跳频通信主要干扰模式及抗干扰方法研究

彭 巍，郝 威, 陈德志

(1. 海军工程大学，武汉 430033; 2. 91644部队, 广东汕头 515910)

0 引言

抗干扰通信作为未来高技术战争中通信对抗的重要手段，一直是世界各国军事通信领域发展的重点。目前抗干扰性能最好的是扩展频谱通信，在扩展频谱通信中，又分为直接序列(D S)、跳频(F H)、跳时(TH)和线性调频(Chirp)等4种基本方法[1]，其中跳频通信的抗干扰性能最为突出，本文将针对五种典型的干扰模式，着重对跳频通信系统展开抗干扰性能分析。

1 跳频通信系统主要干扰模式

一般说来，跳频通信面临的干扰威胁主要有人为干扰和自然干扰等，人为干扰又分为有意干扰和无意干扰。从干扰样式上划分，可以归为三种基本类型：一是阻塞干扰，二是跟踪干扰，其次是多频连续波干扰[2]。不同的装备形式和不同的使用环境，所面临的干扰威胁也是不尽相同的。

1.1 阻塞干扰

阻塞干扰指的是能够同时覆盖全部跳频通信频率或部分跳频通信频率的一种干扰方式，属于定频干扰，并不跟踪跳频通信频率的跳变。阻塞干扰带宽可宽可窄，在时域上可覆盖全部跳频通信信号。实际上，阻塞干扰是一种非相关干扰[3]，也就是说干扰载体信号特征与跳频通信系统载体信号特征不吻合或是不完全吻合。从定义上可知，只要干扰功率足够，无论是人为无意干扰还是工业干扰也都有可能对跳频通信造成阻塞干扰。

根据典型的实现途径，人为有意阻塞干扰可分为宽带阻塞干扰、部分频带阻塞干扰、梳状阻塞干扰等类型。

1.1.1 宽带阻塞干扰

宽带阻塞干扰的基本原理是先侦察所要干扰的系统的频段信息，再对跳频通信的全频段或较大频段进行无缝隙地固定或轮流功率压制干扰。

这种干扰方式的主要优点是不需要过多的对方系统先验知识，实现和使用都比较简单，并能获得较好的干扰效果。主要缺点是容易干扰到己方通信[4]，干扰功率集中，当总干扰功率一定时，干扰频段越宽，则落到每个通信频率上的干扰功率就越低，即:分配到每个可用频点上的干扰功率随着总频点数的增加而线性下降。

对于宽带阻塞干扰，要覆盖跳频通信网较大的频率范围或全部跳频通信频段，在这种方式下，一台或数量较少的干扰机很难保证干扰功率的要求，宽带阻塞干扰相当于提高了接收机热噪声电平。宽带阻塞干扰系统对通信侦查、识别、引导控制和响应速度的要求不高，但是，必须具有足够强的总干扰功率，付出比干扰定频通信更大的代价。其典型频域效果示意图如图1所示。

1.1.2 部分频带阻塞干扰

部分频带阻塞干扰的基本原理和宽带阻塞干扰是一致的，区别是只进行部分频带的集中干扰。扩频信号是宽带信号，在扩频通信所受到的干扰形式中，部分频带阻塞干扰可能更符合干扰的实际分布情况，宽带阻塞干扰要求很大的干扰功率，因此在运用上经常把整个频段分为几个较小的频段，采用部分频带阻塞干扰。

对于部分频带阻塞干扰，覆盖跳频通信的频率范围较小，干扰功率相对集中一些，其典型频率效果示意图如图2所示。

1.1.3 梳状阻塞干扰

梳状阻塞干扰在获得跳频通信频段信息的基础上，还要获得跳频通信频率表的频率间隔(即:频率跳变过程中的最小频率间隔)，然后按照该频率间隔，针对全部或部分通信频段进行固定或轮流的多频点窄带瞄准干扰，而不是采用无缝隙的频谱覆盖，同样在时域上覆盖跳频通信信号。从频谱上看，干扰信号是一排间断性的频带干扰，故叫做梳状干扰[5]。梳状干扰类似部分频带噪声干扰，对付跳频通信特别有效，并且易于产生。典型的梳状阻塞干扰频率效果示意图如图 3所示。

1.2 跟踪干扰

跟踪式干扰是在对通信信号进行快速截获、分选、分析的基础上，确定干扰对象，引导干扰机瞄准通信信号频率发射干扰的一种干扰方式，由于对跳频信号的截获、分选、分析和发射干扰信号需要一定的时间，所以跟踪式干扰只能对每跳信号的部分时间实现干扰，跟踪干扰示意图如图4所示。这种干扰方式对慢速跳频系统产生很大的威胁，当跳频速率很高时，由于每一跳的驻留时间很短，跟踪式干扰方式来不及跟踪跳频信号，也就无法对干扰目标实施干扰。因此，跳频速率越高，越能保护跳频通信系统不受跟踪式干扰机的干扰。

1.3 多频连续波干扰

所谓多频连续波干扰是指干扰方发送多个频率和相位不相同的连续正弦波进行干扰。设干扰方知道传输信号结构，但不知道跳频序列，将干扰功率J等分在k个频率上。干扰方的任务是选择干扰频率间隔使得比特差错率最大[6]。

2 抗干扰方法

2.1 抗宽带阻塞干扰方法

对付这种干扰可以采取以下措施:

1) 扩展跳频带宽

从宽带阻塞干扰的干扰特点上可以看出，扩展跳频带宽是提高跳频通信系统对抗该种干扰的有效手段。跳频带宽展宽，敌方干扰频带要相应增加，同时在保持干扰功率谱密度不变的条件下总的干扰功率也要相应提高，而跳频通信的功率并不需要增加。因此，跳频通信扩展跳频带宽，能够使干扰方的全频带干扰设备付出展宽干扰频带、提高干扰功率的双份代价，使干扰设备复杂化和体积、重量、能源供给的增加，使干扰方在技术、战术使用上产生更大困难和限制。

2) 功率对抗

采用功率对抗策略来抑制该种干扰，即采取硬抗手段。在使用中，无论是自适应调整功率还是人工调整功率，都必须遵循一条原则，即:在可以正常通信的条件下，发射功率越小越好，以便己方对敌形成低截获率信号。只有在遭到强干扰或由于通信距离太远造成信号场强太弱的情况下才加大发射功率，是不得以而为之。

2.2 抗部分频带阻塞干扰发法

从部分频带阻塞干扰的特点可以看出，它属于定频干扰，对付这种干扰可采用以下策略：

1) 空闲信道搜索技术

所谓空闲信道搜索技术，就是指在通信之前收端扫描发送端发来的约定频率探测信号，分析拟用通信信道中的各个频率质量，删除被干扰频率，将没有干扰或干扰情况较弱的频率组成跳频图案进行通信。这种措施是在通信之前对信道进行筛选，减轻了通信开始时的压力，但对通信过程中的干扰不能及时处理，相当于常规跳频通信，在干扰严重的情况下，会使系统被迫回到空闲信道搜索状态，扫描后再回到跳频通信状态。

该种措施存在虽然对定频干扰十分适用，但也存在明显的不足。首先，通信开始时对信道的扫描需要较长时间，对通信过程中的干扰实时性不强;其次，由于通信过程中可能进行信道搜索和跳频通信两种状态的切换，使得通信系统不稳定。

2) 实时频率/功率自适应技术

该技术是在通信过程中实时的检测并删除干扰严重的频率，保证通信系统在较低干扰的频率上跳频，可以进一步提高系统的干扰容限，抗动态部分频带干扰。在实现该技术的同时，若采用功率自适应跳频技术，可以进一步提高抗干扰能力。该技术与空闲信道搜索技术联合使用会起到更好的效果。

2.3 抗梳状阻塞干扰方法

对付这种干扰可以采取以下措施:

1) 自动生成并更换频率表的技术

梳状干扰不像部分频带干扰，它像一把梳子一样过滤频带，如果干扰间距与跳频频率间隔一致或接近将造成毁灭性的干扰，系统将可能崩溃，如果不采取有效措施，通信系统将被迫中断，造成严重后果。因此可以采用自动生成并更换频率表的技术。当跳频通信系统面临崩溃时，系统将自动产生并更换一张新的工作频率表，摆脱当前干扰。该频率表可以在原有频段生成，也可在新频段通信。

该种抗干扰措施在实施过程中需要注意以下问题:首先，要求通信双方同时切换到新的频率表上，要选择恰当的更换时机，对同步的要求较高，并保证通信不中断;其次，对新生成的频率表，要注意分布的均匀性，不能占用过多的频率资源，避免影响通信的时效性;再次，要有是否进行频率表切换的判决电路，要设置一个门限，只有系统达到很糟糕的情况下才可启用。

2) 变间隔跳频技术

由于工程实现方便和器件功能等原因，目前大多数跳频通信装备都采用等间隔跳频方式，无论最小频率间隔Δf取多大、跳频图案的随机性能多好，但跳频频率表中的各频率一般是按照Δf的整数倍排列的，频率间隔参数单一，这一特征明显。因此，给干扰方的侦察和干扰带来了方便，只要获取最低和最高跳频频率及Δf这三个参数，就等于获得了整个频率表信息。在这种情况下，梳状干扰很容易与对应的跳频频率相重合，干扰效率大大增加，从而形成了相应的跳频侦察与干扰体制。但如果采用变间隔跳频技术，两两相邻频率之间的频率间隔不相等，或不成整数倍，即频率间隔为多参数，则可打破相应的跳频侦察和干扰体制，进一步提高跳频通信系统的反侦察和抗干扰能力。

2.4 抗跟踪干扰方法

跟踪干扰无疑是常规跳频通信的克星，能够对跳频通信系统造成最佳干扰。但也存在不足之处，受到多方面的约束，如跳频系统跳速和干扰跳速、有用信号功率和干扰信号功率、通信信号传输时延和干扰信号传输时延、跳频系统带宽和干扰机带宽等。被干扰方可根据这些前提，采取相应的措施克制跟踪干扰。

1) 提高跳速或变速跳频

只要干扰方的干扰机跟踪的速度跟不上通信方频率跳变的速度，那样干扰方就始终慢半拍，无法干扰到有用信号。对于跟踪式干扰，提高跳速是主要的抗干扰手段。跳频速率越高抗跟踪式干扰能力越强。当跳频周期小于路径延迟与干扰机的反应时间之和时，跟踪式干扰将无法干扰跳频通信。因此，提高跳频通信系统的跳速，是跳频通信系统的有效的抗干扰措施。

2) 跳频组网

跳频组网的主要目的有:首先提高了跳频通信系统的反侦察能力。使干扰方在众多的时延交错、频率交错的跳频网信号中难以区分通信方的频率集，无法建立各频率集和各跳频网的对应关系，从而增强其反侦察能力，同时增加其抗跟踪干扰能力;其次提高了跳频网系的运用能力。

2.5 抗多频连续波干扰性能

多频连续波干扰实际上是把干扰功率平分给多个随机频率和相位的正弦波进行干扰，以期待部分干扰波落入通信频点上，这部分干扰被称为有效干扰。对于被干扰方，增加可用跳频频率数是提高跳频通信抗多频点干扰的重要手段。可用的跳频频率数增多，干扰方要相应增加干扰频点数和干扰功率，而跳频通信并不需要增加功率。另外，对于高速跳频通信如美国的JTIDS系统，其跳速高达3 8461. 5 hop/s或76923 hop/s，跟踪干扰无法对其有效发挥作用，此时多频点干扰就成为对付高速跳频的重要手段。

3 小结

在提到的多种措施中，有些具有单一的用途，而有些则具有多种干扰都具有抵抗能力，具体情况如表1所示。其中，“*”表示相应的抗干扰措施对该种干扰有所贡献。

4 结束语

本文通过对上述五种干扰样式分析，充分了解了各种干扰样式的工作机理及其特点，并针对各自的特点提出了一些合理的抗干扰增效措施，增强系统的可靠性。从表1中可以看出，除了更换频率表技术能抵御本文研究的五种干扰，但也是不得已而为之，并且不能抵抗白噪声干扰和多径干扰。因此，没有一种干扰方式是能抵抗所有种类的干扰。因此仅仅依靠一种措施是远远不够的，需要多种措施有机结合，即采取综合抗干扰技术体制和措施，并要与电子反侦察紧密结合。虽然多种措施能抵抗各种干扰，但同时也会带来系统的复杂性，要根据系统的用途、层次和装备形式等因素，进行合理的选择和设计。

:

[1]蔡臻祥. 短波跳频抗干扰技术体制研究.无线电通信技术, 2001, 27(3):42-44.

[2]李一兵，谭俊锋，刘明伟.自适应跳频通信系统抗干扰性能分析.信息技术,2004, 25(5): 46-48.

[3]李琳.扩频通信系统中的自适应窄带干扰抑制技术研究.国防科技大学博士论文,2004:23-34.

[4]韩玉辉.电子战环境下的抗干扰通信系统.无线电工程, 1997, 27(1):35-37.

[5]陈智. 差分跳频通信系统抗部分频带噪声干扰的性能分析.电子与信息学报,2007,29 (6):1324-1327.

[6]K. S.Shanmugan, P. Bataban. A modified monte carlo simulation technique for the evaluation of error rate in digital communication systems. IEEE Transactions on Communications, 1980, 28(11):1916-1924.