談超短波無(wú)線通信保密技術(shù)應(yīng)用
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摘要:本文討論GOLD序列等不同跳頻序列的性能，基于隊(duì)列理論，通過(guò)增大跳頻序列線性復(fù)雜度，提出了混合混沌映射跳頻序列方法，仿真證明該方法可增加系統(tǒng)的抗預(yù)測(cè)能力，且跳頻序列的平衡性等性能良好，容易實(shí)現(xiàn)，適用于超短波通信系統(tǒng)，基于對(duì)無(wú)線信道分析，利用訓(xùn)練系列判決反饋均衡快速信道估算方法，運(yùn)用混沌序列實(shí)現(xiàn)保密通信功能。串聯(lián)結(jié)構(gòu)的混沌擴(kuò)頻序列容易實(shí)現(xiàn)，保密性能優(yōu)異。
關(guān)鍵詞:超短波;跳頻通信;保密技術(shù)
超短波通信特點(diǎn)是地面吸收較大，只能靠直線方式傳輸，傳輸距離約50km，應(yīng)急通信領(lǐng)域是超短波通信重要的應(yīng)用范圍。隨著航空事業(yè)發(fā)展，對(duì)超短波通信技術(shù)要求提高，電子戰(zhàn)場(chǎng)形勢(shì)嚴(yán)峻，自動(dòng)化通信對(duì)抗系統(tǒng)給軍隊(duì)保密通信帶來(lái)了前所未有的威脅，通信系統(tǒng)必須具有抗干擾等反對(duì)抗能力，擴(kuò)展頻譜是目前技術(shù)的發(fā)展方向，包含直序列擴(kuò)頻、線性調(diào)頻等基本類型，跳頻抗干擾技術(shù)在各類軍事電臺(tái)中得以重用。跳頻通信中跳頻圖案的構(gòu)成對(duì)混沌序列具有重要意義。
1超短波通信發(fā)展現(xiàn)狀
無(wú)線通信在軍事領(lǐng)域中應(yīng)用極廣，其重大技術(shù)突破動(dòng)力源自軍事市場(chǎng)，其中就包括短波單邊帶通信。而超短波通信以往在海上艦船間使用。隨著航空事業(yè)發(fā)展，軍隊(duì)對(duì)超短波通信技術(shù)性能要求提高，近年來(lái)也明確了在軍事通信中的重要地位。國(guó)內(nèi)外跳頻通信系統(tǒng)中，通信系統(tǒng)達(dá)到高度自動(dòng)化、小型化水平，超短波的戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)發(fā)展到多頻段通信，具備保密通信等多種功能。超短波戰(zhàn)術(shù)跳頻通信領(lǐng)域，英國(guó)marconi公司的產(chǎn)品被廣泛認(rèn)可，其技術(shù)水平遙遙領(lǐng)先，用于軍隊(duì)使用的產(chǎn)品體現(xiàn)出適合本國(guó)的特色且環(huán)境適應(yīng)性良好。國(guó)內(nèi)的實(shí)用型超短波跳頻電臺(tái)，在技術(shù)層面正不斷追趕著國(guó)際先進(jìn)水平。國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的系統(tǒng)控制器、DDS頻率合成器、自適應(yīng)技術(shù)、射頻語(yǔ)音處理技術(shù)等獲得國(guó)家專利的先進(jìn)技術(shù)，正逐步應(yīng)用到戰(zhàn)術(shù)跳頻系統(tǒng)中［1］。而國(guó)內(nèi)的一些超短波設(shè)備，對(duì)于戰(zhàn)術(shù)通信而言，性能距現(xiàn)實(shí)要求卻有一定差距，產(chǎn)品研制初未對(duì)通信協(xié)議統(tǒng)一，缺少系統(tǒng)性、整體化設(shè)計(jì)，設(shè)備跨越頻段互通和兼容性問(wèn)題未得到解決，品種繁多，裝備不能滿足多兵種協(xié)同作戰(zhàn)要求，同一部門互通困難。
2跳頻通信發(fā)展現(xiàn)狀
跳頻通信是實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻通信的方式，在軍事通信領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。跳頻通信發(fā)展自40年代伊始，由于電子對(duì)抗具備的突出優(yōu)點(diǎn)，符合信息戰(zhàn)下對(duì)抗要求，跳頻電臺(tái)在通信中發(fā)揮突出作用，其跳頻系統(tǒng)超短波電臺(tái)跳速500跳/秒，21世紀(jì)，跳速每秒幾萬(wàn)條，今后跳頻系統(tǒng)同步時(shí)間縮短，信息被敵方發(fā)現(xiàn)概率低［2］。跳頻干擾與反干擾相互制約，跳頻通信不怕多頻干擾，截獲敵方跳頻圖案矢量跌價(jià)帶來(lái)接收方茫然，人們希望縮短跳頻信號(hào)駐留時(shí)間，要求跳頻系統(tǒng)跳速加快。技術(shù)發(fā)展受到元器件等因素制約，跳頻速率未達(dá)到5000跳，跳頻通信將向與直接序列擴(kuò)頻混合使用的方式發(fā)展。通信方式要求解決頻帶擁擠問(wèn)題，人們考慮到使用跳頻通信來(lái)解決，采用新的通信技術(shù)為爭(zhēng)取國(guó)外市場(chǎng)，移動(dòng)通信領(lǐng)域急需擴(kuò)容，跳頻碼分多址技術(shù)潛力強(qiáng)大，容量可提高20倍，專家倡導(dǎo)采用跳頻碼分多址技術(shù)。有限通信領(lǐng)域考慮擴(kuò)建需要巨大投資，跳頻則是通信系統(tǒng)建設(shè)的途徑之一。一些要求信息保密的部門，如安全部門等，采用跳頻通信可起到保密信息作用，跳頻通信在軍用通信領(lǐng)域有著廣泛發(fā)展前景，國(guó)內(nèi)外跳頻通信正向高跳速方向發(fā)展，向優(yōu)化跳頻序列方向發(fā)展，向自適應(yīng)跳頻方向發(fā)展。
3超短波跳頻通信系統(tǒng)
超短波系統(tǒng)是適用跳頻進(jìn)行的通信系統(tǒng)。跳頻通信是用二進(jìn)制偽隨機(jī)碼序列去離散地的控制輸出頻率，系統(tǒng)由頻率合成器和偽隨機(jī)碼產(chǎn)生器組成，發(fā)射機(jī)發(fā)射頻率由控制頻率合成器隨機(jī)跳，頻率合成器按相同順序跳變，產(chǎn)生本振頻率，得到固定中頻信號(hào)，最終送到解調(diào)器恢復(fù)出傳輸信息。跳頻通信系統(tǒng)有抗干擾能力強(qiáng)、保密性強(qiáng)、抗衰弱能力等特點(diǎn)。能在頻點(diǎn)數(shù)目足夠多時(shí)抗頻帶阻塞式干擾。跳頻系統(tǒng)截波快速跳變難以截獲，截獲的部分頻率也無(wú)法推測(cè)跳頻系統(tǒng)下一跳的頻點(diǎn)。利用跳頻圖案正交性可構(gòu)成碼分多址系統(tǒng)。跳頻能抗多徑，因假設(shè)達(dá)到信號(hào)有兩條途徑，折射波到達(dá)接收機(jī)時(shí)，頻率跳到其他頻率不會(huì)受折射波干擾。白噪聲是隨機(jī)過(guò)程，功率譜在寬頻帶內(nèi)均勻，具有優(yōu)良的相關(guān)特性，只能用具有類似帶限白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的偽隨機(jī)碼信號(hào)逼近。載波頻率跳變規(guī)律為跳頻圖案，設(shè)計(jì)跳頻圖案應(yīng)考慮使用頻隙集合中的頻隙，集合中兩跳頻圖案發(fā)生頻隙重合次數(shù)較少，與平移圖案頻隙重合次數(shù)少。跳頻圖案產(chǎn)生電路簡(jiǎn)單，有較好的隨機(jī)性?？勺冾l合成器為跳頻通信系統(tǒng)的核心，跳頻速率決定系統(tǒng)抗干擾能力，系統(tǒng)可變頻率合成器受到跳頻序列控制，能足夠快的跳頻，使系統(tǒng)躲避外部轉(zhuǎn)發(fā)性干擾。系統(tǒng)要求頻率合成器輸出頻譜純，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短，跳頻圖案轉(zhuǎn)換速度快等［3］。跳頻系統(tǒng)同步是指收發(fā)頻率的變化規(guī)律相同，通過(guò)混頻器提取接收信號(hào)載波頻率，同步建立包括捕獲、粗細(xì)同步。同步系統(tǒng)設(shè)計(jì)影響系統(tǒng)性能，涉及系統(tǒng)正常工作，同步建立時(shí)間要快，同步信號(hào)需具備隱蔽性。跳頻同步是收發(fā)跳頻碼速率與跳頻圖案同步，收端獲得同步信息，常用方法包括獨(dú)立信道法、插入特殊碼字同步法、同步字頭法等。
4超短波保密通信系統(tǒng)
采用簡(jiǎn)潔跳頻法，主振器選擇晶體振蕩器，為減弱寄生調(diào)幅，調(diào)制系數(shù)不能過(guò)大，發(fā)信機(jī)中要用多級(jí)倍頻器，提高發(fā)射頻率邊帶功率。超短波頻段可集中參數(shù)元件構(gòu)成調(diào)諧回路。發(fā)信機(jī)調(diào)制載波信號(hào)，經(jīng)變頻成為射頻載波送至功率放大器。典型的調(diào)式接收機(jī)由高頻放大、變頻、基帶放大等部件構(gòu)成，為減小干擾，將螺旋式濾波器放在接收機(jī)的輸入端，中放后的調(diào)頻信號(hào)可削去混雜脈沖干擾，用鑒頻器將基帶信號(hào)恢復(fù)，由載波終端機(jī)輸給用戶，將超短波發(fā)射機(jī)舊線基帶信號(hào)分路還原為二線話音信號(hào)。超短波通信利用視距傳播方式，受環(huán)境變化影響較小。天線可用尺寸小的定向天線，使用小功率發(fā)射機(jī)，調(diào)制方式用調(diào)頻制，通信質(zhì)量較好。采用跳頻對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真［4］，使用混合混沌序列加密，利用數(shù)學(xué)模型構(gòu)建收發(fā)端、信道模型框圖。發(fā)射數(shù)據(jù)速率為30KHz。原始數(shù)據(jù)進(jìn)入轉(zhuǎn)換器，將輸入的二進(jìn)制序列分為并行雙極性序列。二進(jìn)制數(shù)字為A，B，編碼器選用差分編碼器，要求轉(zhuǎn)換成的CD與AB產(chǎn)生的QDPSK信號(hào)相同。QPKS調(diào)制器由實(shí)數(shù)乘法器組成，跳頻序列發(fā)生器每2MS跳變。信道系統(tǒng)模型建立誤碼率測(cè)試模型，人為干擾可根據(jù)仿真輸入轉(zhuǎn)發(fā)性干擾，誤碼率測(cè)試則采用BER模塊統(tǒng)計(jì)誤碼率。根據(jù)數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建仿真系統(tǒng)。數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生模塊用于產(chǎn)生信源信號(hào)，送入跳頻系統(tǒng)。混沌序列中取M個(gè)信號(hào)，通過(guò)改變輸入值得到不同頻率的載波。信號(hào)檢測(cè)部分由誤碼率計(jì)算模塊組成，通過(guò)示波器觀測(cè)波形。跳頻系統(tǒng)模塊包括低通濾波器模塊、解調(diào)模塊、傳輸延遲模塊等，采用2FSK調(diào)制，調(diào)制信號(hào)經(jīng)信道傳輸?shù)竭_(dá)接收端解調(diào)，再通過(guò)參數(shù)相同的2FSK解調(diào)模塊解調(diào)，使用AWNG信道。實(shí)驗(yàn)仿真時(shí)間設(shè)為20S，實(shí)值混沌序列轉(zhuǎn)化過(guò)程中，各項(xiàng)特性受限，可通過(guò)選擇恰當(dāng)初值和擾動(dòng)來(lái)避免，這樣也能消除數(shù)字化序列特性下降。利用混沌序列跳頻系統(tǒng)，能完成對(duì)信號(hào)加密工作，證明了該系統(tǒng)的應(yīng)用可能性，通過(guò)仿真的誤碼率為0也可看出該系統(tǒng)通信質(zhì)量?jī)?yōu)秀。
5結(jié)語(yǔ)
超短波無(wú)線通信保密技術(shù)因其抗衰落性優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于通信工作中，超短波通信保密技術(shù)在軍事領(lǐng)域也發(fā)揮重要作用，跳頻通信保密及時(shí)發(fā)揮傳輸信息作用，維護(hù)通信系統(tǒng)安全，為反截取信息工作提供防護(hù)措施，未來(lái)在多個(gè)領(lǐng)域也將更好服務(wù)于信息的保密傳輸。
參考文獻(xiàn):
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作者：錢曉凡 單位：南京市人防指揮信息保障中心