基于通信对抗手段的反无线电控制简易爆炸装置电子主动防护技术研究*

邱建彪，蒋庐俊，崔 旭

（中国电子科技集团公司第三十研究所，四川 成都 610041)

0 引言

简易爆炸装置（Improvised Explosive Device，IED）[1-4]，又称土制炸弹、路边炸弹，泛指任何利用现有或临时制造的材料所制成的炸弹。IED 系统成本低、制作简单、原材料容易取得，且易于伪装、不易侦测，具有战术奇袭性以及战略影响性。这些特征使IED 在军事上得到广泛应用。地区武装分子常因资源缺乏而使用IED 作为对抗军队的非对称作战武器，严重威胁战区军人、作战平台的安全。此外，恐怖分子也大量使用IED 发动袭击，严重威胁到政府相关执法人员以及普通百姓的生命和财产安全。

1 军事需求

IED 有多种类型，比如定时IED、受害者操作IED、线控引爆IED、触发式IED、无线电控制IED 等，其中最重要、占据比例最大、危害最大的是无线电控制引爆的IED（Radio Controlled IED，RCIED）。无线电控制引爆可以使敌人从远距离观察而没有任何危险，导致IED 威胁更加复杂化和扩散化，且已构成战略问题。

RCIED 在战争中作用和效果已凸显。在长达九年的伊拉克战争中，越来越多的RCIED 给战场的美军带来致命威胁，使无数士兵面临生命危险，造成的人员伤亡超过了其他任何形式的攻击[5-7]，据统计。2007 年处于IED 袭击高峰期，在伊拉克战争中，每月有超过1 000 次IED 袭击，造成的人员伤亡占战争伤亡总数的70%以上。这些IED 中，通过蜂窝电话引爆的几乎占80%[8]。

当前，RCIED 已经成为城市作战条件下对作战部队的主要威胁之一，且已成为敌方袭击地面部队的杀手锏武器。

对我国而言，在我国周边和境内都存在不安定因素，面临爆炸恐怖活动的现实威胁。恐怖分子有可能将IED 用作恐怖武器，通过制造伤亡来挑衅我国部队及政府部门，因此亟需相关研究来保障生命和财产安全。

2 国外相关装备技术发展现状

为了抵抗IED 所带来的威胁，各国采取了大量的措施，并且研制了多种相关装备。其中，由于阿富汗、伊拉克战场的巨大需求，美国的相关研发投入最大且技术实力最强[9-10]。2006 年，美国国防部正式成立了联合IED 对抗组织（Joint IED Defeat Organization，JIEDDO），领导相关机构研究和评估各种对抗措施。JIEDDO 自成立以来已获得近160 亿美元资金[11]。

2.1 国外反RCIED 装备

抵抗IED 的有效办法是干扰无线控制IED[12]。目前，全球许多电子系统研发公司纷纷研制出以射频电子干扰机为主体来干扰压制IED 遥控引爆信号的电子战系统[13]。

2.1.1 美国“交响乐”反RCIED 系统

美国研制的“交响乐”反RCIED 系统能够同时干扰预置信号和其他多种信号，从而避免遥控引爆爆炸装置。而且能有效避免与盟军部队通信和电子战系统的互扰，并能与盟军使用的其他干扰机协同操作。

2.1.2 美国智能响应式多功能干扰机

美国研发的智能响应式多功能干扰机可实现电磁频谱分析，以此来对抗RCIED。该干扰机首先检测并分类有可能用于启动IED 的无线电信号，然后实时发射干扰信号，该干扰信号与敌方频段严格对准。此外，该干扰机采用先进的数字接收机和信号处理技术，响应时间可缩短到1 ms 以内，且具备一定的信号情报功能。

2.1.3 法国“影子”IED 干扰器

法国研发的“影子”（Shadow）干扰装置是一种新型智能信号干扰器。该干扰器基于独特的技术，可拦截、干扰和对抗各种遥控爆炸装置，包括使用宽带码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）协议控制的最新IED。它能识别敌方通信装置并监控无线电信号，还能根据探测到的各种威胁自动调整干扰波形。当系统探测到威胁目标时，它能自动发射干扰波形，并能根据环境条件自行改变信号发射模式。此外，该干扰器具有对遥控爆炸装置的信号处理能力，因此能更有效地使用射频频谱和射频功率。

2.2 反RCIED 未来技术发展趋势

通过研究国外现有的反RCIED 技术，总结出未来反RCIED 技术发展趋势如下文所述。

（1）非传统情报监视侦察（Intelligence Surveillance Reconnaissance，ISR）能力（如移动通信对抗）的应用与提高。越来越多的IED 采用移动通信手段进行控制引爆，蜂窝情报也显得越来越重要。因此，需要在传统的ISR 方式基础上增加主动的、有源的激活、阻断、选通、干扰等非传统ISR 方式，这是解决RCIED 问题的重要途径。

（2）提高反RCIED 系统与其他系统的兼容性与互操作性。战场上大量的干扰机使用，会带来严重的互扰问题；因此，解决系统间的互扰性，提高系统间的兼容性和互操作性是系统发展的必然趋势。

（3）多系统协同对抗。单个电子战系统具有自身的局限性，有效干扰范围及干扰效果十分有限，但如果多个电子系统间没有切实的协同机制，难以实现整体资源的充分利用。实现多系统联合协同对抗，能大大提高体系的对抗能力。

（4）反RCIED 设备朝着智能化、多功能化、低功耗化、干扰高针对性的方向发展。

3 国内外研究现状及与国外差距

3.1 国内研究现状

目前，国内对抗IED 方面尚处于起步阶段。我国虽已开展相关技术、装备研究，但基本以电子干扰压制为主要手段，未见针对性产品或定型装备报道。

技术层面上，目前有一些移动通信、无线网智能干扰技术的相关研究，但未能很好地结合反RCIED 的需求，没有针对反IED 开展研究[14]。

3.2 与国外主要差距

目前，国内在反IED 技术和装备上与国外的差距是比较突出的，主要体现在以下3 个方面。

（1）防护手段和装备单一。目前我国以提高装备防护能力为主要IED 对抗手段，辅以侦察探测、宽带干扰等其他手段，但缺乏通信对抗手段的应用，电子主动防护装备未形成。

（2）国内电子反制手段单一。缺乏针对性电子反制技术研究，以较大功率的宽带干扰为主的宽带干扰机带来了严重的互扰问题，影响己方平台通信侦察等电子装备的使用。

（3）反制手段未与作战使用相结合。现有反制手段使用方式大多会影响用户的机动程序，且影响使用流程。

4 以通信对抗手段为基础的反RCIED 电子主动防护技术

RCIED 一般通过相对简单的、现成的、低技术含量的无线电技术进行遥控引爆，如移动通信、无线局域网、紫蜂协议（ZigBee Protocol）、车库门开启器、模型玩具无线电遥控设备（模型飞机、模型船只、模型汽车等）、通用遥控设备等。除移动通信外，基本上使用工业科学医疗（Industrial Scientific Medical Band，ISM）频段。其中，移动通信和ISM 频段遥控通信是RCIED 的无线电控制系统主要使用的两种通信手段。为解决我国面临的RCIED 威胁防护问题，本文分析这两种通信手段的特性，提出两种基于通信网络对抗的电子主动防护技术：

（1）针对基于移动通信控制IED 的电子主动防护技术；

（2）针对基于ISM 频段RCIED 的电子主动防护技术。

电子主动防护技术能有效解决RCIED 威胁，它可在目标区域内探测并识别威胁信号，并只对可疑信号实施干扰。该技术具有功率需求较小、干扰攻击的针对性高、对平台其他通信侦察电子设备干扰相对较小、对作战的电磁隐身特性伤害相对较小的特点，且防护装备可以与作战装备集成，在装备进行战术机动过程中不必中途停顿，从而不影响平台的战术使用流程和作战能力。

4.1 对基于移动通信控制IED 的电子主动防护技术

4.1.1 基于移动通信控制IED 特征及其防护难点

基于移动通信控制的IED，通常只需要一条短信就可以令接收端的手机电路产生足够大的电流来引爆IED，而且可远程跨区域遥控，因此难以发现遥控者；然而，传统全频段大功率干扰手段存在功率大、效率低以及会对车内作战通信产生干扰等问题。

4.1.2 基于移动通信控制IED 电子主动防护技术功能目标

对基于移动通信控制IED的电子主动防护技术，主要解决屏蔽、定位和主动引爆IED3 个方面问题。

（1）屏蔽IED 引爆终端：是指阻断遥控端与IED 引爆终端之间的通信，进而可阻止或延迟IED引爆。

（2）定位IED 引爆终端：是指在有效作用范围内定位可疑IED 引爆终端。

（3）主动引爆IED：是指在特定要求下，对IED 引爆终端发送特定指令，主动引发IED 爆炸，彻底消除基于移动通信控制的IED 威胁。

4.1.3 基于移动通信控制IED 电子主动防护技术原理

基于移动通信信号管控的主动防护技术可以获取遥控者国际移动用户识别码（International Mobile Subscriber Identification Number，IMSI）等号码，其管控功率小、效率高且具有黑白名单功能。具体地，能够针对全球移动通信系统（Global System for Mobile Commnunication，GSM）、CDMA、宽带码分多址（Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA）、时分同步码分多址（Time Division-Synchronoous Code Division Multiple Access，TDSCDMA）等主流移动通信技术体制实现移动终端屏蔽与分选、移动终端号码采集、移动业务监控。该技术的工作过程如图1 所示。

图1 移动通信控制IED 智能反制工作过程

具体的技术过程与原理如下文所述。

（1）移动终端屏蔽与分选

根据移动台辅助越区切换的原理，移动通信网络要求移动终端测量其周围基站信号并把结果报告给旧基站，移动通信网根据测试结果决定何时进行越区切换以及切换到哪一个基站。

在主动防护系统中，移动通信控制IED 智能反制模块利用主控服务器构建广播控制信道（Broadcast Control Channel，BCCH）信息并控制GSM 基站收发信台进行无线信号发射，虚拟出移动通信公网基站小区。区域内的GSM 移动用户监测到虚拟小区后，通过计算和比较，若虚拟信号的小区在信号强度、网络类型等方面都满足要求，用户会在虚拟小区内进行注册。从而实现对区域内移动用户的吸附，达到对区域内移动用户屏蔽的效果。同时，主控服务器通过控制用户的注册过程，完成用户分选。

（2）移动终端号码采集

利用GSM 移动通信用户身份单向鉴权的薄弱点，提出基于呼叫代理的手机号码采集技术，如图2 所示。在对区域内移动用户吸附过程中，为获取移动用户身份信息，先通过代理模块向公网发起注册，然后向某一指定手机模块发起语音呼叫，最后公网将该移动用户号码发送给指定的手机模块，从该模块中提取出用户信息。

图2 基于呼叫代理的号码采集技术流程

（3）移动通信业务监控

业务监控设备以中间人的身份在用户和公网之间双向交换信息，业务监控系统一般由虚拟基站、服务器和代理终端组成，如图3 所示。

图3 业务监控系统组成

虚拟基站模拟真实基站进行发射，建立“伪”移动蜂窝小区。当用户监测到小区存在并且信号强度和网络类型等都符合接入条件的情况下，会选择“虚拟小区”驻留。驻留在虚拟小区内的移动用户所有的业务发起都经由虚拟基站转接。代理终端同时以移动用户身份在公网进行注册，注册成功后，用户和网络之间的通信内容完全可以被服务器截获，实现监控。主动防护系统虚拟基站发射的信号和协议与公网基站发射的信号和协议在体制上相同，主动式监控在实施上具有隐 蔽性。

4.2 基于ISM 频段RCIED 电子主动防护技术

4.2.1 基于ISM 频段RCIED 特征及防护难点

RCIED 通过遥控设备发出的无线电信号激活装在IED 上的接收机，引爆上面的雷管或引信，它具有以下特点：ISM 频段各国规划不一致，频段覆盖宽，并且更换频段成本低、难度小；基于ISM 无线控制IED 采用点对点的遥控模式，遥控信号脉冲持续时间短，具有猝发通信特征，起爆时间短，有些还采用编码方式；基于ISM 频段遥控的IED 遥控设备发射功率小，根据国际电联无线电通信部门（International Tecommunication Union-Radiocommunication Sector，ITU-R）规定，一般功率小于1 W，侦察设备侦察困难。

4.2.2 基于ISM 频段RCIED 电子主动防护技术功能目标

基于ISM 频段RCIED 的电子主动防护技术主要实现快速引导和自主干扰的目的。快速引导是在快速侦察的基础上，快速估计出工作频段、带宽、干扰时机等参数，进而实施自主干扰，阻断ISM 无线控制IED 的通信链路，阻止或延迟IED 引爆。干扰信号在时域、频域、空域和信号域上有高度的对准性，所需干扰信号能量较小、针对性强、对其他通信侦察设备影响小[15]。

4.2.3 基于ISM 频段RCIED 电子主动防护技术原理

利用目标ISM 频段遥控信号、链路的多层次特征快速智能匹配，识别分选威胁目标，并在频率、时间上对反制/干扰信号进行精确引导，实现快速侦察、精确反制等功能。其工作过程如下所述。

（1）RCIED 信号快速捕获

利用RCIED 信号的时频特征，采用频谱智能匹配方法，对自身的频谱进行学习，形成白色频谱模型。监测过程中一旦出现异常信号即进行捕获，后继可进行识别，也可直接引导干扰。

（2）链路同步特征引导

分析RCIED 通信信号、链路的同步特征，通过同步特征快速识别威胁信号。此外，利用该特征，可以采用以下两种途径进行反制干扰：

①利用同步特征引导干扰信号，对指令消息段信号进行脉冲式精确干扰，导致遥控指令破坏；

②伪造虚假同步信号，导致IED 接收系统产生虚假同步，占用处理资源，导致无暇接收真实指令。

为了提高反制设备的干扰效率，主要采用脉冲干扰的方式对RCIED 信号实施干扰，节约能量，降低功耗。为保证干扰脉冲对目标信号具备准确的覆盖性，这要求干扰引导定时信息相对精确，时间引导精度要小于信号传输延时等级（ms 级）。

4.3 RCIED 电子主动防护系统特点

RCIED 电子主动防护系统采用的技术体制与传统反RCIED 干扰机电子战系统的大功率阻塞式干扰技术不同，具有以下特点。

对于移动通信控制IED，通过移动通信管控手段来阻断IED 控制链路所需求的功率较小、效费比高，与公网基站发射的信号和协议在体制上相同，主动式监控在实施上具有隐蔽性。此外，该系统具备通信选通、业务推送、业务监控、号码采集等功能，可以支援情报分析、侦察定位、排爆反恐工作。对ISM 频段遥控IED 采用快速精确反制技术，只对可疑信号实施干扰。干扰信号在时域、频域、空域和信号域上有高度的对准性，所需干扰信号能量较小，针对性强。本文提出的两种RCIED 遥控信号阻断方式对车载其他通信电子设备影响相对较小，而传统大功率阻塞式干扰机最大的问题就是功率需求大且互扰问题严重。

系统可采用小型化、模块化设计思想。根据载体平台、对抗需求及能力、RCIED 类型的不同进行功能模块分割，按作战能力需求可以灵活选配各模块，迅速集成便携、车载，甚至机载等设备，使用方式灵活。例如，在使用车载平台及单兵背负装备时，只需要对平台一定范围内的移动终端进行吸附管控，屏蔽其通信，并阻断所有ISM 频段遥控通信，阻断其引信链路，从而阻断或延缓引爆。此外，可采用黑箱子操作方式，无需设操作手，在装备平台进行战术机动过程中不必中途停顿，不影响平台的战术使用流程和作战能力。而能力更全面的装备车则可用于编队方式比较规整、编队区域边界比较固定、部队编队机动的防护情形，如大规模编队长途机动防护。

5 结语

为了保护我国战士、平民安全，兼顾未来我国反恐、维和的需求，本文利用电磁网络空间对抗技术，有针对性地开展了IED 主动防护系统及技术研究。本文提出了基于移动通信控制IED 电子主动防护技术以及基于ISM 频段RC 简易爆炸装置电子主动防护技术这两种以通信对抗手段为基础的电子主动防护思路。这两种防护思路是对抗IED 威胁的有效途径，具有重要军事意义。