数据链系统与技术（第2版） 课件ch09数据链的通信安全

数据链的通信安全国防电子信息技术丛书数据链系统与技术(第2版)第九章01通信对抗由于无线电通信始终在开放的空间进行传输，因而干扰与通信一直相伴而行。自从无线电通信诞生以来，军事部门一直都依赖通信来实施对部队的指挥和控制，利用通信干扰设备在通信信道上向通信系统的接收方辐射其不需要的噪声或其他干扰信号，破坏其正常沟通，阻断其信息传递，最终使其作战指挥控制失灵自然就成为作战行动的重要组成部分。通信对抗通信干扰所谓通信干扰，就是采用一切手段来阻止敌方的电子通信、降低或破坏敌方通信电子设备的作战使用效能。对于无线电通信中存在的干扰，人们在日常生活中并不陌生。冲击钻旋转时会引起电视接收机出现雪花，放在计算机旁的手机会时不时地导致显示器闪动，这些就是无线电干扰的现象，只不过这些干扰是无目的的且时有时无的。通信对抗和自然界中的上述干扰有本质区别的是，电子战中的无线电通信干扰特指一种有目的的人为破坏。这种人为破坏之所以能够实现，主要原因是无线电信道的开放性和无线电波传播的透明性。通信干扰的基本方法是将干扰信号随同敌方所期望的通信信号一起送到敌方接收机中。通信对抗当敌方接收机中的干扰信号强度达到足以使敌方无法从接收到的信号中提取有用信息时，干扰就是有效的。因此，通信干扰主要是干扰敌方的接收机，而不是发射机。要达到干扰有效的目的，干扰机必须在天线发射方向、发射信号强度、干扰距离以及传输条件等方面进行精心考虑。通信对抗所谓抗干扰通信，就是在各种干扰条件或复杂电磁环境中保证通信正常进行的各种技术和战术措施的总称。无线信道的抗干扰问题是要使通信信号尽可能避免与干扰信号重叠，即使重叠，也要通过各种信号处理技术，使通信接收机输出端有较高的信号干扰功率比，简称信干比。抗干扰通信通信对抗通信信号利用时间域、频率域和功率域进行各种变换，能提高接收机输出端的信干比，就是有效的抗干扰技术。从这个意义上讲，各种抗千扰技术可以按照时域、频域和功率域的标准分为三大类。为了有效地对抗干扰，通信方必须尽量避免通信信号与干扰信号有近似的时域特性，即确保信号作用时间上的不重合。通信对抗02抗干扰理论基础从频域角度来看，常用的抗干扰通信技术有两大类，一类是基于扩展频谱的抗干扰通信技术，另一类是基于非扩展频谱的抗干扰通信技术。所谓扩展频谱（SpreadSpectrum，SS，简称扩谱），就是将信息带宽进行扩展传输的一种抗干扰通信手段。根据频谱扩展的方式不同，扩谱又可以分为直接序列扩谱（DirectSequenceSpreadSpectrum，DSSS，简称直扩或DS），跳频扩谱（FrequeneyHoppingSpreadSpectrum，FHSS，简称跳频或FH），跳时扩谱（TimeHoppingSpreadSpectrum，THSS，简称跳时或TH），调频扩谱（Chirp）和混合扩谱（HybridSpreadSpectrum）等。抗干扰理论基础基于非扩展频谱的抗干扰通信体制主要是指不通过对信号进行频谱扩展而实现抗干扰的技术方法总称。目前常用的方法主要有自适应滤波、干扰抵消、自适应频率选择、捷变频、功率自动调整、自适应天线调零、智能天线、信号冗余、分集接收、信号交织和信号猝发等，同样属于抗干扰通信的研究范畴，且近年来该领域的研究逐渐升温，成为抗干扰通信的研究热点。抗干扰理论基础和基于扩展频谱的抗干扰通信体制相比，基于非扩展频谱的抗干扰方法所涵盖的范围更广，所涉及的知识也更多。通过两者比较不难发现，前者主要是在频率域、时间域上来考虑信号的抗干扰问题，而后者除涉及上述领域外，还将在功率域、空间域、变换域以及网络域等方面下功夫。抗干扰理论基础由此可见，扩频信息传输系统有以下两个特点：①传输信号的带宽远远大于被传输的原始信息信号的带宽；②传输信号的带宽主要由扩频函数决定，此扩频函数通常是伪随机（伪噪声）编码信号。抗干扰理论基础理论公式扩频技术正是利用这一原理，用高速率的扩频码来扩展待传输信息信号带宽的手段，达到提高系统抗干扰能力的目的。扩频信息传输系统的传输带宽比常规通信系统的传输带宽大几百倍乃至几万倍，所以在相同信息传输速率和相同信号功率的条件下，具有较强的抗千扰能力。抗干扰理论基础系统的处理增益主要与信息速率、频率资源、扩谱解扩方式等因素有关，系统的固有处理损耗和解调所需最小信噪比主要与扩谱解扩方式、交织与纠错方式、调制解调性能、自适应处理、信号损伤、同步性能、时钟精度、器件稳定性、弱信号检测能力、接收机灵敏度等指标有关。这些都是提高干扰容限和系统基本性能的切入点。处理增益和干扰容限抗干扰理论基础03扩频抗干扰技术扩展频谱技术是围绕提高信息传输的可靠性而提出的有别于常规通信系统的一种调制理论和技术，简称扩频技术或扩谱技术，出现于第二次世界大战前，主要用于加密和测距。第二次世界大战后，抗干扰通信系统的需求推动了扩频技术的研究，一直为军事领域所独占，广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。扩频抗干扰技术20世纪80年代初扩频技术开始应用于民用通信领域。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字蜂窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。扩频抗干扰技术扩频技术的特点扩频信号是不可预测的伪随机的宽带信号，其带宽远大于欲传输数据（信息）的带宽，同时，接收机中必须有与宽带载波同步的参考信号。由于扩频信号的上述特性，扩频系统具有以下特点。扩频抗干扰技术抗干扰性强。低截获性。抗多径干扰性能好。安全保密。可进行码分多址通信。扩频抗干扰技术如图9.7所示，发送的数据经过编码器后，首先用产生的伪随机序列对数据进行扩频调制，然后对扩频信号进行BPSK调制，经功放后由天线发射出去。扩频抗干扰技术跳频技术跳频（FrequencyHopping，FH）技术也是扩频技术中的一种重要方式，其载波频率在伪随机序列的控制下跳变。扩频抗干扰技术图9.9是时间跳变系统的原理方框图。扩频抗干扰技术调频信号是一种信号瞬时频率随时间变化的信号，根据频率的递增或递减关系，又分为正斜率和负斜率调频信号两种。当频率的递增或递减与时间呈线性关系时，称为调频扩谱信号，又被称为Chirp信号。调频扩谱系统是基于调频信号产生和压缩的扩谱系统，由于调频信号在压缩过程中对多普勒频移不敏感，因此被广泛应用在脉冲压缩体制的雷达系统中。线性调频扩频抗干扰技术04Link-16数据链的通信安全在Link-16数据链中，采用了CCSK扩频调制技术，以进一步提高其系统的信息传输可靠性。作为联合作战用的战术数据链，Link-16数据链系统的脉冲信号载频是从960~1215MHz频段内一共51个频点上伪随机选取的，频点之间的最小间隔为3MHz。Link-16数据链的第三重抗干扰措施是纠错编码。Link-16数据链的通信安全所谓交织，指字符不是按照正常顺序发射，而是把这个顺序打乱，在报头与码字之间伪随机地选择字符，形成新的顺序进行发射。Link-16数据链采用TDMA方式构建网络，在分配给本终端平台的时隙内发送战术消息。Link-16数据链的脉冲波形有两种结构。Link-16数据链的通信安全除上述抗干扰措施外，Link-16数据链传输固定格式消息时，为了提高信息传输的可靠性，还采用了检错编码方式。检错编码与上述所有抗干扰措施不同，上述措施是在字符位上施行的，包括跳频、直序扩频、纠错编码和交织，双脉冲字符及抖动也是。Link-16数据链的通信安全通信加密Link-