军事智能抗干扰无线通信发展要求及分析

郭 锐，闫建峰，梁 亮

(中国舰船研究院，北京 100192)

军事智能抗干扰无线通信发展要求及分析

郭 锐，闫建峰，梁 亮

(中国舰船研究院，北京 100192)

探讨了未来军事无线通信干扰手段的发展趋势和抗干扰无线通信发展的要求。提出了智能抗干扰无线通信系统应具备的基本能力，并对实现过程进行了详细描述和分析，在使无线频谱资源最优化动态利用的同时，为军事抗干扰无线通信提供了一个可选择的技术参考途径。

抗干扰通信;动态频谱感知;智能决策

0 引言

军事通信系统是现代和未来战争指挥控制的重要神经系统，无线通信是战争中敌方首要攻击、破坏的目标。“制电磁频谱权”已成为现代战争中敌我双方除海、陆、空、天外争夺的第五维战场空间。在以信息作战和网络作战为特征的现代战争中，围绕电磁频谱的争夺和对抗成为战争中夺取的重要制高点。要使作战单元在任何地点、任何时间获取可靠信息，发挥最大的战斗效能，军事通信系统必须具有顽强的生存能力，主要表现在抗干扰、反侦察、抗毁、机动和保密等5个方面。在面向信息对抗和网络中心战的战场环境下，军事通信抗干扰已经成为信息化作战关注的焦点和难点问题［1］。

因此，在未来的战场上要保证战场通信，必须要发展新的智能化的抗干扰通信技术来应对敌方的各种干扰手段，要求通信系统的干扰感知与通信抗干扰一体化设计，这样才能保证通信抗干扰具有针对性和实时性［2－3］。战场的无线抗干扰通信技术要求在战场环境下，能实时侦查、识别出战场环境下的干扰体制或方法，以便选择最佳的通信方式与之对抗，保证通信的连续性。

1 未来无线通信干扰手段的发展趋势

目前，军事通信干扰技术正朝着以下几个方向发展:综合化、一体化、智能化通信对抗条件下的通信干扰技术;远程大功率干扰技术不断应用;分布式网络化干扰技术成为发展重点;干扰领域向多维对抗的方向发展;通信对抗盲侦察、盲干扰技术不断得到应用。

在传统电子战中，一旦通信方的自适应无线通信系统针对有意或无意的干扰做出了信号调整后，干扰方的一般做法是先记录下新的信号，然后送回实验室分析，再进行干扰决策与实施，由于处理周期较长，干扰识别和干扰施加的实时性很难保证，干扰的效能也很难估计。

但在未来电子战中，干扰设备是集信号侦查与识别、通信信号的特征描述、干扰效果的评估、干扰指挥与显示的一体化设计，使得干扰设备具备更强的侦查能力。这种自适应电子战的行为学习能力将使电子战设备能在战场上实时地自行检测、分析、识别敌方新的通信信号，而后对他们进行高效的干扰，并评估射频干扰效果。通过这一能力，可有效对付敌方先进通信设备的抗干扰手段，从而确保己方对敌方通信进行持续干扰。基本工作过程如图1所示。

图1 自适应电子战的行为学习过程Fig.1 The behavior study process of adaptive electronic warfare

干扰系统通过前端高性能的宽带接收机，可以快速识别工作频段的所有已知和未知非协作信号，对已知的非协作信号进行快速检测和特征描述，并与历史数据库对比，快速做出干扰反应;对未知的非协作信号，首先进行特征分析与描述，传送至指挥与显示中心，采用人工与机器自动识别相结合的方式进行判别，并在最短的时间内根据信号的特征启动最有效的干扰方式，同时系统会通过反复分析、迭代，最终把未知的非协作信号的基本特征提取出来变成已知的非协作信号，存入历史数据库，该类信号再次出现时，干扰系统能快速做出反应。

在未来这种具有自适应电子战的行为学习能力的干扰方式下，传统的抗干扰通信体制已经很难达到抗侦查、抗干扰的目的。

2 未来抗干扰无线通信的发展要求

通信对抗中的通信一方努力避开干扰频段重新寻找可用频谱资源，而本已紧张的频谱资源，加上敌方干扰的宽带化、大功率化、多样化、智能化的发展，使得为对抗干扰而寻找新的可用频谱资源的努力受到极大限制。为达到更好的通信抗干扰效果，需要更大的频谱变化范围和更宽的工作带宽，而频谱资源紧张和使用不均衡造成常常出现已无可跳、可扩频段的情况。传统的抗干扰通信的体制缺陷日益突出，已成为制约信息对抗领域通信方发展的瓶颈之一。

目前的抗干扰通信多基于固定频谱通信，固定频谱通信体制由于通信过程中心频率(或频率集)固定不变或变化不大，频谱会表现出重复性规律，给侦察提供了大量固定的信号特征信息，也给侦察以充分的处理时间，便于存储和建立信号特征数据库，在战时对出现该类信号能被快速判别和进行干扰和破坏。

为对抗敌方的侦查与干扰，通常采用自适应无线通信方式是一个很好的选择。自适应无线通信系统能自动进行信号调整，以对付有意或无意的干扰。但传统的自适应无线通信由于其自适应调节的参数状态有限，再加上工作时对外部的频谱或其他干扰特征的实时感知能力有限，因此表现出的抗干扰能力也非常有限。

智能自适应无线电是无线通信系统发展的必然趋势，可根据环境变化自适应调整的系统的工作参数，包括频率、瞬时带宽、调制方式、纠错编码、补偿策略、系统定时、数据速率、发射功率、滤波特性等［4］，所有的这些智能自适应特性都必须建立在强大的环境感知能力与智能的决策能力基础上。

未来战争是体系对体系的对抗，如何在电磁对抗中取得优势是决定未来战争胜负的首要因素。要在战场复杂多变的电磁环境下获得现代战争的信息制高点，必须通过实时感知干扰和己方工作频谱的动态变化情况，认知干扰和频谱空洞特征，通过智能推理与决策，自主选择频谱并动态重构各类调制波形，适应电磁环境的动态变化，实现高效、可靠的抗干扰通信。只有充分利用频域、空域、时域及能量域抗干扰空间，自动适应和对抗敌方不断发展的侦察和干扰手段，才能最大限度发挥无线通信装备与网络体系作战效能。智能抗干扰通信系统的基本构成如图2所示。

1)宽带接收机

宽带接收机是智能抗干扰通信系统最重要的前端设备之一，要求频带宽，灵敏度高，分辨率高，是对无线电通信电磁环境感知的基础设备，通过它能实时监测电磁频谱态势的快速变化，通过时、频、空多维感知，为系统进行实时的电磁频谱环境分析提供动态输入。

图2 智能抗干扰无线通信系统基本构成Fig.2 The structure of intelligent anti-interference wireless communications system

2)频谱检测与特征描述

根据宽带接收机输入的多维电磁频谱环境数据信息，对监视频段内的相关电磁环境参量进行描述和分类，如背景噪声幅度、稳定性、时效性、干扰温度、典型干扰信号、非典型干扰信号等［5－9］。建立各种背景噪声、信号的特征数据库，为下一阶段的频谱、干扰分析提供输入。

3)动态共享频谱池

高效的动态频谱分配是智能抗干扰无线通信系统的必然要求，动态频谱分配和频谱共享技术都能显著提高频谱利用率，也是提高频谱利用率的根本方法［10－11］。但动态频谱分配方式需要改变现有频谱分配总体结构，对频谱管理、网络结构、通信终端等方面要求改动较大，实现难度较大;而频谱共享技术在不改变现有频谱分配总体机构下，通过无线电频谱共享方式来提高频谱利用率，实现难度相对动态频谱分配更小一些。根据各类无线通信系统在时间、频率、空间上对频率资源利用的不均衡，采用共享方式充分利用未得到利用的频谱资源。

具体实现过程是通过频谱检测与特征描述提供的背景噪声、信号数据库信息，结合频率预测、干扰信号预测、信道预测(探测)和具体的频率优选策略建立共享频谱池，而且频谱池能动态的随频谱环境的变化而实时更新，为动态频谱介入提供优等频率资源。

4)干扰模式与频谱预测

未来战场的无线抗干扰通信技术要求在战场环境下，能实时侦查、识别出干扰体制或方法，以便选择最佳的通信方式与之对抗。确定噪声门限及干扰门限，进行干扰情况下的频谱空洞预测，为链路控制层及介质访问控制层实时提供可用信道资源;通过干扰模式的侦查、识别，为频谱空洞智能化选择及综合智能抗干扰策略提供决策依据。

5)波形库

建立适合多种信道条件的完备波形库，供智能决策库选择，以适应复杂的战场电磁频谱环境。

6)信道探测/预测

信道探测需要与实际通信过程相结合，通过探测可实时掌握实际工作信道的信道特性、通信性能，同时对当前信道特性、通信指标进行存储记录，并建立信道特性数据库。通过历史信道特征库对信道特性进行有限时间内的准实时预测，为最优信道的选取和与之相匹配波形的选择提供基础参数。

7)智能决策库

智能决策库是智能抗干扰无线通信系统的核心，通过智能的综合、推理和决策，自主地从“动态共享频谱池”选择适合当前信道特性的工作频率和与之相匹配的通信波形，并调整本系统的工作方式与参数进行重构，从而达到快速适应电磁频谱环境的变化，有效、连续传输信息的目的。

8)通信效果评估与分析

对实际通信过程的通信效果进行评估，建立通信效果评估等级，估计必要的系统参数，为智能决策库提供反馈信息，以便进行更精确的参数调整。通信效果评估与分析结果也可以直接输出至控制与显示模块，为系统的使用者或决策者提供参考。

9)控制和显示

为智能抗干扰无线通信系统提供输入、输出。系统的使用者或决策者可以通过控制功能对系统本身的决策库进行干预，调整决策策略。通过显示功能为使用者提供系统频谱态势、通信效果、通信指标等具体参考信息。

10)自适应控制器

自适应控制器是智能抗干扰通信系统执行控制中心，它需要综合智能决策库、通信效果评估与分析、控制和显示等输入信息，启动相应的外围设备开始相应的通信功能。

各模块协调工作，构成了完整的智能抗干扰无线通信系统，该系统可随通信干扰技术和手段的发展以及系统本身相关设备性能指标的提高而不断的优化、完备，从而达到有效对抗各种新式干扰的目的。

3 结语

未来的智能抗干扰无线通信系统可实时感知判断战场环境的频谱态势，对频谱环境的变化快速做出反应，使通信能实时利用最优的频谱资源和最佳匹配波形，最大程度上保证通信过程的持续性。这种集频谱态势感知、频谱管理、智能决策一体的通信手段，在最优化利用频谱资源的同时也达到了智能抗干扰通信的目的。

［1］陆建勋.抗干扰高频通信系统若干问题的探讨［J］.现代军事通信，2002，(1).

［2］陆建勋.短波自适应通信新体制原理探讨［J］.舰船无线通信，1982，(3).

［3］韩玉辉.电子战环境下的抗干扰通信系统［J］.无线电工程，1997，(1):7 －10.

［4］［美］FETTE B A，等.认知无线电技术［M］.赵知劲，郑仕链，尚俊娜，译.北京:科学出版社，2008.

［5］OPPENHEIM A V，SCHAFER R W.Discrete-time signal processing，2nd ed［R］.Prentice-Hall，Upper Saddle River，New Jersey，1998.

［6］STEVENS E E. The CHEC sounding systems， in ionospheric radio communication［R］.New York:Plenum，1968:359－369.

［7］CURTS phase II，automatic frequency selection system signal processing，application and evaluation［R］.Final Rep.，SRI Project 5757，Contr.DCA-100-66-C-0075，1967.

［8］McLARNON B D.Real-timechannelevaluationinan automatic HF radiotelephone system［J］.in Proc.IEE 2nd Conf.HF Commun.Syst.Tech.，1982，(2):46 －50.

［9］PAUL H D，PERL J.Real-time frequency.management system for HFcommunication networks［P］.US，1983.

［10］DARPA X G program［EB/OL］， http://www. darpa.mil/ato/program/xg/.

［11］TABAKOVIC Z，GRGIC S，et al.Dynamic spectrum access in cognitive radio［A］.51stinternational Symposium ELMAR －2009［C］，Zadar.Croatia，2009，9:28 －30.

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

国家自然科学基金重点资助项目(60832006)

郭锐(1977－)，男，硕士，工程师，主要从事无线通信领域研究。