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1、天地一体化网络空间信息抗干扰技术 摘要：基于空间信息抗干扰概念和典型系统抗干扰技术应用分析，提出了天地一体化信息网络中空间信息系统在信息获得、传输、存储和处理过程中均面临干扰的特点。指出了国际上空间信息抗干扰的新趋势，如系统防护实力愈加全面、系统抗干扰实力不断增加、卫星组网日趋成熟、网络平安协议标准化等，同时还指出中国空间信息抗干扰面临的新问题，如多重干扰并存、“弹性”体系中的抗干扰实力生成、国际新环境下空间系统主动抗干扰等，并给出了天地一体化信息网络空间信息抗干扰将来的探讨方向建议。 关键词：天地一体化信息网络；抗干扰；空间平安 中图分类号：TN929.5 文献标记码：A 文章编号：1019
2、-6868 04-0049-005 得益于低成本火箭放射技术、微小卫星平台技术和载荷技术的迅猛发展，实现全球信息，特殊是天基信息共享的天地一体化信息网络正在全世界范围内引发广泛关注1。空间信息系统作为一类在太空中组网应用的特别信息系统，因其应用环境的特别性以及获得信息、传输信息的制约性，面临着较地面信息系统更为困难、特别的抗干扰问题。空间信息抗干扰问题已经成为影响这一网络正常获得信息、有效传输信息的关键问题之一，干脆关系到空间信息在应急救灾、才智城市、国家平安等多个领域的应用。 1 空间信息抗干扰内涵 “空间信息抗干扰”与“空间信息对抗”密不行分。空间信息2对抗是指“空间攻防中，以信息获得、传
3、输、存储、处理过程为中心构成的对抗。又称空间信息战。是一种信息化的作战形态，通过破坏敌方信息内容、基于信息过程、信息系统和信息网络，同时爱护己方的信息、信息过程、信息系统和信息网络，取得制信息权。”依据上述定义，我们认为：空间信息抗干扰是指以空间信息获得、传输、存储、处理过程为中心，为爱护己方信息、信息过程、信息系统和信息网络，确保平安、有效地利用空间信息的技术手段。 天地一体化信息网络中，面临干扰威逼的组成要素有空间段的卫星系统，包括轨道段的卫星，信息传输、处理过程的跟踪限制链路和数据链路，以及地面段的地面站、用户设备等，不同的空间系统和网络设施须要对抗的潜在干扰类型和环节也不同。文章针对空
4、间信息传输、存储和处理过程中的抗干扰技术，探讨了其他一些国家相关系统和技术的发呈现状与趋势，分析了目前存在的主要问题，提出了将来的探讨方向。 2 典型的空间系统抗干扰技术 2.1 美军通信卫星抗干扰技术 美军的受爱护通信卫星系统经验了从“军事星”到“先进极高频”卫星的更新换代。在系统建设初期，鉴于当时的冷战、核战形势，Milstar I卫星突出强调核作战条件下的防护性能；随着冷战结束，Milstar II卫星弱化了核防护实力，提升了抗干扰实力及通信性能；而AEHF是美国新一代高防护性能的地球静止轨道军事通信卫星系统，用于替代“军事星”卫星系统，代表了国际上抗干扰卫星通信的最高水平。针对实时视频
5、、战场图像、目标数据等战术信息传输的新需求，AEHF进一步提升了通信速率、系统容量，在包括核斗争在内的各种规模斗争中，为美军关键战略和战术部队供应防截获、抗干扰、高保密和高生存实力的全球卫星通信3-4。其在抗干扰方面的主要技术特点如下： 业务容量和数据速率获大幅提高 AEHF卫星在Milstar-II卫星低数据率载荷和中数据率载荷实力的基础上，增加了扩展数据率载荷实力，最大数据率提高到8.192 Mbit/s。AEHF卫星的单星数据容量从Milstar-II卫星的40 Mbit/s提高到430 Mbit/s，超过了Milstar卫星通信系统的总和。星间链路数据率也由10 Mbit/s提到了60
6、 Mbit/s。 实行多重措施以增加抗干扰实力 采纳波束成形网络供应调零天线，对于潜在干扰，波束成形网络将使天线自动调零，而在波束覆盖范围内的合法用户则可以正常运用卫星，不须要由地面限制和干涉。而且，采纳的波形本身也具有很强的抗干扰实力。此外，除了采纳扩频或跳频技术实现低检测概率和低截获概率，还应用了先进的加密技术，密钥由美国国家平安局供应。 星间链路实力提升互联互通实力 系统中卫星之间具有星间链路，与Milstar卫星之间也有星间链路。AEHF星间链路通过V波段星间链路天线实现，星间链路天线馈源可以在60 GHz的频率上以5%的带宽实现单脉冲跟踪。 2.2 GPS系统抗干扰技术 全球卫星定位
7、系统的重要性和作用使其必定成为攻击的靶子。虽然目前GPS系统采纳了扩频措施用于降低非授权用户定位精度的选择可用性措施，用于反电子欺瞒和保密的反电子欺瞒措施等，具备了肯定的防护实力；但随着攻击技术的探讨和发展，只须要以足够高功率、具有适当时空特征的欺瞒干扰信号，就可以在指定的威逼区域使GPS失效。为此美军方提出了全新的GPS III安排，重新设计天基导航和授时系统，包括卫星设计、补充要求、信号增加及抗干扰。有效载荷抗干扰措施主要包括： 提高空间信号的完善性，要求对星上故障或信号超差能在60 s内发出通知。 采纳新的军用M码信号，结合新的M码信号以抗拒非授权者运用，且能反抗干扰。 提高功率和点波束
8、放射，采纳高增益点波束天线，能对选定地区集中更高的功率。M码信号至少增加20 dB，以应付干扰的威逼。 此外，针对卫星导航在防欺瞒方面的脆弱性，探讨人员分别从信号体制、终端技术及外部协助等3个方面提出了很多防欺瞒技术5-8，开展了相关探讨。 2.3 英国Skynet系列卫星通信系统抗干扰技术 英国的军用通信卫星天网迄今已发展到了第5代。Skynet-5卫星体现了军事卫星通信的前沿，如星上载有特高频和超高频有效载荷，采纳调零天线增加抗干扰实力，拥有多种可控点波束，并可通过铱星等提高其通信业务的覆盖面。其主要性能和特点有： 高性能的卫星平台 欧洲星-3000S卫星平台是在欧洲星-3000的基础上特
9、地研制而成的，其综合性能世界领先，能够满意卫星的设计和尺寸要求，可携带73台以上的转发器。 高性能的星载设备 星载设备符合北约防核及防激光辐射设施平安标准。星载的超高频和X频段转发器数量是Skynet-4转发器数量的3倍多，且天线具有多点波束可旋转性；通信容量是Skynet-4卫星的5倍以上，通信速率也大幅提高，可供应平安牢靠的实时加密话音和数据链路通信。 敏捷的覆盖实力 具备覆盖大西洋和印度洋的通信实力，装备有先进的现代化通信设备，可为英军供应平安、高效、大容量的军事通信服务。卫星的4副可控天线及超高频和X频段转发器，可依据任务须要将波束指向某一地区，使通信效率和敏捷性大大提高。此外，还与美
10、国军用卫星相互兼容和联通，同时也与铱星、国际通信卫星和国际移动卫星等商业卫星联通，系统综合利用率既敏捷又高效。 较强的抗干扰实力 采纳调零天线增加了抗干扰实力，并且增加了硬度以防核辐射和激光侵蚀；同时采纳如码分多址、星上处理和多波束调零天线覆盖等现代通信的高新技术，使得英军在将来10年的信息化作战实力和全球机动作战保障实力等方面得到了进一步的提升。 新型电子密钥管理 安装了新型密码装置，该系统中的CLERISY采纳美国的电子密钥管理系统标准协议。为通信保密管理人员供应自动管理、生成、分发、存储、统计和访问限制等功能。 2.4 俄罗斯通信卫星抗干扰技术 俄罗斯卫星通信起步早，拥有多个卫星通信系统
11、，陆海空三军都装备有卫星通信终端，但是数字化水平低，功率小，数据传输速率低，其实力远低于美国等西方发达国家的卫星通信系统。其主要特点是依据较多种类的卫星以及卫星星座构成相应的卫星通信系统。 2.5 其他相关技术发展 随着空间技术的发展，一些新型的防卫措施也可以起到信息抗干扰防护的作用9-10，例如，空间网络平安协议的标准化、在星间采纳的具有高度保密性及抗干扰性的激光通信手段、卫星轨道机动技术以保障卫星正常工作以及“弹性”。 2.5.1 CCSDS通信平安协议 民用空间链路采纳国际空间数据系统询问委员会标准，美国和欧洲军用航天器也在推广CCSDS标准。CCSDS协议较为广泛的应用集中在链路协议。
12、链路层平安协议只能hop-hop级，但是空间链路可以考虑采纳链路层以上的平安协议实现端到端的平安性11-13。对于现有的链路层通信平安协议来说，主要考虑CCSDS标准中的空间通信协议规范-平安协议和地面成熟的互联网平安协议。 2.5.2 空间激光通信技术 空间激光通信是以激光作为信号载体，在自由空间信道和大气信道中传输，实现信息交换。较于微波通信，在传输速率和容量方面，激光通信具有频带宽、潜在传输速率高的优势；在通信平安性方面，激光通信具有保密性好以及抗干扰这一明显优势；此外，激光通信终端体积小、重量轻、功耗低，特别适合卫星搭载。美国把激光通信作为航天技术重点发展的18个领域之一。发展包括月球
13、激光通信演示项目、火星激光项目等。其中，LLCD项目是世界上首次进行深空激光通信在轨演示验证的项目。该体制也为美国国家航空航天局今后发展深空激光通信的主要方式。 2.5.3 卫星轨道机动技术 美国在轨运行的高级光电成像侦察卫星“锁眼”具有极强的机动变轨实力，燃料用完后可由航天飞机对其进行在轨加注，因而可随时调整卫星轨道。利用卫星自身机动实力，既能够机动敏捷地在轨道上运行，躲避反卫星武器的攻击进行被动防卫，又可以在其上安装空间监视装置，攻击告警装置和针对威逼的对抗装置，部署在主卫星四周进行伴飞，当发觉有针对卫星的攻击行为时，可以针对攻击进行诱骗、阻挡或拦截等主动防卫。可以说，该系统是美军对空间防
14、卫问题进行长时间思索的结果14。 2.5.4 敏捷的“小空间”系统 “小空间”系统因研制周期相对较短，具有快速响应、按需放射、敏捷组网、成本可控的独特优势，可显著增加美国的空间系统弹性 15。作为探究小卫星迈向作战应用的重要项目，美国的“作战响应空间”项目已经取得显著进展。该类系统既可降低技术风险，节约研制费用，缩短研制周期，又可以增加空间系统的敏捷性和强健性，空间单个节点失效将不会造成整个系统服务实力失效。 3 空间信息抗干扰发展趋势分析 大力发展军事通信卫星的抗干扰实力 通过发展星载高辨别率多波束自适应调零天线技术、极高频抗干扰技术、直扩和跳频、跳时技术及其混合技术、星上再生处理技术等，消
15、退对方的强干扰，保证卫星平安稳定运行。如美国的抗干扰系列卫星AEHF，英国的Skynet系列卫星等代表了当今世界卫星通信抗干扰技术的最高水平，并且保证了卫星具有很强的抗干扰功能。 系统防护实力愈加全面 依据可能面临的各种干扰威逼，美军对抗干扰卫星通信系统都进行了全面的防护设计，在系统平台、载荷、测控链路、通信链路等各方面都进行了细心考虑，采纳了各种先进的电子防卫手段，确保系统没有明显的短板，能够对抗各种形式的干扰威逼。英、法等国空间系统也针对潜在的干扰实行了较为全面的防护设计。空间信息抗干扰技术正向抗核辐射、高可控、高防护实力方向发展。 系统抗干扰实力不断增加 从Milstar-I系统的单用户
16、最高速率为2.4 kbit/s，但是单星容量不到0.5 Mbit/s，发展到Milstar-II系统的单用户最高速率1.544 Mbit/s，单星容量40 Mbit/s，到AEHF系统单用户最高速率达8 Mbit/s、单星容量430 Mbit/s，其规划的下一代系统单用户最高速率为45 Mbit/s，单星容量近10 Gbit/s。空间信息抗干扰技术正朝着超大容量、超宽带、高速率保密通信的方向发展。 卫星组网日趋成熟 无论是美国的军事星系列，还是英国的Skynet系列，或是借用商业卫星的军事通信，均为组网应用方式，既有高轨卫星组网，又有中、低轨卫星组网。卫星组网在很大程度上增加了卫星的自主性，提
17、高了卫星系统的抗干扰和抗毁实力。 网络平安协议标准化 无论是欧洲航天局还是NASA，都对CCSDS中规定的标准大力推广。在民用航天方面，已经得到大量应用，在军用航天方面，也在推广。实行的平安方案往往简洁明白，易于执行。 4 空间信息抗干扰存在的问题 上面介绍了近年来典型空间信息系统抗干扰技术的主要探讨成果，这些工作都取得了肯定成效，但随着新技术和干扰/攻击手段的不断发展，目前仍有几个方面的相关问题有待解决。 多重干扰并存下的空间信息系统可用性问题 对空间信息系统的干扰手段是多样的，抗干扰的措施也层出不穷，但是现在还没有一种抗干扰技术可以抵挡任何干扰。可以说，空间信息系统的抗干扰是一项系统工程，
18、它要综合考虑到干扰方可能采纳哪些干扰手段的最低通信需求，或者自然干扰的特征是什么，并依据其详细环境来选择相应的抗干扰手段。 “弹性”体系中的抗干扰实力生成问题 将来空间信息网络不仅通过单一手段进行信息平安防护，网络中的路由技术可以是跨层设计，通信链路中的抗干扰手段可从信息层面到信号层面都进行防护，并采纳多种新型的手段，防止信息被截获或者篡改。 国际新环境下的空间系统主动抗干扰问题 从目前以美国为首等发达国家发布的空间战略中可以看到，其对于空间网络的平安观发生了重大转变，从以往的基于平安防护的基调转变为增加空间威慑力，但同时也表明开展航天国际合作的看法。 5 结束语 信息网络抗干扰问题不容忽视，
19、须要客观分析面临的潜在干扰威逼，特殊是空间信息系统的抗干扰问题，找寻切实可行的技术方案。文中，我们探讨了空间信息抗干扰的概念内涵，探讨了典型空间系统的抗干扰技术发展，总结了空间系统防护实力、抗干扰技术手段、应用模式、协议标准化等方面与空间信息抗干扰相关发展趋势，并探讨了这些技术存在的问题。 参考文献 1 张乃通， 赵康， 刘功亮. 对建设我国“天地一体化信息网络”的思索J. 中国电子科学探讨院学报， 2022，6： 223-230 2 王兆耀， 张育林， 张珩， 等. 中国军事一百零一科全书军事航天技术 M. 北京： 中国大一百零一科全书出版社， 2022 3 张春磊. 美军“移动用户目标系统
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