一種加密的彈載通信干擾機部分頻帶干擾信號*

張 杰 邵海霞

（1.陸軍炮兵防空兵學院研究生大隊二隊 合肥 230031）（2.解放軍31441部隊 沈陽 110001）

1 引言

通信干擾彈是用常規火炮、火箭炮發射，以彈藥作為運載工具，將干擾機快速運載到敵目標區域，完成通信干擾任務的特種炮彈。其簡要工作流程圖如圖1所示［1］。

圖1 留空式干擾彈簡要工作過程

由于彈丸體積小且高速飛行，敵方無法攔截，突防能力和生存能力強，和同類干擾裝備相比，便于大量裝備使用，并且無人操作，可避免人員傷亡，符合現代戰爭理念［1～3］。

但是隨著反干擾技術手段的日益進步和更新，截獲干擾信號并分析信號特征，從而調整通信策略避其“干擾鋒芒”已成為敵通信設備的必然選擇，因此研究和設計一種加密的彈載通信干擾信號，防止被敵獲取情報信息顯得尤為重要。

由于欺騙式干擾是通過模擬敵方的通信信號來欺騙對方，它的有效性主要取決于戰術上的運用，一般來說，欺騙干擾較難獲得成功，它要求干擾信號與敵通信信號要及其相似，需要充分掌握敵通信電臺的技術和戰術特點、通聯規律等資料，為了獲得更好的效果，有時還需要其它兵種的協同。對于采用密碼技術的通信系統，實現欺騙干擾比較困難，這里只討論壓制式干擾信號［4～5］。

2 彈載通信干擾信號

彈載通信干擾機要想達到預期的干擾效果，干擾種類至關重要。干擾種類包括干擾方式和干擾樣式［6］，其中干擾方式包括瞄準式干擾、阻塞式干擾、掃頻式干擾等；干擾樣式分為噪聲調頻干擾、噪聲調幅干擾、噪聲雙邊帶干擾等。與傳統通信干擾機不同，彈載通信干擾機干擾種類的選取必須嚴格遵守以下要求。

1）干擾功率的限制：彈載通信干擾機的發射功率不是越大越好，寸土寸金的彈載空間無法滿足大功率發射要求；

2）反應時間：對于瞄準式干擾來說，要想完成對目標的干擾，從瞄準式干擾中的引導接收機截獲到目標信號開始到干擾機發射出干擾的這段時間越短越好，尤其是對干擾跳頻電臺來說，反應時間不能超過每一跳的駐留時間的1/2，否則干擾無效；如果彈載通信干擾機采用瞄準式干擾的話，時間和精度上無法保證，實現難度較大。

3）頻率范圍及干擾帶寬應可調整，以便適應對不同頻段干擾的需要，同時干擾頻譜中各干擾分量的能量應盡可能相等，各干擾分量的頻率間隔應與所干擾頻段內信號的信道間隔相匹配。

本文以阻塞式干擾為例進行討論。阻塞式干擾有全頻段干擾、梳妝干擾、多音干擾三種模式，信號頻譜如圖2～4所示。

圖2 全頻段干擾信號頻譜

圖3 梳狀干擾信號頻譜

本文以多音干擾信號為例，詳細說明彈載通信干擾信號的加密過程。

3 彈載通信干擾信號加密過程

彈載通信干擾信號加密原理框圖如圖5所示。

圖4 多音干擾信號頻譜

圖5 干擾信號的加密流程

加密方法選用混沌加密，是基于離散混沌映射的加密系統 Logistic映射［7～8］。Logistic 映射被公認為是能體現混沌特點的最簡單的離散混沌系統映射，它來源于對人口增長模型的研究，表達式為x(n+1)=f(x(n))=μ·x(n)·(1-x(n))，x(n)∈[0，1]，其中，x(n)、x(n+1)為Logistic映射的狀態值，μ為系統參數。

圖6 logistic映射分岔圖

圖6繪出了當x在［0，1］之間取值，μ在［2.8，3.99］之間取值時Logistic映射分岔圖，當μ=3.569945672時，進入混沌狀態。因此將Logistic映射應用于保密通信時，通常將初始狀態值和參數μ作為密鑰。混沌加密方案的具體流程如下。

在偽混沌位序列產生方法上，采取不同μ值、不同初始狀態值的兩個不同Logistic混沌映射進行迭代，先讓它們分別初始迭代m、n次（m≠n），再同時迭代，通過動態比較兩個映射每次迭代的狀態值，產生二進制偽混沌序列。具體算法是：

1）在區間［3.57，4］中，選擇兩個不同的μ值，分別作為兩個映射參數；

2）在區間［0，1］中，選擇兩個不同的實數，分別作為兩個映射迭代的初始狀態值；

3）在區間［50，100］中，選擇兩個不同的整數m、n，分別作為兩個映射的初始迭代次數。兩個映射先分別迭代m和n次，得到兩個狀態值xm和yn，然后再開始同時迭代，每次迭代后，比較兩個映射的狀態值。如果兩個映射分別表示為f1和f2，如果f1(xm)＞f2(yn)，產生二進制位‘1'；否則，產生二進制位‘0'。如此類推，形成偽混沌二進制位序列；

4）讀入明文信息，對每一個明文信息位，依據第3）步算法，將兩個映射迭代，比較每次迭代后的狀態值，產生二進制位0或1，并與明文信息位進行模2加運算，實現加密。該操作一直持續到將所有明文信息位加密完為止。

由于μ、初始狀態值、初始迭代次數皆可選擇，因此，即使明文信息中出現重復字符，加密后也會產生不同的密文。不同μ值、不同初始狀態值以及不同的初始迭代次數的組合大大地減少了周期窗口出現的幾率，提升了偽混沌二進制位序列的不可預測性，擴大密鑰空間的同時提高了算法安全性。

圖7 混沌加密流程設計

為了進一步提高保密性能，本方案每次加密前可自行設置密碼，方案依據特定的算法，根據密碼生成μ值、初始狀態值以及初始迭代次數值，達到“一次一密”的效果。

加密程序設計流程如圖7所示。

4 彈載通信干擾信號加密演示

彈載通信干擾信號加密程序如下（這里的初始干擾信號通過采集聲音片段［9～10］生成）：

第一步：采集聲音片段，并進行保存。

%采集5秒聲音片段

fs=8000；

Data=1：64；Data=（Data'*Data）/64；

uiwait（msgbox（'開始采集'，'采集'，'custom'，Data，hot（64）））；

y=audiorecorder（fs，16，1）；

recordblocking（y，5）；

myRecording=getaudiodata（y）；

audiowrite （'*********JammingSignal_Encrypions.wav'，myRecording，fs）；%存儲路徑

msgbox（'采集結束'，'采集'，'custom'，Data，hot（64））；

第二步：選取合適的采樣率，對采集信號進行采樣，并對其進行FFT變換，畫出其波形圖與頻譜圖［11］。

第三步：將原始干擾信號擴大1000倍并取整，將原始干擾信號記錄值變為十進制整數，為將其轉化為二進制做準備。該步驟對原始干擾信號放大并取整，使其丟失了部分原始數據，同時放大了噪聲，最終使得待處理干擾信號部分失真，聽起來比原干擾信號模糊。

第四步：編寫帶符號十進制數轉二進制函數以及將二進制表示為有符號十進制數，并調用該函數將上一步得到的干擾信號轉化為二進制，為加密做準備。

第五步：設置初值，即密碼，然后利用logistic算法，產生加密文段。

第六步：將產生的加密文段與待處理干擾信號進行模2和得到加密干擾信號，并生成加密干擾信號的波形圖與FFT圖。

第七步：播放原始干擾信號、加密干擾信號，并將它們進行對比。

在Matlab GUI平臺下［12］設計彈載通信干擾信號加密演示界面，如圖8所示。

圖8 彈載通信干擾信號加密演示界面

本文假設密鑰 k1=0.3；u1=3.7；k2=0.6；u2=3.9。加密前后的信號頻譜、信號波形如圖9～11所示。

圖9 原始干擾信號波形頻譜

圖10 預處理干擾信號波形頻譜

5 結語

通過試聽，對比原始干擾信號和加密干擾信號，加密干擾信號完全聽不清，只是聽到一片嘈雜聲。但是加密的同時，也增加了信號功率，給彈載干擾器件帶來了一定負擔。因此對彈載通信干擾來說，需要結合實際彈載條件，兼顧低功耗和干擾信號的加密是下一步研究的重點。

圖11 加密干擾信號波形頻譜