第8章 对特殊通信系统的对抗技术,8.1 概述 8.2 扩频通信系统及其特点 8.3 直接序列扩频通信系统对抗技术 8.4 跳频通信系统对抗技术 8.5 通信链路对抗技术 8.6 通信网对抗技术 习题,8.1 概述信息化战争和数字化军队不仅使通信对抗的作战环境发生了根本性的变化，而且使通信对抗的作战对象和内容也发生了根本性的变化早期的通信对抗一般是在陆、海、空三军战术通信的范围内进行，仅仅针对通信信道和传输链路而言，其实质是敌对双方为争夺无线电信号频谱控制权展开的电磁斗争，作战对象是点对点的通信信道(链路)信号进入20世纪90年代，随着各种低截获概率通信体制的出现和广泛应用，以及通信网络化技术的成熟，为适应网络中心战的战场透明、信息畅通并及时地流向任何需要信息数据的个人和装备的需要，在战场上出现了一,种把包括敌我识别、卫星导航、遥测遥控和雷达等非通信的军用信息系统在内的各种信息装备、作战平台，以及指挥官和普通士兵利用计算机和通信网连接成一个无缝隙的战场电子信息网络——C4ISR系统C4ISR系统在实战中的应用，极大地提高了夺取战场信息优势和各军兵种与各类平台的联合作战能力，是名副其实的兵力倍增器。
为实现对C4ISR系统的有效对抗，破坏或降低各军用信息系统的作战能力是其重要的途径之一，而斩断该系统的纽带——通信网，更是一个高效能的措施因此，本章拟对现代通信网中最常用的低截获概率通信体制(如扩频通信、数据链通信、通信网等)的对抗技术进行讨论，重点是扩频通信系统的对抗扩频扩频通信系统是指待传输信息的频谱用某个特定的扩频函数扩展后成为宽频带信号，送入信道中传输，再利用相应手段将其压缩，从而获取传输信息的通信系统按照其工作方式可以分为直接序列扩频、跳频扩频(FHSS)、跳时扩频(THSS)，以及以上三种基本扩频方式的结合跳频扩频通信采用某种形式的伪随机码，使其发射频率在约定的某个频率集中高速跳变，给通信对抗系统截获和分析带来极大的困难，导致通信对抗系统截获概率下降甚至不能截获直接序列扩频通信系统中，利用高速率的伪随机(PN)序列对低速率的信息序列进行扩频调制，然后进行载波调制，得到扩频调制的宽带射频信号扩频调制使扩频发射信号的带宽增加、功率谱密度降低，直至被噪声所淹没，使侦察干扰机难以截获它的发射信号如何有效的截获和干扰这两种扩频信号己成为通信对抗领域迫切解决的难题8.2 扩频通信系统及其特点本节简单介绍几种扩频通信系统的基本特点，其详细的讨论请参考相关的书籍和资料。
8.2.1直接序列扩频(DSSS)在直接序列扩频(DSSS)通信系统中，利用高速率的伪随机(PN)序列对低速率的信息序列进行相乘(模2加)，然后进行载波调制，得到扩频调制的宽带射频信号直接序列扩频系统的组成原理如图8.2-1所示在接收端，接收到的扩频信号经过混频放大后，用与发送端同步的伪随机码序列对中频信号进行相关解扩，将宽带扩频信号恢复为窄带中频信号，然后再进行解调，得到信息码序列图8.2-1 直接序列扩频系统的组成原理,直接序列扩频系统的频谱变化过程如图8.2-2所示 由图8.2-2可知，DSSS通信系统有很强的抗干扰能力图8.2-2(d)是接收到的信号和噪声、窄带干扰信号谱的示意图在解扩前，窄带干扰信号的谱比信号窄，但是电平比信号高解 扩后，窄带干扰信号的能量被扩散到整个扩频带宽中，其电平明显降低，而噪声电平基本不变信号在解扩后，能量集中到窄带(解调器带宽)内部于是只有落入解调器滤波器带宽内部的干扰和噪声能量才会影响通信性能，因此，它可以很好的抑制窄带干扰DSSS通信系统可以采用的载波调制方式有BPSK、MSK、QPSK、TFM等，其中以相位调制方式应用最多,图8.2-2 直接序列扩频系统的频谱变化过程,,,图8.2-3 跳频通信系统的组成,跳频通信系统的基本原理是：在发送设备中，利用伪随机码控制发射频率合成器的频率，使发射信号的频率按照通信双方事先约定好的协议(跳频图案)进行随机跳变。
在接收端，接收机混频器的本振也是按照相同的规律跳变，如果接收频率合成器的频率和发射信号的频率变化完全一致，那么就可以得到一个固定频率的中频信号，进一步可以解调信号，使得收发双方频率一致的过程称为跳频码同步跳频图案(即跳频规律)通常采用伪随机序列产生，跳频信号的发射频率随机地在若干个频率(几十至几百个)之间随机出现，因此具有很强的抗干扰和抗截获能力跳频通信系统多用FSK/ASK(可利用非相干方式解调)等调制样式设跳频信号的频率集为,fi∈{ f1, f2, f3,…, fN} (8.2-3) 即发射信号的载波频率 fi在时间(i－1)Th≤t≤iTh内取频率集中的某个频率Th是每个频率的持续时间，称为驻留时间跳频系统频率合成器产生的频谱和跳频信号的频谱如图8.2-4所示理想的频率合成器产生的频谱是离散的、等间隔的、等幅的线谱，占用的频带B=fN－f1+ΔF，每个频率之间的间隔为ΔF，某一时刻的频率是N个频率中的一个，由PN码决定在某一时刻，跳频系统是窄带的从整个时间观察，信号在整个频带内跳变，是宽带的 将载波频率随时间变化的规律绘成图，就得到所谓跳频图案典型的跳频图案如图8.2-5所示。
图8.2-4 跳频系统的频谱,图8.2-5 跳频图案,跳频系统可以按照跳频速率划分为快速跳频(FFH)、中速跳频(MFH)和慢速跳频(SFH)具体有两种划分方法，第一种划分方法是，如果跳频速率Rh大于信息速率Ra，即Rh>Ra，则称为快速跳频；反之，则称为慢速跳频另一种划分是按照跳频速率进行划分：慢速跳频(SFH)：Rh的范围为10～100h/s；中速跳频(MFH)：Rh的范围为100～500h/s；快速跳频(FFH)：Rh大于500h/s与DSSS扩频系统类似，跳频扩频系统的处理增益是其抗干扰的重要指标如果在一个频带Bh内，等间隔分为N个频道，频率间隔为ΔF，信息带宽Ba≤ΔF，则其处理增益为,,图8.2-6 跳时扩频系统原理,在发送端，经过调制的信号被送到一个射频开关，该开关的启闭受一伪码的控制，信号以脉冲的形式发送出去在接收端，本地伪码与发送端伪码完全同步，用于控制两个选通门，使传号和空号分别由两个门选通后经检波进行判决，恢复信息码跳时系统输出的信号波形如图8.2-7所示 跳时系统一般很少单独使用，通常与其他扩频系统组合使用，形成混合扩频系统如FHTH、THDS、FHTHDS等混合扩频系统。
,图8.2-7 跳时信号波形,,8.3 直接序列扩频通信系统对抗技术直接序列扩频通信系统的载波调制一般为BPSK/QPSK调制，它是用高速率的伪噪声序列与信息码序列模2相加后(波形相乘)的复合码序列去控制载波的相位而获得直接序列扩频信号，简称直扩信号，它具有以下基本特点：(1)抗干扰性能好：具有极强的抗宽带干扰、窄带瞄准式干扰、转发式干扰的能力，有利于电子反对抗(2)保密性能好：由于系统可以使用码周期很长的伪随机码序列作为扩频码，经它调制后的数字信息类似于随机噪声，不会轻易被普通的侦察手段和破译方法发现和识别3)功率谱密度小：直接序列扩频通信系统展宽了传输信号的带宽，使得功率扩展到较宽的频带内，降低了对地面通信的干扰由于直扩信号这些突出的特点，近年来在军事通信和民用通信领域得到了广泛的发展和应用因此，直扩系统的对抗技术已经成为通信对抗领域的关键和热点技术问题之一 8.3.1直接序列扩频通信信号的截获技术1.直扩信号的功率谱检测技术对DSSS信号功率谱的检测是一种基于能量的检测方法，又称为辐射计检测早期的辐射计检测基于模拟技术实现，其原理类似于功率计或频谱分析仪它利用宽带接收机接收直扩信号，对信号进行宽带检波得到其功率谱，检测和判断是否存在直扩信号。
随着数字信号处理技术的发展，数字化功率谱检测技术将逐步取代模拟技术,,2)参数化功率谱估计参数化功率谱估计是把待估计功率谱的信号假定成一个输入为高斯白噪声的线性系统的输出，通过估计该线性系统参数来进行信号功率谱的估计，该方法适合在信号的数据长度较短 时的功率谱估计，其中具有代表性的是Yule-Walker自回归方法和Burg方法这里以Yule-Walker自回归方法为例说明功率谱估计过程将离散随机过程x(n)视为一个输入为白噪声v(n)的线性时不变系统产生的设该系统为AR系统，系统模型为 x(n)+a1x(n－1)+a2x(n－2)+…+apx(n－p)=v(n) (8.3-8) 其系统函数为,,,2.直扩信号的时域相关法检测时域相关法是利用作为扩频码的伪随机序列的相关性，实现对DSSS信号的检测对通信侦察系统而言扩频序列是未知的，不能利用匹配滤波或者相关器实现，因此这里的检测是一种盲检测1)扩频序列的相关特性设扩频码采用m序列，扩频码元宽度为Tc，长度为p，则其自相关函数为,,图8.3-1 扩频序列的自相关函数,,其中，Rs(τ)是信号s(t)的自相关函数；Rn(τ)是高斯白噪声的自相关函数。
由于Rn(τ)没有相关峰，因此相关函数Rx(τ)的峰值就是信号s(t)的相关函数Rs(τ)的峰值根据这个特性， 就可以实现对DSSS信号的检测根据上述理论分析，构造的归一化无偏估计和有偏估计的时域自相关检测器如图8.3-2所示该检测器将离散的信号样本分为两路，将经过线性移位寄存器移位的信号与原信号样本进行相关，并且检测其相关峰对于无偏估计，相关峰值只受信息码的影响；而对于有偏估计，相关峰值除了受信息码的影响外，还与移位延时的值有关，随着延时增加，相关峰值逐步减小 ,图8.3-2 时域相关检测器,3.直扩信号的倒谱法检测功率谱和时域相关法的检测是分别在频域和时域对直接序列扩频信号进行检测利用倒谱对扩频信号的检测可以认为是频域检测方法的扩展信号的倒谱定义为信号的功率谱取对数后再进行一次功率谱运算，即 C(τ)=|FT{lg|FT［s(t)］|2}|2 (8.3-19) 其中,FT(·)是傅立叶变换，上述运算可以看成是从时间域t到伪时间域τ的变换DSSS信号s(t)表示为,,式(8.3-22)中存在三个分量，分别是信号的功率谱幅度、扩频码元宽度和扩频码周期对其进行傅立叶变换，由于三个分量在伪时间域几乎位于不同的伪时间段，因此求模和平方后不会出现交叉项，即倒谱输出仍然是三个分量：第一项是功率谱幅度，表现为位于零位置的脉冲；第二项为扩频码元宽度，表现为非常靠近零位置的分量；第三项表示为扩频码周期，在伪码时间重复出现。
某典型DSSS信号的倒谱如图8.3-3所示 当存在噪声时，高斯白噪声的倒谱将明显低于信号的倒谱，据此可以对DSSS信号进行检测和判断图8.3-3 典型DSSS信号的倒谱,。