基于跳频和调制跳变提高潜艇隐蔽通信能力的思考

阳艳竹　黄锐　刘翠海

摘要：隐蔽通信是决定潜艇战斗力发挥的重要因素，而跳频通信则是保证我潜艇隐蔽通信的重要技术手段。现阶段，各军事强国对跳频信号的截获接收、识别技术已经比较成熟，为保证潜艇通信隐蔽安全，本文提出了跳频和调制跳变相结合的思想，并对该技术提高潜艇通信抗截获能力，保障潜艇通信信息安全的工作原理进行阐释。

关键词：跳频;调制跳变;潜艇隐蔽通信

中图分类号：TP391.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）03-0224-02

0 引言

一般认为，潜艇通信暴露指潜艇发信被截获、定位、破译，保证潜艇通信隐蔽性具有抗截获和抗破译两层含义[1]。跳频通信作为扩频通信的一种重要形式，是现阶段我潜艇广泛使用的一种抗截获通信方式。但随着通信技术的发展，各国对跳频信号的截获、识别理论上已经比较成熟，尤其是对中、低速跳频信号的图样跟踪、信号拼接、调制识别、信息获取已经成为可能，这对潜艇隐蔽通信构成极大威胁[2]。因此采用单一调制方式的跳频通信非常不利于潜艇隐蔽通信的信息安全。如果在跳频通信过程中采用跳变的调制方式，可在跳频图案被识别破译后，利用调制跳变保障信息安全，使敌无法进行调制识别和同步解调，減少潜艇通信暴露概率，提升隐蔽通信能力[4]。

1 目前潜艇隐蔽通信技术

在信息化海战中，潜艇作战指挥信息传递从简单的作战指令、情报向战场综合态势、实时战术情报和战场监视发展[7]，对潜艇的隐蔽通信提出了更高的要求。在潜艇隐蔽通信的研究中，信源加密和传输保密是保证通信安全的两大策略[5]，通常采用以下几种技术：

1.1 信道防护技术

为提高潜艇发射信号的抗截获信能，可采用扩频、猝发等技术体制[9]，降低信号功率谱密度、增加载频和射频信号发射时间的随机性，缩短信号的暴露时间，从而降低信号的截获概率。其中，扩频技术可分为直扩、跳频、跳时或几种技术的组合应用。

直扩通信即直接序列扩谱通信或伪噪声通信[10]，是用高速伪随机码调相而呈现宽带信号。在直扩通信过程中，由于信号能量分散，且信号电平低于背景噪声电平，信号被淹没在噪声之下，因而具有较强的隐蔽性。

跳频通信通过使用不同的载频来实现频谱的扩展，通过伪随机码的随机跳变来选择不同的信道[8]。因此跳频通信系统的保密性取决于跳频图案的伪随机性和跳频图案的密钥量。随机性越强、密钥量越大，通信隐蔽性越强。

跳时通信系统也是一种扩频通信系统，该系统常与直扩和跳频组合使用。

猝发通信则是采用尽可能高的发信速率，通过缩短信号暴露时间、实现潜艇快速隐蔽通信的重要技术手段。

1.2 信号加密技术

敌方在截获我方通信信号后，还需经过识别、破译才能获取信息内容。信号加密技术通常包括语音加密、数据加密、图像加密等技术。现阶段常用的语音加密技术为数字话音加密技术，主要采用非序列密码加密和分组密码加密。序列加密算法可用于数据加密和图像加密，此外图像加密还可采用图像扰乱等方法。在加密前还应尽量缩短信号信息量，变“报文”为“信号”，减少发信时间。

1.3 分集接收、点波束技术

潜艇信号发射波束要集中，并应定时定向发射进入指定区域，从而缩小信号被侦察截获的范围。再者，由于扩频猝发通信信号比窄带弱，还需采取时分多址、空分多址等分集接收技术提高扩频猝发通信接收的可靠性。

2 调制跳变技术抗截获原理

在实际通信过程中，如果我潜艇只采用一种固定的数字调制方法，可使敌方在长期侦测后获取同一调制方式下的大量时间连续、调制连续的观测样本，形成数据库。为有效防止敌方利用这些观测样本进行调制识别，就需采用调制跳变技术。

所谓调制跳变就是在信道条件允许的条件下，利用多种调制技术随机跳变的方式对发送信号进行调制的一项技术[6]。利用调制跳变技术传输数据的过程中，数字基带调制方式按伪随机方式进行跳变，接收方再按约定的调制方式对接收数据进行解调。现有的调制识别技术主要针对某一种或某几种调制方式进行识别，在敌方掌握我大量调制观测样本后，识别正确率就很高。尤其在我跳频图案也被截获破译后，潜艇通信隐蔽性便无从谈起。此时，若调制方式由固定的一种或几种变成跳变时，敌方现有的调制识别机制就会失效[11-12]。将跳频通信技术和调制跳变技术相结合，就是为了使通信信道中的信号特征更具随机性，使得敌方面临解跳和调制识别的双重难题。因此，将跳频通信技术与调制跳变技术结合起来，可增加敌方识别调制方式和破译传输信息难度，对提高潜艇通信抗截获、抗破译能力具有积极意义。

调制跳变技术实现和应用过程中的关键技术是收发双发的同步，最主要的就是调制跳变图案同步。调制跳变图案实质就是多元跳变序列控制调制信号幅度、频率、相位等跳变参数，使接收端无法通过单一调制方式进行调制识别。调制跳变图案同步分为捕获阶段和保持阶段，捕获性能直接决定同步性能。

3 调制跳变技术国内外研究现状

目前，国内外对于调制跳变技术的研究都处于起步阶段，有关于调制跳变技术研究的论文也不多见，理论空白较大。国外可查的文献中主要是利用自适应调制来提高通信系统的适应性，国内目前有川大的高勇教授在进行有关跳频通信调制跳变的相关研究和吉大马卓教授的调制跳变算法的研究。

4 结语

在潜艇通信过程中，良好的抗截获、抗破译能力是保证潜艇隐蔽通信的一个关键问题[3]。随着各国信号截获技术的提高，单纯利用提高跳频速率来提升潜艇通信的抗截获性能已不能满足系统要求。因此利用将跳频通信与调制跳变相结合的新技术来提升潜艇的隐蔽通信能力的具有广阔的研究前景。但在整个通信系统中，调制跳变技术对潜艇抗截获性能的改善是以提升系统设计复杂性为代价的，且调制跳变作为一项新生技术，还有很多匹配技术，如同步技术需要进一步完善，因此该技术从理论分析到定量研究再到实际应用于潜艇作战还存在相当大的差距。

参考文献

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Thoughts on Improving the Concealment Communication Capability of Submarine Based on Frequency Hopping and Modulation Hopping

YANG Yan-zhu，HUANG Rui，LIU Cui-hai

（PLA Navy Submarine Academy，Qingdao Shandong  266100）

Abstract：Concealment communication is an important factor to determine the effectiveness of submarines. And frequency hopping is an important measure to guarantee the concealment communication of submarine. At present， the technology of frequency hopping interception， reception and recognition by various military powers is quite mature. In order to guarantee the safety of submarine communication， this paper puts forward the idea of combining frequency hopping and modulation hopping to improve the concealment communication of submarine.

Key words：frequency hopping;modulation hopping;submarine concealment communication