。

3.4 電源模塊設計

本設計中，功放模塊相互獨立，因此每個功放模塊需有對應的電源模塊進行供電。

電源模塊主要由整流濾波單元、功率轉換單元、時序控制單元和時延單元構成，另帶有軟啟動電路、復位電路和狀態監測電路。電源模塊與整機其他各模塊的關系，如圖4所示。

圖4 電源模塊與整機其它模塊關系

其中，電源模塊A、B、C、D等分別對功放A、B、C、D等進行供電，每個電源模塊獨立對相應的功放供電。電源模塊N對射頻激勵、基帶模塊和控制模塊進行供電，控制模塊又對電源模塊進行控制與反饋。

3.5 控制模塊設計

控制模塊的主要功能是根據系統工作狀態或者控制終端下達的任務指令，進行任務分析，產生控制指令對各模塊進行任務分配，并收集各功能模塊的反饋信息。控制模塊與其他各功能模塊的關系，如圖5所示。

圖5 控制模塊關系

控制模塊分別與功放模塊、射頻激勵模塊、基帶模塊、控制終端模塊和電源模塊連接。

（1）與功放模塊的關系

功放模塊涉及控制的單元有電路使能開關、功率調制電路、溫度和駐波保護電路反饋信息等。功放模塊由于需要覆蓋不同頻段而進行了多段涉及，所以在設計控制電路時需設計為多段。

（2）與射頻激勵模塊的關系

多段射頻激勵模塊可能要求同時工作，所以在考慮射頻控制時，各段控制信號相對獨立不可復用，只有系統時鐘信號能進行復用。

（3）與電源模塊的關系

電源模塊功率較大，產生的電磁干擾和噪聲也較大。電源內部電磁干擾信號有可能會耦合到控制線上，形成脈沖或者耦合電壓抬高使控制不穩定，從而影響其他模塊的正常工作。所以，設計控制模塊與電源控制接口交互信息時，盡量少用控制線。時序控制單元和時延單元由電源自身電路完成，控制模塊只獲取電源模塊的信息。

3.6 整機性能介紹

反RCIED防護系統采用一體化、通用化設計思路，遵循簡單、易用設計原則，按照頻段模塊化、小型化、低功耗進行設計，并具備易升級、可擴展和方便維修等特性。同時，有效避讓特殊工作頻點及內部通信頻點，如民航的導航頻點、廣播頻率和公安內部通話頻點等。

主機包含12個獨立功放模塊，輸出功率可調節，各模塊可以獨立開關，且具備過功率、過熱、駐波告警及保護功能。由于整機設備對干擾頻段采取有效分段，因此其只干擾下行頻段，不會對基站造成影響。

該整機在使用增益為6 dB的全向天線時，能對20～3 000 MHz范圍內，包括低頻遙控、V/UHF對講機、電子門鈴、汽車遙控、CDMA體制、GSM體制、海事通信衛星、DCS1800體制、CDMA2000體制、WCDMA體制、TD-LTE體制、FDD-LTE體制和WiFi等進行干擾壓制。在信號強度為-75 dBm條件下，有效干擾半徑大于50 m。

圖6為反RCIED防護系統主機。

圖6 反RCIED防護系統主機

4 應用前景

反RCIED防護系統可應用于以下領域。

4.1 車隊行軍反RCIED防護

在局勢動蕩和恐怖主義活動頻發的地帶，路邊遙控炸彈等對車隊行軍安全構成了嚴重威脅。通過在車隊中加裝反IED系統，能有效壓制車輛行進途中的各類遙控爆炸物引爆信號，確保車隊在行軍過程中不受路邊炸彈的威脅。

4.2 重點場所保密防護

對重要部門的建筑物、工作區域以及重要會議現場進行通信對抗保護，防止敵對勢力通過無線通信進行竊密傳輸，防止外部通過電磁注入對我重要裝備進行干擾、破壞[4]。

4.3 突發事件通信封鎖

在無線通信已普及的情況下，通信封鎖管制作為重大突發事件管制措施中的一種，重要性不言而喻。比如，在爆恐事件中，恐怖分子越來越多地通過無線通信進行組織、策劃、勾連和活動，這時需要阻斷壓制特定區域一切無關對外無線通信，壓制區域內無線通信信息擴散影響，以防止因無關對外無線通信帶來的安全隱患。

4.4 敏感區域防通信泄密

斯諾登事件后，曝光的“量子行動”敵對竊聽竊密計劃和各種新型竊密手段的出現，使我國重要涉密場所和敏感區域的防通信泄密能力建設面臨嚴峻考驗。反RCIED防護系統通過壓制相關通信頻段，對敏感區域進行隔離保護，可防止外部通過無線通信進行竊密。

5 結 語

反RCIED防護系統需要綜合考慮干擾壓制半徑、功耗、主機重量、電源轉換效率、天線電磁兼容性和器件價格等問題，但這些因素是相互關聯的，需結合具體應用合理選擇。例如，若對干擾半徑指標要求苛刻，則各個頻段需使用獨立的天線，而天線數量的增加又會導致電磁兼容性較差；若需要干擾壓制半徑較小，則可考慮多個功率放大器通過合路器設計后公用一個天線的思路。另外，干擾壓制半徑指標又與選用定向天線或全向天線有關。因此，反RCIED防護技術是一個體系化系統，需按照實際需求進行定制化設計。

反RCIED防護系統的搭載方式包括汽車搭載型、船舶搭載型、機載型及可便攜式等搭載方式。每種搭載方式對防護系統的技術指標側重點不同。例如，汽車搭載型較關注天線電磁兼容性、整車電磁防護設計和系統散熱等問題；機載型更關注系統的功耗、電源轉換效率等。值得一提的是，機載型設備可利用每架無人機搭載一個頻段的功放，通過無人集群實現全頻段覆蓋，從而實現利用無人機群進行反RCIED防護的目標[5]。

綜上，研究低功耗、高電源轉換效率技術，實現寬頻段低功率小型化樣機，是今后反RCIED防護技術的發展方向。

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