传输链路抗干扰技术发展

卫星通信系统由于具有覆盖范围厂、通信距离远、传输质量好、部署迅速、组网方便、不受地理环境条件限制等特点，而且在突发事件发生时，可以迅速机动灵活的、按战时指挥关系建立局部范围的指挥通信网，因此，卫星通信在军事上具有特别重要的战略地位和作用，其价值就体现在如今它已成为现代高技术战争中保障通信指挥、控制和信息传递极为重要的关键性手段。然而，卫星通信是一种相当容易受到干扰的通信体制。通信卫星公开暴露在空间轨道上，很容易受到敌方的窃听、干扰、甚至摧毁。由于卫星是整个通信系统的关键所在，所以它一旦受到致命的干扰，整个系统可能无法正常工作。此外，由于军事卫星通信系统被特别强调，必须要能够具有为未来作战时的指挥与控制命令信息的传递，提供实时准确、高效可靠且保密性好的通信保障能力。所以，抗干扰能力是对军事卫星通信系统提出的一个基本要求。没有抗干扰措施的军事卫星通信系统是非常脆弱的。

传输链路对于卫星通信系统而言是非常关键的，它为信息数据稳定准确、畅通无阻、快速安全的传递提供强有力的支持与保障，在整个卫星通信系统中占据十分重要的地位。因此，将其作为深入透彻的研究中心和焦点，对其抗干扰技术特别是综合抗干扰技术进行分析探讨，提高它的抗干扰能力和抗摧毁能力，具有十分重要的意义。

传输链路抗干扰技术的发展现状

1、基本抗干扰技术

抗干扰的基本目的是通过对信息、信息的载体及传播方式进行特定的处理，提高通信接收端的输出信干比，使其具备较强的区分有用信号和干扰的能力，从而正确地接收所需信号。传输链路抗干扰技术的体系、方法和措施可分为3类：

(1)频域抗干扰技术

以扩频技术为主的频域抗干扰技术，如直接序列扩频(DS-SS)，其关键参量是时间函数的相位；跳频(FH)的关键参量是时间函数的载频；DS／FH混合扩频技术；自适应选频技术，当通信信道干扰严重时，通信双方同时改换到最优化频道：自适应频域滤波技术。

(2)时域抗干扰技术

以自适应时变和处理技术为主的时域抗干扰技术，如猝发通信技术；低速率通信技术：跳时(TH)技术；自适应信号功率管理技术。

(3)空域抗干扰技术

以自适应调零天线为主的空域抗干扰技术，如高增益、低旁瓣、窄波束定向天线技术；自适应调零天线技术：多波束天线技术和空间分集技术。

2、综合抗干扰技术

(1)综合抗干扰技术的发展

电子对抗技术的发展，促进干扰和抗干扰的水平越来越高，为了保障通信链路畅通，新一代通信装备普遍采用集多种抗干扰措施于一身的综合抗干扰技术，如综合使用扩频技术——自适应天线——信息加密技术，信息加密——猝发通信技术等，使其具有综合抗干扰能力。

目前，外军采用综合抗干扰体制的典型标志之一是跳频、直扩和跳时三种基本抗干扰体制的组合应用，特别是在VHF／UHF及其以上频段更是如此。除此之外，外军很多通信抗干扰装备采用了频率自适应、窄带干扰自适应滤波器、跳频滤波器、交织纠错、猝发传输、变速跳频、变带宽直扩、自动／自适应功率控制以及自适应天线调零增益等增效措施。有些通信抗干扰装备，特别是短波跳频电台具备了猝发数据传输的能力，提高了抗干扰、抗截获和抗测向能力。有些通信抗干扰装备增加了GPS定位功能，可与跳频同步相结合，提高了综合应用能力。

所有通信抗干扰装备均能进行相应的组网，提高了网系应用能力。同时，随着数字处理技术的发展，外军新一代通信装备已基本实现了中频以下数字化，完成了由模拟跳频向数字跳频以及由话音通信为主数据通信为主的转变，在有些装备上还实现了模拟跳频与数字跳频以及话音通信与数据通信的兼容。因此，从总体上看，外军通信抗干扰装备体现了频率域、时间域、空间域、调制域、电平域、速度域等多维空间抗干扰技术的综合以及扩谱抗干扰技术与非扩谱抗干扰技术的结合。

美军的“联合高级特种作战无线电系统”和软件无线电技术的出现及发展为综合抗干扰技术的实现开辟了一条新途径。在软件无线电通信系统中，当信息发射时，尽可能采用可编程的信号处理技术完成从基带到中频、调制等部分的处理，尽可能晚地将数字信号变为模拟射频信号：当信息接收时，尽可能早地将模拟中频信号变为数字信号，用可编程的数字信号处理完成信号的解调等各种处理。这样通信系统中的各种波形的产生、通信方式、信号处理都是采用软件方法去改变和实现，从而使一部设备可完成今天几十种不同通信设备的功能。

多功能、多频段工作方式的三军通用的软件无线电平台的实现依赖于高速率可编程的数字信号处理器件的发展和进步。随着全可编程的扩／跳频单元，扩／跳频波形的软件产生技术、数字信号处理技术和器件的发展，具有综合抗干扰能力的软件无线电技术会得到迅速地发展，将推动整个军事通信综合抗干扰技术的进步。

(2)星载自适应调零天线与跳频相结合的抗干扰技术

众所周知，将各种信号及干扰进行分离可以从两方面进行：一方面可以利用信号的空间特性，在空域上将信号和干扰分离；另一方面可以利用信号的波形特性，在时域(或频域)内将信号和干扰分离。在上述的这些抗干扰技术中，自适应调零天线(属空间信号处理范畴)与扩频技术(属时频信号处理范畴)的相互结合，能够在弥补各自技术缺点的同时，发挥各自技术的优点，产生最理想的抗干扰效果。当自适应调零天线与扩频技术相结合时，凋零天线能阻止大部分干扰信号进入解扩模块，减轻了系统对扩频抗干扰的指标压力；同时，有扩频抗干扰作后盾，也能降低系统对调零天线抗干扰的指标压力。所以，目前自适应调零天线与扩频技术相结合作为一种新型的卫星通信综合抗干扰技术，受到了广泛的重视。

未来军用卫星通信系统主要有如下几个特点：

·必须能提供足够的覆盖范围；

·必须具有足够的通信对抗能力；

·应当采用更高的频段；

·提高抵抗各种物理攻击的能力。

随着近年来军事卫星通信系统抗干扰技术的研究和发展，为了适应未来军用卫星通信系统的发展方向，根据抗干扰系统的设计目标“迫使敌方不得不投入比不采用抗干扰技术大得多的资源去干扰一个抗干扰系统”，可以看出，采用跳频技术与自适应调零天线相结合，将更加符合未来军用卫星通信抗干扰技术的发展方向。

由于未来的抗干扰卫星通信系统将工作在EHF(极高频)频段甚至更高的频段，那么，这些频段就可以提供高达数GHz的可用带宽。由于直扩技术的扩频带宽要受瞬时带宽的限制，因此，直扩技术只能利用所提

供的可用带宽中很少的一部分，而对于跳频技术而言，由于其扩频带宽远大于瞬时带宽，因此，跳频技术可以在所提供的可用带宽上进行频率跳变。与直扩技术相比，对于相同的数据速率，采用跳频技术时，系统的处理增益将大大提高。

由于未来的抗干扰卫星通信系统要求能提供足够的覆盖范围的需要，先进的天线设计是非常必要的。通信卫星自适应调零天线可以灵活地覆盖全部或局部的通信区域，能更好地适应未来军事战区战场位置的移动需要。尽管天线技术不依赖于所采用的具体的抗干扰形式，但是在讨论何种抗干扰形式更合适与自适应调零天线相结合的问题时，系统的综合抗干扰能力是否得到提高应该得到重视。

采用跳频技术与自适应调零天线相结合作为抗干扰的方式，主要是为了对抗对跳频信号威胁最大的快速跟踪干扰和宽带梳状大功率阻塞干扰，同时，也为了降低系统实现的复杂性。对于采用直扩技术与目适应调零天线相结合的方式，其主要问题在于：由于多个用户的扩频信号通过码分多址共享信道，因此，星上处理必然对多个用户同时进行，这样，将消耗更多的星上功率，而跳频技术是理想的适合上行链路的频分多址的接入技术。

美军的Milstar系统使用了EHF频段，上行44GHz，下行22GHz，并采用了跳频技术来提高系统的抗干扰能力，上行采用了在2GHz内进行宽带跳频／频分多址的措施，下行采用了快速跳频／时分多址的措施；采用了自适应调零天线来提高星体搜盖范围的灵活性等等。美国国防部在规划21世纪军事通信卫星架构时，一方面准备利用其民用通信卫星成本节约且大容量的优点来满足日益增长的卫星通信需求，同时准备在Milstar系统的基础上，研制出一种新的卫星通信系统(即高级军事卫星通信)以实现最紧迫的保护要求。在该新型军用卫星通信系统中，所采用的抗干扰技术包括了自适应调零天线与跳频相结合的综合抗干扰技术。

从以上的分析，可以看出：自适应调零天线与跳频相结合的综合抗干扰技术的应用，既可以使卫星通信系统具有十分有效的抗干扰性能，又可使系统设备不会过于复杂，是未来军用卫星通信的发展方向。

(3)星上处理和星地宽带跳频相结合的抗干扰技术

目前，在军用卫星通信系统中，跳频技术的应用可分为以下三种方式：

①利用卫星处理转发器进行星上“透明”通信的方式

该方式指的是转发器不处理跳频信号，而由地面系统来完成跳频信号的解跳、解调等功能。这种方式的特点是利用现有技术，通信卫星系统构成简单方便，地面终端具有一定的抗干扰能力，但跳频技术对抗上行干扰的抗干扰能力在星上转发器中未能体现出来。

②利用卫星处理转发器进行星上解跳的方式

该方式指的是将具有抗干扰的宽带转发器系统的简单性和地面信号处理的灵活性结合起来，在卫星处理转发器中采用信道化跳频解跳和滤波器技术，而所有的信号处理功能(包括编码、保密、译码、解密和调制、解调)则是放在地面终端完成的。在这种方式中，星上处理器的抗干扰性能是通过宽带跳频和低天线旁瓣来获得。其优点是星上处理设备比较简单，并且星上处理转发器具有一定的抗干扰能力，但在恶劣的电子干扰环境中，这种抗干扰能力毕竟是非常有限的。

③利用卫星处理转发器进行星上解跳解调的方式

该方式指的是接收到的上行复合信号，经过星上处理转发器的处理和放大后，通过下行链路发送到用户。星上处理转发器对上行信号进行解跳、解调，还原为数字信号，然后进行再调制再跳频。采用这种方式，星上处理转发器的抗干扰能力得到了较大的提高，并且降低了地面设备的复杂性和技术难度。

由于这种干扰抑制技术是将跳频信号的解跳、解调、调制和跳频等所有信号处理功能，均放在星上处理器中进行，这样就可以把卫星的上行链路和下行链路分开了，可以有效地防止噪声积累，减少了同信道和邻信道的干扰。此时星上处理转发器的抗干扰能力完全由上行链路和下行链路的抗干扰能力分别决定。可以根据干扰情况的不同以及具体抗干扰指标的要求，对跳频技术的指标进行折衷设计，使得系统具有最佳抗干扰性能。跳频可在2kMHz左右的宽带内工作，跳频速率可以达到几千跳，从而获得极高的处理增益。

在利用星上处理和星地宽带跳频相结合的网络综合抗干扰技术时，要特别重视宽带快速微波频率合成器、新型跳频图案算法、同步系统建立等专题的研究，以及尽量减少系统复杂性的增加，如重量、功耗的增加等。

传输链路抗干扰技术的发展趋势

1、发展EHF通信和光通信

EHF对应频段为30GHz～300GHz，对它的研究开始于20世纪70年代，经过几十年的努力，已经日趋成熟，进入实用阶段。美军Milstar计划是EHF军用卫星通信系统的典型代表，1994年发射了第一颗卫星，其上行频率为44GHz，下行频率为20GHz，采用了先进的变轨技术、星上处理技术、自适应多波束调零技术、自主控制技术，具有很强的抗干扰和抗摧毁能力。目前正在研制的Milstar　Ⅲ，对高频技术进行了改进，其中包括星上有效载荷处理技术、60GHz星际链路技术、轻型多功能通信天线的组合阵列和宽带频率合成等技术，计划于2006年发射。除此之外，主要EHF军用卫星通信系统还有英国的Sky net系统(目前正在研制Skynet5，计划2005年替代Skynet4)，法国正在研制的Syracuse lIl系统，加拿大的FASSET系统等。

由于卫星采用光通信时和电波之间不存在干扰问题，而且光通信能实现1Gbit／s以上的大容量卫星通信．美国NASA、欧洲ESA、日本等正在大力研究光通信技术。目前，激光空间链路技术正向长波长、大容量、远距离、低功耗、小型化、一体化以及星间组网的方向发展。

2、建立软件化抗干扰平台

软件化抗干扰技术是将软件化的思想与卫星抗干扰技术相结合。以软件无线电的结构建立通用的卫星抗干扰硬件平台，以动态配置的方式来完成抗干扰技术的软件化，实现多频段多制式通信及宽带扩频、跳频、时分多址等抗干扰技术、抗截获技术的研究，适应不断发展的战场要求。

软件化抗干扰平台方案借鉴了软件无线电的思想，采用超大规模FPGA和DSP芯片来构造一个具有通用性、可扩充性、灵活的多功能高速信号处理平台。该平台可以通过动态配置进行多模式工作，在卫星通信系统中，可以使多种抗干扰体制与自适应技术相结合使用，通过软件调用来实现多模式、多调制、多速率调整等应用。

3、建立智能化抗干扰系统

智能抗干扰系统由三大部分组成：

(1)改进通信系统

为了将抗干扰策略真正落实到整个系统，军事卫星通信系统必须在现有基础上向智能化方向作以下改进：

·转发器的改进：具备星上自治功能，软件化星上中频或基带设备；

·地球站的改进：配置多频段相控阵天线、多频段带宽高功放、多波束智能天线，软件化中频和基带设备；

·网管系统的改进：建设可以兼容商用卫星通信系统甚至敌方卫星通信模式的综合管理系统，利用方案自动生成技术，智能化网络控制。

(2)网络监控系统

网络监控系统包括系统监测、干扰识别、信息融合、信息过滤和网络调度五大模块。它们的相互关系如图中所示，各自的功能如下：

系统监测模块：实时监测整个系统的资源数据、环境参数、干扰数据以及系统中所有工作信道的信号质量参数、工作状态数据，其中干扰数据提交给干扰识别模块，其余数据提交给信息融合模块：

干扰识别模块：对监测模块提交的干扰数据分析识别，形成干扰报告提交给信息融合模块；

信息融合模块：将前两者提交监测数据报告和干扰报告进行分析处理，再转换成抗干扰策略专家支持系统能认知的数据表达形式，最后形成融合数据报告，提交给信息过滤模块： 信息过滤模块：将融合数据报告进行过滤，对于一些预料中的、不超出专家支持系统知识库范围的数据，信息过滤模块认为是可识别信息，将其送给专家支持系统：而对一些意外的、超出专家支持系统知识库范围的数据，信息过滤模块认为是不可识别信息，送给专家支持系统再学习端口；

网络调度模块：根据专家支持系统提交的全网抗干扰策略报告，以最快的速度进行全网调度，包括修改各相关地面站、转发器、网络管理中心的参数、配置和资源利用情况，并汇报网络调整结果。

(3)专家支持系统

抗干扰策略专家支持系统的工作是分析系统提交的可识别信息报告，根据知识库和推理算法进行推理，为系统提交最优的网络抗干扰策略报告。

专家支持系统由两个关键部分组成：一是抗干扰策略生成算法。在选择具体的算法时，要在系统要求的指标与运算量之间进行权衡。二是再学习端口。专家支持系统的知识库需要不断的更新和再学习，以适应快速发展的干扰技术和抗干扰技术策略，因此它需要有一个再学习端口。

现代卫星通信的抗干扰能力已达到了较高的水平，但与干扰技术的发展相比，其间的差距依然相当巨大，抗干扰技术的研究仍将是今后军事卫星通信研究非常重要的长期任务，我们认为，卫星通信抗干扰技术的研究最重要的问题是：在继续探索新的抗干扰方法的基础上，努力探索出一种或多种新的通信体制，设计出顽存能力很强，并有最低限度通信保障的卫星通信系统。要求它既要具有星上信号处理技术能力，在星上能够综合运用多种抗干扰手段对抗各种类型的干扰，又要在组网能力和业务支持种类上具有较大的灵活性。

随着新型的、先进的、多功能的、超大功率、超宽带干扰系统的出现和进化，电子对抗斗争会更加激烈，军事通信电台、通信网将面临全频段的四维一体化、自动化阻塞干扰的挑战。为确保未来高技术战场中必要信息的安全可靠地传送，通信抗干扰技术研究仍将在更加广泛的领域中进行下去。

传输链路抗干扰技术是重要的研究课题，也是诸多专家学者关注的焦点。在未来高技术信息战中，传输链路抗干扰的重要性将会更加突出地体现出来。总之，随着电子技术、微电子技术、计算机技术、信号处理技术和人工智能技术的进步和飞跃，传输链路抗干扰能力必定会继续增强，传输链路抗干扰技术一定会得到更大的发展。