舰艇短波通信抗干扰分析

马 迁

(海军大连舰艇学院，大连 116018)



舰艇短波通信抗干扰分析

马 迁

(海军大连舰艇学院，大连 116018)

简述了水面舰艇短波通信面临的问题,在分析干扰样式的基础上研究了短波通信抗干扰模型，并提出了抗干扰对策。对增强短波通信抗干扰能力，确保舰艇通信畅通具有重要意义。

舰艇通信；短波通信；抗干扰

0 引 言

作为海军通信的主要手段，短波通信被广泛用于海军舰艇的中远距离通信，以实现语音、数据等通信业务。随着电子技术的不断发展，海上通信对抗日趋激烈，舰艇短波通信面临着越来越严重的威胁。因此，加强短波通信抗干扰问题的研究，确保海上舰艇编队作战通信畅通，对打赢信息条件下的海上战争具有重要意义。

1 海上舰艇短波通信面临问题

随着军事通信地位的不断提升，现代军事强国都十分重视通信侦察与干扰技术，通信对抗系统的发展体现在以下几个方面：(1)通信侦察范围大,灵敏度高；(2)干扰样式多，能力强，具备多目标干扰能力；(3)侦察、测向、干扰融为一体；(4)对抗平台多样化。

在实际作战情况下，海上舰艇短波通信面临的威胁主要来自敌方岸基航空兵电子战部队、舰载航空兵电子战部队以及舰艇电子战部门。从目前美军装备的机载通信对抗设备看，通信侦察接收机的灵敏度一般在-80～-110 dBmW，能接收多种方式的通信信号；通信测向精度达1°均方根值，测向时间最短为20 ms，灵敏度一般为0.5～1 μV；通信干扰系统的频率范围一般在1.5～230 MHz，干扰功率可达8～10 kW。与机载装备相比，舰载电子对抗装备性能相对落后。

不难看出，舰艇短波频段完全暴露在通信对抗系统的侦察与干扰范围内，通信系统面临着严重的挑战。因此，必须采取抗干扰技术手段，灵活运用抗干扰战术措施，确保舰艇短波通信联络畅通。

2 舰艇短波模拟通信抗干扰模型

2.1 短波通信干扰及作战样式

海军作战指挥通信中，短波通信主要以语音和数据通信业务为主。而单边带通信由于具有节约频谱、功率及抗干扰能力强等良好特性，被广泛用于短波通信中。因此，本文主要分析短波单边带语音和二进制频移键控(2FSK)数字通信抗干扰问题。

2.2 短波通信干扰模型

对通信系统受干扰程度进行效能分析，语音信号主要考虑相应的语音清晰度和可懂度D，数字信号主要考虑相应的差错率和误码率Pe，用其表示语音通信受干扰等级如下：

D≤0.5或0.2≤Pe时，受到强烈干扰，干扰等级为三级；

0.5

0.7

0.9

对单音节词的语音清晰度有：

D=1-exp[-0.017 41·(ρ0+12)1.602 4]

(1)

以2FSK系统为例，当采用最佳非相干解调时，误码率为:

(2)

式中:ρ0=10lgρ0，为通信接收机输出端信噪比。

对单边带通信系统，其接收机输出的信噪比约等于输入功率的信噪比[1]，因此通过接收机输入端的信噪比求得接收机输出的信噪比。

由接收机输入端信噪比为:

(3)

式中:Psi，Pji分别为进入通信接收机的信号功率和干扰功率。

考虑到海上舰艇短波通信信号采用天波传输时，有:

(4)

对干扰信号传输，有:

(5)

式中：λ为通信信号波长；Rt为通信收发距离；Pt，Gt为通信发射机发射功率和增益；qrt为通信接收天线在发射方向上的增益；Pj，Gj为干扰机输出功率和增益；γj为干扰的极化损失；Rj为干扰机到通信接收机距离；qrj(θ)为通信接收天线在干扰方向上的增益；Brj为干扰功率进入通信接收机的百分比。

在干扰信号中心频率对准通信信号中心频率，有效频偏为fdl，有效调频指数mdl≫1，且通信接收机通频带宽为fb时，有：

(6)

由此可以得到：

(7)

3 短波通信抗干扰分析

对于短波鞭状接收天线，为计算方便，不考虑其方向性，即qrj(θ)=qrt；假设Pt=Pj，语音通频带取300～3 000 Hz；设Gt=Gj；fdl=800 Hz、fb=2 700 Hz时，Brj=0.499 7。

当取Rt=300 km时，设100 km≤Rj≤500 km，Rj与语音清晰度、可懂度D和误码率Pe的关系如图1所示。

图1 D和Pe与Rj的关系(Rt=300 km)

当取Rj=100 km时，设100 km≤Rt≤500 km，Rt与语音清晰度、可懂度D及误码率Pe的关系如图2所示。

图2 D和Pe与Rj的关系(Rt=100 km)

当取Pj=500 W，Rj=Rt时，Pt(100 W≤Pt≤1 000 W)与语音清晰度、可懂度D和误码率Pe的关系如图3所示。

图3 D和Pe与Pt的关系(Rj=Rt)

对于语音通信，当取Rj=0.5Rt时，fb(50 Hz≤fb≤3 000)与语音清晰度、可懂度D的关系如图4所示。

图4 D与fb的关系(Rj=Rt)

对于数字通信，主要考虑传输速率与信噪比之间的关系，可通过香农公式进行定性分析：

c=b·log2(1+S/N)

(8)

当频带宽度B一定时，信噪比S/N与理论最大传输速率C之间按对数关系变化，即当信道受到干扰信噪比变小时，理论最大传输速率也随之变小。

4 短波通信抗干扰对策

通信侦察是通信干扰的情报保障和支援手段，在平时和实施干扰前寻找并监视对方无线电信号，进行分析识别，获取技术情报，为实施干扰做准备；在实施干扰的过程中监视对方信号并检查干扰效果，引导干扰机进行干扰[2]。因此，在组织短波通信抗干扰时，可采取通信抗干扰技术和战术方法，综合运用通信防侦察和抗干扰措施，以增强舰艇短波通信系统的抗干扰能力。

4.1 采用通信抗干扰技术

4.1.1 扩频技术

扩频通信中最常用的2种为直接序列扩频(DS-SS)和跳频扩频(FH-SS)。

直接序列扩频通信是指在发射端用伪随机扩频码将待传输信息扩展为宽带信号进行传输，在接收端利用相应手段将其压缩恢复，从而获取传输信息的通信。由于接收机对DS-SS信号再次与原扩频伪随机序列进行波形相乘而还原出信息码序列，干扰信号则被接收机本地伪随机码波形相乘后而扩频，只有很小部分干扰信号能量能进入接收机中频窄带滤波器，绝大部分干扰能量被抑制掉了。DS-SS信号频谱密度很低，具有低截获、难侦收等优点。

跳频技术是军事通信抗干扰技术中应用最广泛最有效的措施之一，其原理是收发双方的载波频率随伪码的变化而同步跳变。跳频信号载波频率在很宽的频带内跳变，使干扰方难以跟瞄，但其瞬时带宽同定频一样。跳频通信跳频信号的频谱已被扩展，频谱密度很小，即使有部分频点被干扰，信号不会造成严重畸变，仍能在其他未被干扰的频点上进行正常的通信。

DS/FH混合扩频体制是目前应用较多的一种综合扩频技术。DS/FH能获得较大的处理增益，大大提高通信抗干扰能力；既发挥DS信号的低截获、高隐蔽性优点，又发挥了跳频的全部优点，克服了远近效应、多径效应、同台干扰等缺点。

4.1.2 猝发传输技术

猝发通信是首先将正常速率的信息存贮起来，然后在某瞬间以10～100倍或更高于正常速率的速度猝发；接收机则是将信息记录下来后，按正常速率恢复出原信号。猝发通信具有随机性和短暂性，是一种有效的抗干扰措施，主要分为两类：一类是同步数字信息猝发装置，它是直接将数字信息发送出去，具有高的数传速率；另一类是调制式数字信息猝发装置，发送时先将数字信号进行频移键控(FSK)调制，变成相应的2个或多个单音音频信号发送出去，这种装置数传速率较低，但结构简单。

4.1.3 自适应技术

(1) 自适应天线技术

由式(7)可知，增大qrt值可增强短波通信抗干扰能力。自适应调零天线是采用空间信号处理技术，通过控制相控阵天线单元的距离和天线电流的相位，使天线方向图的波瓣零点对准干扰方向，而使最大方向主波束对准接收信号方向，其本质是一种自动调节天线方向图的空间滤波器。所以，自适应天线具有很强的抗干扰能力，能有效对抗不同形式的干扰，如宽带干扰、窄带干扰、同频干扰、邻道干扰。

(2) 自适应功率控制技术

由式(7)可知，增大Pt值可增强短波通信抗干扰能力。功率自适应控制是根据干扰信号电平的高低来调整发射机的输出功率，使输出信号电平随干扰信号电平变化而变化，这样既节省信号功率，又能压制干扰信号，同时降低对友邻电台的干扰。

(3) 自适应信道选择技术

自适应信道选择技术同自适应跳频技术相类似，是实时监测信道特性和质量，及时准确地发现敌对方施放的电子干扰种类和特性，迅速采取相应的抗干扰措施；或者遇到干扰时，自动切换到最佳信道或次最佳信道上继续进行通信。

4.2 采取通信抗干扰战术

4.2.1 防敌通信侦察战术措施

(1) 无线电屏障

无线电通信屏障，就是利用自然干扰或已方通信干扰信号，使己方无线电信号靠近或隐藏在无线电噪声中，使敌难以有效实施通信侦察。

(2) 无线电佯动

组织无线电佯动，建立无线电佯动网，是反敌无线电通信侦察的重要措施[3]。例如，为保障我主要作战方向的主要无线电通信网(专)正常工作，可在次要方向设置佯动台，建立无线电佯动网；在敌容易捕捉到的频率上出现、频繁联络、发假电报、假信号，并适时改频，制造假象，迷惑牵制敌人。

(3) 无线电静默

分为单向静默和全面静默，即在规定的时间和空间内，禁止无线电台发信，通常结合无线电佯动，实现防敌通信侦察、隐蔽舰艇行动的目的。在实施无线电静默期间，可采用视觉手段达成近距离通信。

(4) 控制发射功率

由式(4)可知，在敌侦察接收机灵敏度一定的情况下，大功率信号传播距离远，容易被敌侦察、测定。因此，在不影响通信效果的前提下，应尽量减小发射机功率，防止敌方电子侦察。

(5) 缩短发信时间

应尽量减少报量、缩短报文，广泛采用无线电信号通信，简化联络手续、短呼叫、短勤务会话、短工作，减少电台开机数量和次数,采用快速通信设备快速传输信号；提高报务员技能，快速收发无线电报、电话，将带有信息内容的无线电波在空中暴露的时间减少到最低程度。

4.2.2 反敌通信干扰战术措施

(1) 驱离干扰平台

由图1可知，当敌干扰平台与我接收机距离增大时，干扰效果将明显变弱。因此可使用软硬结合的对抗方式，通过驱离敌干扰平台以增加干扰机与我接收机间距离，或直接摧毁敌方干扰平台，实现短波抗干扰通信，降低敌方通信干扰效果。

(2) 缩短收发距离

由图2可知，当我通信收发距离变小时，受干扰情况将明显减弱。因此，在满足作战要求的情况下，可通过调整舰艇阵位以缩短我通信发射机与接收机间距离，降低敌方对我实施的通信干扰程度，改善短波通信效果；如果满足通信时限要求，也可采取设置通信中继平台，间接缩短通信距离，通过转信方式达成短波抗干扰通信。

(3) 加大发信功率

由式(7)可知，增大通信发射功率可改善通信效果，降低通信干扰程度，但通过对图3的分析可知，其效果只是在一定范围内比较明显。同时还应注意到，采用大功率通信使我方电磁暴露的几率增大，易遭敌火力攻击。

(4) 优选工作方式

由图4可知，当敌采取阻塞干扰时，接收机通频带宽对语音可懂度的影响较大，当接收机带宽增加时，语音可懂度迅速下降。因此，在传输信息量要求不大的情况下，可改变工作方式，选择窄带通信模式以减小接收机通频带宽，降低敌方通信干扰效果。

(5) 合理调整速率

由式(8)可知，在接收机通频带宽一定的情况下，当短波信道受到干扰，信噪比下降。此时，可通过降低信息速率的方式，改善短波通信数据传输质量。

5 结束语

随着通信干扰技术的不断发展，为实现通信抗干扰目的，舰艇短波通信应充分发挥抗干扰装备优 势，同时灵活运用抗干扰战术措施，兼顾通信防侦察和抗干扰两个方面，确保舰艇短波通信联络畅通。

[1] 邵国培，曹志耀，何俊,等.电子对抗作战效能分析[M].北京:解放军出版社，1998.

[2] 王红星，曹建平.通信侦察与干扰技术[M].北京:国防工业出版社，2005.

[3] 张海勇.未来高技术战争海上联合编队通信网的保密措施[J].舰船电子工程，2000(3):45-47.

Analysis on Anti-jamming of Short Wave Communication in Warships

MA Qian

(Dalian Naval Academy,Dalian 116018，China)

This paper briefly describes the problems faced by short wave communication in surface warships,based on analyzing the jamming modes,studies the anti-jamming model of short wave communication,and puts forward the methods of anti-jamming,which is of important meaning for enhancing the anti-jamming capacity of short wave communication and keeping warship communication free.

warship communication;short wave communication;anti-jamming

2015-04-18

TN975

A

CN32-1413(2015)04-0021-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.04.006