国外空间电子对抗技术发展

2017 年 12 月 29 日 无人机 周宇昌

本文由《空间电子技术》杂志社提供

作者为中国空间技术研究院西安分院空间微波技术国家级重点实验室成员。

引言

空间军事系统可提供关键的战场侦察监视、情报搜集、通信广播、导航定位、导弹预警、气象保障和地形测绘等重要军事信息，是战场感知的重要组成部分，起着“耳目”的作用，这也是美军的信息优势所在。目前的空间军事系统可以看作是一个电子信息系统，具有获取、传输、处理和分发信息的独特能力，而空间电子对抗主要是以空间电子信息、基于空间电子信息的过程、空间电子信息系统及基于其的网络为攻防对象，以达到获取信息优势、进而采取各种行动。因此未来的空间电子对抗实质上也将是一场空间系统的信息对抗，空间电子对抗将是空间信息对抗活动中一项最重要的内容［1］。

由于空间系统主要是一个电子信息系统［2］，对空间系统的电子信息攻击就成为必然。目前空间电子信息攻击已引起各国的重视，特别是现代电子战、网络中心战、计算机战、指挥控制战、赛博空间等概念的出现和融合，大大丰富了空间电子对抗的内涵。目前空间电子对抗的研究已进入加快发展的阶段，地基空间电子对抗系统已进入实际部署应用，天基空间电子对抗也已成为各航天大国的研究重点。可以认为空间电子对抗是指以空间系统的电子信息、电子信息的获取、传输、处理的过程、电子信息系统及基于空间系统的网络为攻防对象，以达到信息优势而采取的各种行动［3］。

美国空军将空间控制分成三个子领域［4，5］:空间态势感知（SSA）、防御性空间对抗（DCS）和进攻性空间对抗（OCS）。SSA在近期的措施包括研制天基跟踪/监视传感器星座；DCS近期的任务是研制一个能探测对美国航天系统进行的攻击，并改进对攻击特性进行识别处理的能力；OCS近期的措施是研制使敌方航天系统暂时失效，无法向敌方提供信息的地面系统。

图1列出了美空军新的空间对抗战略规划设想概要［6，7］。不难看出:空间对抗将在地基、空基、天基不同层面上进行。空间对抗正从地基、空基向天基攻防作战方向扩展。空间攻防技术在进一步改善感知能力的同时，防护和攻击的手段正在逐步加强。

图1 美国空军新的空间对抗战略规划（2006-2030年）

由于目前大部分卫星工作在微波频段，如通信卫星、导航卫星、遥感卫星、电子侦察卫星、微波成像雷达（SAR）卫星等，因此卫星微波对抗在未来空间对抗系统中占有重要地位。文章主要介绍和分析国外空间电子对抗微波有效载荷技术的发展状况和未来趋势，对发展我国空间电子对抗技术提出一些建议。

1 卫星微波告警定位技术

目前在研的卫星微波告警系统主要有美国的卫星威胁告警与攻击报告（STW/AR）系统和“快速攻击、识别、探测与报告系统”（RAIDRS）。

1999年，美国空军开始研究卫星威胁告警与攻击报告（STW/AR）系统。该系统是一项高度保密的计划，这种系统将安装在军用、民用系统上，用以探测和识别对美国及其盟国的航天器有威胁的射频和激光干扰，并将这种干扰的特征报告给地面工作站，工作站的专家将根据此情况信息推断这种干扰对其通信、导航、导弹告警或监视等任务会产生什么影响，而且能预测哪些性能会降低。该计划的主要星载敏感器是激光敏感器（2kg）和射频敏感器（＜2. 3kg）。STW/AR射频敏感器试验将在MightysatII.2试验卫星上进行，名称是微型卫星威胁报告系统（MSTRS）。由几个地基卫星跟踪雷达作为射频干扰源参与STW/AR载荷试验。发展这项计划的原因是，美军认为今后反卫星技术将在世界范围内有较快发展，美国的卫星将会受到别人的地基雷达、射频干扰机或激光系统的干扰或毁坏，因此必须采取防护措施，使美国的卫星“难以发现”、“难以击中”、“难以消灭”。

目前通信卫星系统实现干扰源定位的技术主要有:（1）基于相位的干扰源定位技术:比相测向技术；（2）基于幅度的干扰源定位技术:比幅测向技术；（3）基于阵列信号处理的干扰源定位技术:空间谱估计技术；（4）基于时间/频率的干扰源定位技术:时间差/频率差（TDOA/FDOA）定位技术。按照利用卫星的方式，通信卫星干扰源定位技术又可分为单星干扰源定位技术和双星干扰源定位技术。其中（1）、（2）、（3）项的测向技术主要用于单星定位方式；第（4）项技术目前主要用于双星定位方式。

此外，国内外还开展了将干扰源定位技术和天线抗干扰技术相结合的通信卫星干扰源定位与自适应调零一体化技术研究，开辟了新的研究方向。

卫星干扰源定位系统的关键技术包括:（1）高精度的原始参数测量技术；（2）单星定位算法；（3）系统误差校正技术等。

目前卫星微波告警定位技术的发展趋势主要有:（1）多种告警工作模式相结合。如对雷达侦察、微波干扰、高功率微波损伤、激光摧毁等的告警。（2）星载告警设备的微小型化。（3）提高目标定位精度、减少虚警误报。（4）干扰源定位技术和抗干扰技术相结合的一体化技术等。

2 卫星微波抗干扰技术

据报道，美空军已部署了多个用来暂时压制通信卫星和成像卫星的地基系统，以阻止敌方在战争期间利用通信卫星和成像卫星。美空军太空司令部反太空部负责人苏珊·海尔姆斯表示，反通信系统和反监视侦察系统已分别于2005年和2008年部署，这两个系统已成为美国所有太空控制工作的关键组成部分。此外民用卫星也容易受到人为恶意干扰，如XXX分子对我国鑫诺星的非法干扰。种种事态表明，我国对卫星抗干扰防护技术的需求已刻不容缓。

卫星微波抗干扰技术是为对抗干扰方利用电磁能和定向能控制、攻击微波电磁频谱，以提高卫星有效载荷在微波对抗中的生存能力所采取的反对抗技术体系、方法和措施，是卫星防护技术研究中的重点，其目的是尽最大的努力抑制敌方对我方空间微波信息获取、传输、处理和分配等能力的攻击，以有效的措施保障空间电子信息系统的安全。实现卫星通信有效载荷抗干扰的主要技术途径有:1）星上抗干扰处理技术；2）星上抗干扰天线技术；3）星上跳/扩频技术；4）星间链路技术；5）数据传输差错控制技术；6）数据存储转发技术等。

目前卫星微波抗干扰技术发展较快的是美国军用通信卫星的各种抗干扰技术，其导航卫星（GPS）抗干扰技术也在加紧研制中，典型的采用抗干扰措施的军用卫星有国防通信卫星DSCSⅢ、军事星Milstar和GPSⅢ等。

2.1 美国DSCSⅢ卫星抗干扰技术

第三代国防卫星通信系统（DSCSⅢ）是美军重要的卫星通信系统，采用了以下主要抗干扰技术。

（1）采用多种抗干扰通信体制

（2）多波束调零天线技术

（3）频率交链技术

（4）其它抗干扰技术

DSCSⅢ卫星通信系统还采用了通信速率可变、多种纠错方式、抗核辐射加固、提高地面站的抗干扰性能等技术和措施。

2.2 Milstar卫星抗干扰技术

Milstar（军事战略与战术中继卫星）系统是美国国家指挥中心与轰炸机部队、潜艇部队、地面部队之间建立的抗核爆炸可靠性极高的军事卫星通信系统。以海军为主、陆海空三军共用，是美国90年代和21世纪投入使用的最重要的战略和战术军事通信网。

Milstar卫星采用的抗干扰技术主要有:

（1）高速宽带跳频技术

（2）多波束调零天线技术

（3）星上信号处理技术

（4）其它抗干扰技术

Milstar还采用了数据传输纠错技术、加密技术、60GHz星间链路技术、抗核辐射加固等其它抗干扰技术，使得Milstar卫星空间部分有足够的抗干扰能力，可提供不受干扰的保密通信。

2.3 GPSⅢ卫星抗干扰技术

GPS III卫星计划于2012年首次发射。为适应美国国防部的导航战要求，美对GPS现代化计划不断更新。包括提高星历自主更新的自主能力和抗摧毁能力，采用M码和频谱复用技术，使军民信号分离，提高军码保密性，提高军码发射功率，依靠星间链路通信能力，实现在轨数据交换，提高星历精度等一系列强化措施。为此美军方提出了全新的GPSIII计划，重新设计天基导航和授时系统，包括卫星设计、补充要求、信号增强及抗干扰。有效载荷抗干扰措施主要包括:

（1）提高空间信号的完善性。要求对星上故障或信号超差能在60s内发出通知。

（2）采用新的军用M码信号。GPSIII将结合新的M码信号以抗拒非授权者使用，且能抵抗干扰。

（3）提高功率和点波束发射。目前GPS系统的低功率信号对干扰特别脆弱，GPSIII星座卫星将比现有卫星传输功率大100倍，M码信号至少增强20dB，以对付干扰的威胁，其做法是采用高增益点波束天线，能对选定地区集中更高的功率。美国用通信卫星抗干扰技术用例如表1所示。

目前，国外军用通信卫星抗干扰的主要发展趋势是采用星上自适应调零天线和采用更高的转发器带宽以获得更高的扩频处理增益及采用混合式抗干扰体制。

表1 美国军用通信卫星抗干扰技术用例

3 卫星微波干扰技术［8，9］

卫星微波干扰技术是指干扰方利用电磁能和定向能控制、攻击卫星微波系统的技术。对卫星微波系统实施干扰可从地基系统也可从天基系统执行，卫星微波干扰有效载荷技术是空间攻防系统天基电子干扰有效载荷的主要技术之一。天基电子干扰方式一般分为压制式干扰和欺骗式干扰二种。

（1）压制式干扰:利用强大的干扰功率实施对目标信号的完全压制。主要包括窄带瞄准式干扰、宽带强制阻塞干扰、快速频率跟踪干扰等手段。

（2）欺骗式干扰:在敌方使用的通信信道上，截获、识别、利用敌方的通信方式、指令，并进而注入发送伪造的欺骗信息，以造成敌接收方的信息差错和判断失误。包括转发式干扰、冒充干扰和移频式干扰等手段。与地基干扰等方式相比，星载电子干扰机的最大优点是缩短了干扰卫星与被干扰卫星的距离，从而使得远距离状态下难以实现的有效干扰成为可能。

采用天基电子干扰方式的卫星微波干扰有效载荷可用于对通信卫星、导航卫星、电子侦察卫星、雷达卫星和其他数据传输卫星等的干扰。根据调研情况，目前国内外正在开展的卫星微波干扰有效载荷技术研究，属于敏感的保密内容，透露的情况很少，但就现有文献资料透露的情况看，研究的内容主要有以下几方面。

3.1 对卫星测控系统的电子干扰攻击技术［10］

遥测和遥控系统是卫星系统中不可缺少的组成部分。若遥测信号受到敌方干扰，就无法获取各种数据，或错误判断卫星状态。如果遥控指令信号受到干扰，卫星将可能失控，如果受到假指令欺骗，将可能错误地操作卫星，甚至使卫星下降或进入大气层烧毁。对卫星测控系统的攻击主要包括:一是对测控信息进行干扰；采用较大功率的干扰设备对敌方卫星的测控信号进行干扰，破坏敌方对卫星的有效管理；二是信息迷惑或伪装；对获得的敌方卫星的测控信号进行分析，并有针对性地发出注入的假信息，以实现对敌卫星信息迷惑或伪装，并将其与空间环境或内部因素所引起的故障混淆起来；三是干扰控制星上计算机；对截获的敌方卫星的遥控信号进行分析，破解其编码方式及密码，将我方的指令（包括计算机病毒）注入敌计算机程序或进行参数替换，干扰甚至控制敌方卫星上的计算机，以达到接管的目的。四是干扰攻击或摧毁地面测控系统。

3.2 对卫星通信系统的电子干扰攻击技术［11］

卫星通信的通信链路包含上行链路、下行链路和星间链路三种类型，一般军用通信所采用的抗干扰措施，如天线自适应调零、直接序列扩频、跳频、星间组网通信等在卫星通信中都可采用。因此天基电子干扰卫星通信，除了应研究一般反卫星通信的干扰方法以外，重点是研究天基干扰机对卫星通信系统上行链路、下行链路和星间链路干扰的特殊性。

尽管星载干扰机功率有限，但采用在轨电子干扰卫星，可通过选择空间位置配置方式，实施对敌卫星通信上、下行链路的干扰，有可能获得距离优势，而增强攻击效果，达到用较小的干扰功率对敌进行有效的阻塞式干扰，且可以减小干扰机的体积、重量。此外，采用伴星或寄生星方式，可以将卫星干扰机定位于通信卫星的附近，干扰其上行链路和星间链路，对上行链路干扰是一种效率高的干扰方式，因为它能影响整个卫星网的所有用户。地面干扰机几乎无法干扰星间链路。不过星载干扰机只有位于星间通信的收发路径上才能发挥作用。

美国1999年公布的国家安全空间规划表明，美国计划在2004年～2016年具备天基武器电磁软杀伤能力。研制的天基电磁软杀伤武器包括天基可定位射频干扰机（Space-Based Relocatable RF Jammer）和小型射频杀伤飞行器（Small RF Vehicle），其中小型射频杀伤飞行器美军建议2012年前部署，有分析文章认为它是一种具有强射频功率源的射频软杀伤反卫星系统，如电子干扰卫星。

2002年，英国BAE系统公司专门成立了空间分部从事天基电子战装置的研制。打算将公司在飞机和地面系统获得的大量有关电子战方面的专门技术与经验用于空间。该分部主任称与飞机进行电子战不同，运行在不同高度轨道上的航天器，需要装备不同的电子对抗装置。为了适应空间环境，需将天基电子战设备小型化，并予以加固以便能经受空间辐射。

国外的研究文献将天基电子对抗的方式分为三种:

（1）搭载式:将天基干扰机与任务载荷一起搭载在卫星上。

（2）护航式:天基干扰机与被保护系统运行在同一轨道上的一个独立卫星上（卫士卫星）。

（3）远距离支援式:天基干扰机位于不同轨道上的一个独立卫星上（杀手卫星），通常情况下，后者的轨道比被保护的卫星轨道高。

《美国空军2025》研究报告中还提出了用于电子干扰软杀伤的“机器虫（Robo-Bug）”微型卫星新概念。

这种微型卫星具有隐身和伪装能力，靠近或贴附在敌方目标卫星上。在适当的时候，将其激活，通过电子干扰（或其它电子战方法来扰乱敌方卫星信号）或欺骗的方式，攻击敌方卫星系统的上行、下行或星间链路。电子干扰方式是发射一个高功率电子信号使卫星的上行或下行信号错误增加，以造成卫星或地面站失去目标。

3.3 对导航卫星（GPS）的电子干扰攻击技术［12，13］

对导航卫星系统的电子干扰，既可针对导航星座卫星本身，也可针对广大用户终端实施。对导航卫星（GPS）系统的电子干扰攻击的主要技术包括:一是瞬时高功率摧毁干扰技术，GPS接收机抗瞬时高功率信号的能力较差，当GPS接收机的输入峰值达到10W时，限幅管将被烧坏，并将使输入电路永久性损坏，从而使接收机瘫痪；二是压制式干扰技术，干扰信号进入接收机后的强度高于GPS信号经解扩后的强度，从而使得接收机无法正确截获、跟踪接收信号；三是欺骗式干扰技术。它采用与GPS相似的信号作为干扰信号，具有很大的隐蔽性。目前有两种基于码相关的欺骗方法:直接转发和调制假电文转发。直接转发，即将干扰机接收到的GPS信号，经过一定的延时放大后，直接发送出去；调制假电文，即根据侦察得到的军码结构，产生和其相关性最大的伪随机码，然后在伪码上调制和导航电文格式完全相同的虚假导航电文，它可使用户不仅得到错误的伪距离，也得到错误的导航电文，使导航误差更大。天基干扰机可装载在低轨道卫星上，以减少对地面导航用户实施有效干扰所需的功率。但是，低轨道卫星相对于地球上的某一点是运动的而并非静止，不能进行定点干扰，只有当它通过目标上空时，才能实施干扰，因此其时效性受到限制。低轨星载干扰可采用欺骗干扰与压制干扰相结合，并用多星组成干扰辐射网。当然，也可将干扰星配置于导航星座的相同轨道，直接对导航卫星实施干扰，破坏其正确接收地面的上行指令和数据。从而影响其导航精度与能力。

3.4 对合成孔径雷达侦察卫星的电子干扰攻击技术

对合成孔径雷达（SAR）侦察卫星的电子干扰攻击技术主要包括:一是对星载电子设备的干扰。星载合成孔径雷达是有源微波遥感器，需要消耗较多的电源功率，其数据处理和信息传输量大。此外，由于它必须辐射电磁信号，因此它的运行轨道和工作时机都是暴露式的，较易遭受电子干扰的损害。雷达卫星需要检测目标反射信号，其信号传输路径衰减与距离4次方成正比，而干扰信号的传输路径衰减与距离2次方成正比，因此电子干扰容易获得所需的功率优势。干扰方式可以采用压制式干扰、欺骗式干扰、组合式干扰等方式。二是对数据通道进行干扰，可采用卫星干扰平台，战时采用低轨道卫星干扰平台，或“准伴星”的方式，在敌方SAR卫星向中继卫星或地面站传输图像数据时，进行干扰。

卫星微波干扰技术的发展趋势主要是向着小型化、大功率、多功能的综合一体化干扰技术发展。

4 空间电子对抗技术发展建议

通过对国外空间电子对抗有效载荷技术发展，特别是对技术处于世界领先地位的美国的情况分析，可以得到以下一些启示:

（1）未来空间对抗是不可避免的，未来空间对抗将首先是空间电子对抗。

（2）空间电子对抗的核心将是卫星电子对抗。

（3）空间电子对抗有效载荷技术是空间攻防系统卫星电子战的主要技术之一。是用于局部冲突，防止冲突升级和扩大的优选技术，是保护己方卫星系统作战效能，扰乱或破坏敌方空间电子系统的作战效能，给敌方造成通信中断、指挥瘫痪、雷达迷盲、武器失控等被动挨打局面的一种重要的卫星电子战技术。

此外，应认真研究各种新技术在空间电子对抗有效载荷技术中的应用。空间电子对抗技术是一项复杂的、涉及面广的技术，需要从系统的角度综合考虑。应深入开展空间电子对抗有效载荷技术的研究，特别是空间电子对抗新理论、新体制、新技术的探讨和研究，以及软件无线电技术、人工智能技术、数字信号处理技术、量子保密通信技术、大功率合成技术、高能微波技术、微纳电子技术、网络攻防技术等在空间电子对抗有效载荷技术中的应用和研究。

《空间电子技术》于1971年创刊，刊名为《国外空间电子技术动态》，1975年起更名为《空间电子技术》。2003年5月28日国家科技部批准为国内公开发行，批准文号：国科财函［2003］10号。本刊主要报道国内外空间电子技术领域最新技术与研究成果，经验总结，发展动态学，内容包括卫星通信，微波遥感，无线技术，卫星测控，数据传输与处理，电源电路技术，电磁环境与可靠性、计算机应用、航天工艺，空间材料，空间站与载人航天等。