【网安学术】基于体系结构的卫星通信系统抗干扰能力研究

admin 2022年8月25日07:20:25安全闲碎评论4 views4117字阅读13分43秒阅读模式

【网安学术】基于体系结构的卫星通信系统抗干扰能力研究


【网安学术】基于体系结构的卫星通信系统抗干扰能力研究


摘要:针对卫星通信系统面临的主要干扰和摧毁威胁,分析威胁机理,总结了目前主要采用的抗干扰措施并研究了各种措施的优长。梳理了DoDAF V2.0与通信相关的基本内涵和相关体系结构。依据DoDAF V2.0的体系结构开发思想,提出了适用于卫星通信抗干扰能力研究的作战体系结构、系统体系结构以及能力体系结构,并给出了可用于实施开发的具体流程,希望能加强我军卫星通信系统的顶层设计,切实提高我军在未来战争中的卫星抗干扰能力,确保卫星通信信道的互联互通。

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0 引 言

近年来,卫星通信以其通信覆盖区域大、通信距离远,通信频带宽、通信容量大,信道质量好、传输性能稳定等优点对人类的生产、生活方式产生了巨大的影响,特别是在军事中发挥了关键性的作用。但是由于卫星的运行轨道是固定不变的,因此卫星通信系统会面临电磁干扰、截获甚至被摧毁的威胁。面对未来战场上各式各样的威胁,卫星通信系统抗干扰能力缺乏顶层设计、重定性需求分析轻定量需求分析,缺少完善的体系结构政策标准;开发过程缺乏科学的、公认的方法论指导,没有有效的、能满足卫星通信系统抗干扰特殊需要的辅助设计工具支持;没有形成一套合理的体系结构开发管理机制等。这种状况将导致卫星通信系统不能满足未来的抗干扰需求,开发效率低,不利于在不同军兵种之间的互联互通。


据此,本文依据DoDAF V2.0的体系结构开发思想,提出了基于体系结构的通信系统抗干扰能力开发方法,并给出了可用于实施开发的具体流程。加强对卫星通信系统抗干扰能力的体系结构的概念及构建方法的研究,确立满足信息化战场需要的卫星通信体系结构,对于推进我军卫星通信系统建设具有重要意义。


1 卫星通信系统干扰方式和抗干扰措施


1.1 卫星通信系统面临的主要干扰威胁及分析

按照链路的不同,常分为上行干扰、星间干扰和下行干扰三种。由于卫星的运行轨道和高度都是公开的,不易改变,因此上行链路易实施干扰;而地面站有的固定、有的移动,而且地面站分布范围广,不易实施下行链路的干扰。当然,如果已知地面站的位置,并且距离该地面站的距离很近也可以实施下行干扰。


卫星通信系统面临的干扰威胁主要包括电磁干扰和摧毁两大类[1]。电磁干扰可以分为压制式干扰、欺骗式干扰和灵巧干扰三类,如图1所示。


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除了常见的电磁干扰方式,摧毁也是卫星通信系统的主要威胁。卫星通信系统面临的摧毁威胁主要包括:核导弹反卫星武器、动能反卫星武器、定向能反卫星武器、反卫星卫星等[1],如图2所示。


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1.2 卫星通信系统抗干扰措施


目前,近年来卫星通信系统抗干扰技术得到了飞速的发展,主要包括扩频技术、天线抗干扰技术、自适应干扰消除技术、变换域技术、SmartAGC技术、扩展频段和发展极高频通信以及基于认知的只能抗干扰技术。其中,通信抗干扰技术的主流是扩展频谱通信。根据扩频的方式不同,主要分为直接序列扩频(DS)、跳频(FH)和跳扩结合等方式。自适应干扰抵消是自适应滤波的一种形式,它依据某一准则推出简便、快速的自适应算法,不断调整自身权值结构,实现准则期望的抵消干扰、跟踪信号的目的。变换域最新的研究主要集中在如何进一步发展基于滤波器组和子带变换的技术上面。SmartAGC技术主要是针对透明转发器,采用自适应变换实现强干扰的抑制,它能够以较小的代价提供较强的抗干扰能力。极高频通信能在频谱上占有技术优势,实现更小的点波束,获得更好的抗干扰、低截获、机动性等特性。基于认知的智能抗干扰技术借鉴认知无线电的思想,可以智能的消除外界电磁干扰环境的影响,适应信道环境并以尽可能高的数据速率实现不间断通信。


2 通信相关体系结构内涵


美军最新版本体系结构框架是美国国防部体系结构框架DoDAF V2.0,集中体现了美军体系结构的最新研究成果。也是其他国家的军队开发体系结构框架的重要参考依据。DoDAF V2.0由作战、技术、能力、服务、项目、系统等7个视角、51个视图产品构成,更加体现了网络中心战的理念和强调“数据中心”的方法[2]。DoDAF V2.0采用通用的、标准化的方式从多个视角描述系统的组成、结构及其演进原则。为分析、设计系统提供了有效的平台和工具。体系结构视图通常包含作战、系统、技术、能力等多个视图。与通信相关体系结构主要包括全视图、作战视图、系统视图、能力视图[3]。


作战视图包括作战节点、执行的任务或行动以及完成作战任务所必须交换的信息。它描述了信息交换的类别、交换的频率、信息交换所支持的任务行动以及信息交换的本质。系统和服务视图与作战视图中的体系结构产品联系起来,用以支持作战行动,并可进一步促进作战节点间的信息交换。技术标准视图以工程规范为基础,提供技术系统实施指南,其中包含技术标准集、实施规定、标准选项、规则和标准,并可以综合成一份综合文档,为制定的提携结构管理其系统和系统服务要素提供服务。全视图是与所有视图都有关联的体系结构顶层视图。该视图可为整个体系结构提供相关信息,并设置了体系结构的范围和内容。


3 卫星通信抗干扰体系结构


3.1 卫星通信抗干扰作战体系结构


根据美军《防务采办术语—98》和《防务采办电子手册—96》中对作战效能的定义,是指系统完成规定作战任务的能力[4]。也就是综合考虑部队编制、作战原则、采用的战术、生存性以及各种威胁等因素,标准化部队在自然、电子以及威胁的环境中使用作战系统完成任务的总体水平。根据以上作战效能的定义和内涵,参考文献[5]给出卫星通信抗干扰体系结构,如图3所示。 


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卫星通信抗干扰体系结构是描述复杂电磁环境下,根据作战任务和行动指挥要求,使用卫星通信抗干扰的技术、方法、手段和人员,将与卫星通信抗干扰作战有关的作战力量、作战单元、作战要素融合集成为整体的卫星通信抗干扰体系,是分析和研究卫星通信抗干扰能力的方法,其中包括:卫星通信抗干扰作战的联合作战条令、条例、规定和法规等;适应战场需要的编制体制、指挥体制、协调机制和程序;实现卫星通信抗干扰能力的技术、方法、手段;发现、甄别地方卫星通信抗干扰的情报、网管、频管等支援体系;实现卫星通信抗干扰能力的卫星通信资源利用和组织运用方法;具有客观评估和优化卫星通信抗干扰能力的方法和手段;确保卫星通信抗干扰能力正常运行的装备技术和人才队伍。


3.2 卫星通信抗干扰系统体系结构


体系的功能是由体系的结构决定的。只有将体系中的各系统、各要素进行优化组合,体系结构才能达到最佳状态,体系效能才能最大限度地释放出来。这就需要优化卫星通信抗干扰力量配置、规范网络电磁空间战场秩序、采取有针对性的抗干扰措施。根据卫星通信抗干扰作战体系结构和信息作战的要求,提出如图4所示的卫星通信抗干扰系统体系结构,也就是卫星通信抗干扰系统体系结构的构成要素。


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卫星通信抗干扰的指挥主要包括确定联合部队实施通信、频谱管理、电子侦察和抗干扰的指挥关系、指挥程序、指挥信息流程和指挥联络文件等,其中,卫星通信抗干扰的指挥包含卫星通信抗干扰的组织和卫星通信抗干扰的规划两个主要功能。卫星通信抗干扰的组织主要包括确定作战部队实施通信、频谱管理、电子侦察、通信对抗等指挥机构和人员的职责和权力。卫星通信抗干扰的规划主要包括联合部队实施通信、频谱管理、电子侦察和抗干扰的人力资源、频谱资源、装备资源、保障物资等方面的管理和使用。


卫星通信抗干扰的执行主要包括各部队根据作战任务的组织和规划,在战时的指挥要求下,实施通信、频谱管理、电子侦察和抗干扰等。


卫星通信抗干扰的协调主要包括各类卫星通信系统的电子频谱协调,以及通信、电子侦察和抗干扰等行动的协调。


卫星通信抗干扰的评估主要包括各类卫星通信系统的抗干扰能力,以及抗干扰措施的有效性等。


3.3 卫星通信抗干扰能力体系结构


卫星通信抗干扰能力体系结构是以作战体系结构为牵引,由系统体系结构决定的。根据作战任务的需求,将系统体系结构中的各个要素进行有机的结合,最大限度发挥卫星通信抗干扰系统体系结构的效能,实现卫星通信抗干扰能力。卫星通信抗干扰能力体系结构主要包括通信能力、频谱管理能力、电子侦察能力、抗干扰能力和保障能力等[5]。卫星通信抗干扰能力体系结构如图5所示。


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4 结 语


长期以来,体系结构在通信领域的应用取得了许多研究成果和实用成果,但是目前没有将体系结构具体应用到卫星通信抗干扰能力方面。本文主要从DoDAFV2.0作战视图、系统视图以及能力视图出发,提出了适用于卫星通信抗干扰能力研究的作战体系结构、系统体系结构以及能力体系结构,希望能加强我军卫星通信系统的顶层设计,切实提高我军在未来战争中的卫星抗干扰能力,确保卫星通信信道的互联互通。


参考文献:

[1]鲁娜,张杰,马东堂.卫星通信系统抗干扰性能评估指标体系研究[J].现代电子技术,2014,37(19):29-32.


[2]姚延军,王红,谭贤四,等.基于DoDAF V2.0的体系结构开发方法[J].火力与指挥控制,2013,38(03):103-107.


[3]沈建国,颜润华,吴林.基于体系结构试图的通信部队体系保障能力评估研究[J].重庆通信学院学报,2013,32(01):58-60.


[4]曹裕忠.关于无线通信电子防御体系结构的再思考[J].现代军事通信,2013,21(80):6-10.


[5]张博.赛博空间作战顶层体系结构研究[J].数字军工,2013(02):42-45.



作者简介:

陈新来,海军士官学校三系,工程硕士,教授,主要研究方向为通信工程;

闫晓晖,海军士官学校三系,工学学士,助理讲师,主要研究方向为通信指挥。



(本文选自《通信技术》2019年第三期


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