基于跳頻和調制跳變提高潛艇隱蔽通信能力的思考
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摘要：隱蔽通信是決定潛艇戰斗力發揮的重要因素，而跳頻通信則是保證我潛艇隱蔽通信的重要技術手段?，F階段，各軍事強國對跳頻信號的截獲接收、識別技術已經比較成熟，為保證潛艇通信隱蔽安全，本文提出了跳頻和調制跳變相結合的思想，并對該技術提高潛艇通信抗截獲能力，保障潛艇通信信息安全的工作原理進行闡釋。
關鍵詞：跳頻;調制跳變;潛艇隱蔽通信
中圖分類號：TP391.4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）03-0224-02
0 引言
一般認為，潛艇通信暴露指潛艇發信被截獲、定位、破譯，保證潛艇通信隱蔽性具有抗截獲和抗破譯兩層含義[1]。跳頻通信作為擴頻通信的一種重要形式，是現階段我潛艇廣泛使用的一種抗截獲通信方式。但隨著通信技術的發展，各國對跳頻信號的截獲、識別理論上已經比較成熟，尤其是對中、低速跳頻信號的圖樣跟蹤、信號拼接、調制識別、信息獲取已經成為可能，這對潛艇隱蔽通信構成極大威脅[2]。因此采用單一調制方式的跳頻通信非常不利于潛艇隱蔽通信的信息安全。如果在跳頻通信過程中采用跳變的調制方式，可在跳頻圖案被識別破譯后，利用調制跳變保障信息安全，使敵無法進行調制識別和同步解調，減少潛艇通信暴露概率，提升隱蔽通信能力[4]。
1 目前潛艇隱蔽通信技術
在信息化海戰中，潛艇作戰指揮信息傳遞從簡單的作戰指令、情報向戰場綜合態勢、實時戰術情報和戰場監視發展[7]，對潛艇的隱蔽通信提出了更高的要求。在潛艇隱蔽通信的研究中，信源加密和傳輸保密是保證通信安全的兩大策略[5]，通常采用以下幾種技術：
1.1 信道防護技術
為提高潛艇發射信號的抗截獲信能，可采用擴頻、猝發等技術體制[9]，降低信號功率譜密度、增加載頻和射頻信號發射時間的隨機性，縮短信號的暴露時間，從而降低信號的截獲概率。其中，擴頻技術可分為直擴、跳頻、跳時或幾種技術的組合應用。
直擴通信即直接序列擴譜通信或偽噪聲通信[10]，是用高速偽隨機碼調相而呈現寬帶信號。在直擴通信過程中，由于信號能量分散，且信號電平低于背景噪聲電平，信號被淹沒在噪聲之下，因而具有較強的隱蔽性。
跳頻通信通過使用不同的載頻來實現頻譜的擴展，通過偽隨機碼的隨機跳變來選擇不同的信道[8]。因此跳頻通信系統的保密性取決于跳頻圖案的偽隨機性和跳頻圖案的密鑰量。隨機性越強、密鑰量越大，通信隱蔽性越強。
跳時通信系統也是一種擴頻通信系統，該系統常與直擴和跳頻組合使用。
猝發通信則是采用盡可能高的發信速率，通過縮短信號暴露時間、實現潛艇快速隱蔽通信的重要技術手段。
1.2 信號加密技術
敵方在截獲我方通信信號后，還需經過識別、破譯才能獲取信息內容。信號加密技術通常包括語音加密、數據加密、圖像加密等技術?，F階段常用的語音加密技術為數字話音加密技術，主要采用非序列密碼加密和分組密碼加密。序列加密算法可用于數據加密和圖像加密，此外圖像加密還可采用圖像擾亂等方法。在加密前還應盡量縮短信號信息量，變“報文”為“信號”，減少發信時間。
1.3 分集接收、點波束技術
潛艇信號發射波束要集中，并應定時定向發射進入指定區域，從而縮小信號被偵察截獲的范圍。再者，由于擴頻猝發通信信號比窄帶弱，還需采取時分多址、空分多址等分集接收技術提高擴頻猝發通信接收的可靠性。
2 調制跳變技術抗截獲原理
在實際通信過程中，如果我潛艇只采用一種固定的數字調制方法，可使敵方在長期偵測后獲取同一調制方式下的大量時間連續、調制連續的觀測樣本，形成數據庫。為有效防止敵方利用這些觀測樣本進行調制識別，就需采用調制跳變技術。
所謂調制跳變就是在信道條件允許的條件下，利用多種調制技術隨機跳變的方式對發送信號進行調制的一項技術[6]。利用調制跳變技術傳輸數據的過程中，數字基帶調制方式按偽隨機方式進行跳變，接收方再按約定的調制方式對接收數據進行解調。現有的調制識別技術主要針對某一種或某幾種調制方式進行識別，在敵方掌握我大量調制觀測樣本后，識別正確率就很高。尤其在我跳頻圖案也被截獲破譯后，潛艇通信隱蔽性便無從談起。此時，若調制方式由固定的一種或幾種變成跳變時，敵方現有的調制識別機制就會失效[11-12]。將跳頻通信技術和調制跳變技術相結合，就是為了使通信信道中的信號特征更具隨機性，使得敵方面臨解跳和調制識別的雙重難題。因此，將跳頻通信技術與調制跳變技術結合起來，可增加敵方識別調制方式和破譯傳輸信息難度，對提高潛艇通信抗截獲、抗破譯能力具有積極意義。
調制跳變技術實現和應用過程中的關鍵技術是收發雙發的同步，最主要的就是調制跳變圖案同步。調制跳變圖案實質就是多元跳變序列控制調制信號幅度、頻率、相位等跳變參數，使接收端無法通過單一調制方式進行調制識別。調制跳變圖案同步分為捕獲階段和保持階段，捕獲性能直接決定同步性能。
3 調制跳變技術國內外研究現狀
目前，國內外對于調制跳變技術的研究都處于起步階段，有關于調制跳變技術研究的論文也不多見，理論空白較大。國外可查的文獻中主要是利用自適應調制來提高通信系統的適應性，國內目前有川大的高勇教授在進行有關跳頻通信調制跳變的相關研究和吉大馬卓教授的調制跳變算法的研究。
4 結語
在潛艇通信過程中，良好的抗截獲、抗破譯能力是保證潛艇隱蔽通信的一個關鍵問題[3]。隨著各國信號截獲技術的提高，單純利用提高跳頻速率來提升潛艇通信的抗截獲性能已不能滿足系統要求。因此利用將跳頻通信與調制跳變相結合的新技術來提升潛艇的隱蔽通信能力的具有廣闊的研究前景。但在整個通信系統中，調制跳變技術對潛艇抗截獲性能的改善是以提升系統設計復雜性為代價的，且調制跳變作為一項新生技術，還有很多匹配技術，如同步技術需要進一步完善，因此該技術從理論分析到定量研究再到實際應用于潛艇作戰還存在相當大的差距。 參考文獻
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Thoughts on Improving the Concealment Communication Capability of Submarine Based on Frequency Hopping and Modulation Hopping
YANG Yan-zhu，HUANG Rui，LIU Cui-hai
?。≒LA Navy Submarine Academy，Qingdao Shandong 266100）
Abstract：Concealment communication is an important factor to determine the effectiveness of submarines. And frequency hopping is an important measure to guarantee the concealment communication of submarine. At present， the technology of frequency hopping interception， reception and recognition by various military powers is quite mature. In order to guarantee the safety of submarine communication， this paper puts forward the idea of combining frequency hopping and modulation hopping to improve the concealment communication of submarine.
Key words：frequency hopping;modulation hopping;submarine concealment communication
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