機載無線通信系統抗干擾技術分析

朱巖泉

（中國電子科學研究院，北京 100041）

0 引 言

在現代信息化體系作戰中，機載無線通信系統作為某特種機任務系統的重要組成部分，為實現無線通信、情報共享以及指控消息傳遞等功能，將戰場上的不同特種機、小飛機和無人機等組成一個作戰網絡，實現空基信息系統體系作戰[1]。機載無線通信系統只有具備多種通信抗干擾手段，才能在現代戰爭復雜電磁環境中進行正常的信息傳輸，因此本文就機載無線通信系統抗干擾技術開展分析。

1 機載無線通信系統概述

無線通信系統由發送設備、接收設備以及傳輸媒體（無線信道）3大部分組成，利用無線電磁波，以實現信息和數據傳輸的系統。機載無線通信系統由于功能要求具備多鏈路傳輸的能力，且由于空間和重量的限制，要求設備小型化、集成度高，實現遠距離無線通信，在廣義上可以作為網絡化空基信息系統的重要組成部分，在狹義上可以是單個特種機平臺的無線通信系統，應用于作戰場景下要求加密性和安全性更高，能夠更有效保證信息傳遞的安全。機載無線通信系統保持快速、安全、穩定地為部隊作戰提供信息保障，需要不斷加強抗干擾技術的創新研究。

2 機載無線通信系統受干擾類型分析

機載無線通信系統受干擾類型主要分為系統內部和外部環境兩大部分，系統內部的干擾分為同頻干擾、鄰頻干擾、互調干擾以及雜散干擾；外部環境的干擾分為載機航電系統對外通信產生的信號干擾、使用場景復雜的電磁環境干擾。

2.1 同頻干擾分析

同頻干擾是指有用信號與干擾信號出現的載頻相同，兩者都進入接收機接收信號的頻帶內，并對有用信號的接收造成干擾，或者是相鄰兩個或幾個天線發出的相同頻率的射頻信號出現在信號覆蓋重疊區。解決措施為錯開頻率使用，避免同頻干擾。由于機載無線通信系統是多鏈路通信系統，要將天線盡可能地在載機機身和機腹錯開分布，并將收發天線分開布置，避免信號發射時影響自身的天線接收射頻信號，此外還要在通信規劃中模擬頻率使用組合互相干擾的情況，選擇最優組合。

2.2 鄰頻干擾分析

鄰頻干擾是指有用信號與干擾信號出現的載頻相近，二者都進入接收機接收信號的頻帶內，對有用信號的接收形成一定的干擾。機載無線通信系統應在任務規劃和實際使用時避免相鄰的天線使用相鄰的波道，這樣就能盡可能地避免鄰道干擾，但由于空間有限，不可避免時可允許存在輕微的鄰道干擾。

2.3 互調干擾分析

互調干擾是由于不同頻率的兩個或多個射頻信號經非線性作用產生同有用信號頻率相近的頻率而引起的干擾[2]。機載無線通信系統在鏈路設計中對每個鏈路使用調制解調器，保證信號收發時濾除射頻信號的非線性作用。

2.4 雜散干擾分析

雜散干擾主要是指由于發射機產生的一個系統頻段外的雜散輻射進入到另外一個系統的接收頻段內造成的干擾，將會影響系統的靈敏度[3]。在機載無線通信系統中，一般對于諧波信號的濾除處理較為干凈，基本不影響系統正常工作。

2.5 外部環境干擾分析

載機航電系統對外通信產生的信號干擾屬于同頻干擾范疇，也是采用收發天線安裝位置分離的方式進行回避解決。而對于復雜環境的電磁干擾，使用時采用抗干擾措施來解決。

3 機載無線通信系統抗干擾技術分析

機載無線通信系統要求具備可靠性和穩定性，需確保要在各種復雜環境下能正常工作。機載無線通信系統抗干擾技術研究的是機載環境下無線通信系統為抵抗對方干擾而采用的一系列措施，當前機載無線通信系統中應用的抗干擾技術主要包括跳頻式抗干擾技術和擴頻式抗干擾技術等[4]。

3.1 跳頻式抗干擾技術分析

當前的跳頻式抗干擾技術主要有兩大類，分別為抗跟蹤式跳頻干擾技術和抗阻塞式跳頻干擾技術，以下分別對這兩大類跳頻式抗干擾技術進行詳細研究與分析。

3.1.1 抗跟蹤式跳頻干擾技術分析

無線跳頻通信系統的一些主要參數包括頻率、跳頻速率、跳頻頻率表、跳頻組網、跳頻密鑰、跳頻圖案等，機載無線通信系統的抗跟蹤式跳頻干擾技術主要也是從這些參數方面去提高。（1）加強頻率管理，嚴格區分平時訓練使用和作戰使用，保證作戰使用頻率的隱蔽性。（2）加強跳頻組網方式的規劃能力，采用時頻交錯的跳頻頻率表，能夠加強跳頻圖案的防破譯保護，從而實現抗拒波形跟蹤式干擾。（3）加強跳頻頻率表的設計和應用，其中包含的跳頻頻率數越多則抗干擾能力越強，跳頻帶寬的寬度適度增加，抗干擾能力也越強[5,6]。（4）設法提高跳頻速率，跳速越高，抗干擾能力越強，但受硬件條件的限制，跳頻速率的提高受限。（5）提高跳頻圖案的技術性能，有助于抗波形跟蹤式干擾。首先設計跳頻圖案時要同時兼顧訓練和作戰需求，作戰跳頻圖案復雜度要更高，且要有多種適用于不同場景的作戰跳頻圖案可供選擇；其次跳頻圖案要采用不同的算法，算法復雜度高，有很好的偽隨機性，重復周期長；再次合理規劃不同環境跳頻圖案的分配和使用；最后結合實際使用中經常遇到的干擾技術，采用現有措施無明顯效果的，可持續研究改進。（6）加強跳頻密鑰的設計、使用以及管控，在設計時分為多組，區分訓練使用和不同作戰使用場景。

3.1.2 抗阻塞式跳頻干擾技術分析

抗阻塞式跳頻干擾技術主要包括空閑信道搜索跳頻技術和實時頻率自適應跳頻技術。

（1）空閑信道搜索跳頻技術是在無線通信前實時掃描信道狀態，將跳頻通信頻率集內受干擾頻率剔除并更新最佳通信頻率集，無線通信雙方在更新后的頻率集上進行跳頻通信[7]。當受到阻塞式干擾信號干擾使得無線通信跳頻系統無法正常工作時，無線通信跳頻系統將重新進入無線通信前的空閑信道搜索模式，搜索受到干擾較小的通信頻率子集進行跳頻通信。若遇到對方有針對性的阻塞式干擾，則容易出現頻繁切換到空閑信道搜索狀態，導致無線通信系統難以正常工作。

（2）實時頻率自適應跳頻技術是無線通信雙方在通信中自動適應信道變化，實時避開無線通信頻率嚴重被干擾的頻點，是在無線通信過程中實時監測無線通信頻率的受干擾情況，依據鏈路質量分析得出無干擾或干擾較小的頻點來保證無線通信雙方同步實現被干擾頻點的替代，在無干擾的新通信頻率集內進行跳頻通信，從而實現抗干擾躲避的效果。若將實時頻率自適應與空閑信道搜索兩種跳頻技術相結合，則可在無線通信前通過空閑信道搜索跳頻技術選出最佳通信頻率集保證通信質量，受干擾后通過實時頻率自適應跳頻技術切換頻點繼續跳頻方式工作，從而實現更好的抗阻塞式干擾的目的。

3.2 擴頻式抗干擾技術分析

直接序列擴頻技術是在發射端將信號頻譜利用擴頻碼序列在頻率域擴寬，降低通信信號的功率譜，使通信信號淹沒在噪聲中，從而達到使對方對抗設備難以檢測通信信號而實現其抗干擾和隱蔽的目的，最后在接收端對接收信號使用相同的擴頻碼序列進行解擴，還原出發射的信號[8]。直接序列擴頻系統的發射部分如圖1（a）所示，接收部分如圖1（b）所示。

圖1 直接序列擴頻系統

在接收端對接收信號進行解擴處理前，接收信號的頻譜是擴寬了的，經與發射端相同的擴頻碼序列進行解擴處理后，有用信號被解擴，其功率譜集中于信號帶寬內，寬帶干擾信號通過相關器，其功率譜基本不變；由于解擴器后連接窄帶濾波器，保證有用信號能順利通過，對有用信號頻帶之外的各種干擾信號起到了很大的抑制作用，從而提高了輸出的信噪比。對于單頻或窄帶干擾，由于干擾信號與本地擴頻碼不相關，相關器能夠實現擴展頻譜的功能，干擾信號的功率譜就大大下降，只有落入信號帶寬部分的干擾分量才對信號有害，從而抑制了大部分干擾，有用信號卻能順利通過窄帶濾波器，因此提高了輸出的信噪比。

直接序列擴頻技術存在無線通信傳輸過程中占用頻帶太寬導致接收到的外部干擾信號增多和傳輸速率低等問題，相較而言，多進制直接序列擴頻技術具有較大優勢，主要是通過擴大正交擴頻序列集和增加信號空間中信號點的數量來提高進制數，是一種實現高效直接序列擴頻通信的有效技術手段[9]。這是機載無線通信系統需要加強應用研究的一個技術方向。

3.3 直接序列/跳頻混合擴頻抗干擾技術分析

直接序列/跳頻混合擴頻通信技術是中心頻率在某一頻帶內跳變的直接序列擴頻，綜合了直接序列擴頻技術抗多徑效應干擾和跳頻技術抗遠近效干擾的優點，多址能力強，具有良好的抗截獲能力，通信距離比單一擴頻方式遠，且對同頻段工作設備的干擾小[10]。此外，其處理增益等于直接序列擴頻系統處理增益和跳頻擴頻系統處理增益的和，因此抗干擾能力得到了顯著提高。

機載無線通信系統作為某型特種機任務系統的重要組成部分，要有可靠的抗干擾技術能力作為復雜環境下的通信保證，采用小型化、集成化以及模塊化來應對電磁兼容和深度集成的綜合需求。

4 結 論

既對機載無線通信系統已有的抗干擾技術進行總結，又對一些新技術的應用進行展望。現代信息化戰爭中，機載無線通信系統要根據實際面對的新的復雜環境中的干擾技術總結出新的抗干擾需求，以促進抗干擾技術的持續提高。面向未來以網絡為中心的信息化條件下聯合作戰和體系作戰能力建設為背景,需要持續加強機載無線通信系統自身的抗干擾技術研究和能力建設，保證以網絡為中心的空基信息系統具備體系作戰能力。