摘 要 隐蔽性是实现舰艇战斗力的关键要素之一，隐蔽通信是保障舰艇隐蔽性的重要前提。本文从时、空、频三个维度研究分析了隐蔽通信的关键技术。并以此为基础，结合水面舰艇的作战特点与通信需求，设计了水面舰艇的隐蔽通信架构，并给出实现路线。
关键词 水面舰艇；隐蔽通信；猝发通信；定向通信；扩频通信
Key Technologies Analysis and Design Realization of Surface Ship Covert Communications
CHENG Zheng1 FAN Jiaxin2 YIN Zhiguo2 YU Quan3
1. XX Representative office in Jiangnan Shipyard （group） Co. Ltd.， Shanghai 201913；
2. Wuhan Maritime Communications Research Institute， Wuhan 430205；
3.Wuhan University， Institute for the development of science and technology， Wuhan 430072
Abstract Concealment is one of the key elements for the realization of warship’s fighting capacities. Covert communication is an important prerequisite for ensuring the concealment of ship. We research and analyze the key technology of covert communication from three dimensions of time frequency and space. Then， considering the operational characteristics and communication requirements， we design and realize the covert communication architecture of ship.
Key Words Ship， Covert Communication， Burst Communication， Beam Communication， Spread Spectrum communication.
前言
隱蔽性是影响水面舰艇战斗力的关键要素之一。良好的隐蔽性能够保障舰艇进攻行动的出其不意，也是自防御的重要手段。
在现代海军的建设中，针对雷达、红外、声呐、电磁等方面日益增长的隐身要求，新概念水面舰艇已开展了舰面集成化设计、红外辐射抑制、隔振降噪控制以及电磁辐射抑制等多项工作[1]。但在通信隐身方向，主要集中于潜艇的隐蔽通信保障；而水面舰艇的隐蔽通信研究，技术积累与应用需求之间的差距矛盾正不断加剧。
通信能力是水面舰艇的常备支撑能力，也是战斗力的重要保障。本文从水面舰艇的隐蔽通信需求出发，对其关键技术进行分析，并研究具体设计实现途径。
1 关键技术分析
隐蔽通信技术的核心目标是最大限度地减少敌方探知己方发射信号的可能性，主要从时域、空域和频域三个维度实现。具体来说，在时域上，减少己方信号的暴露时间，降低时域上信号捕获的可能；在空域上，采用指向性通信方式，缩小信号暴露范围；在频域上，降低单位频带内的信号功率，提高频谱监测的识别难度。从而，实现通信能力时空频的隐蔽性。针对上述目标，目前隐蔽通信主要有以下三方面技术。
1.1 猝发通信
通信信号的留空时间越长，越有可能被敌方侦获。猝发通信的技术实质是缩短信号发送时间，以提高截收和侧向的难度。相较于传统实时通信方式，猝发通信采用“存储-压缩-瞬发”的方式进行报文及数据的发送；其技术途径是采用串行转换装置，将单路串行码转换为多路并行码，再经高速数字调制并发出，实现高速比特流数据的瞬时发送。因猝发通信具有随机性及瞬时性的特征，能够有效减低被敌方截获的可能，实现通信时域上的隐蔽性[2]。
1.2 定向通信
在空间上接收到信号是截获通信的必要前提。定向通信的技术实质是采用定向通信的方式，以缩小信号暴露范围。相较于全向通信，定向通信采用指向性强的窄波束进行通信，能够有效集中信号的辐射能量，减少接收范围内以外电磁泄漏。定向通信的技术实现核心是方向性天线，采用诸如相控阵、抛物面、八木等技术体制的天线，指向性强、波束宽带窄。定向通信不仅能够提高辐射功率的有效利用率，提高抗干扰能力，而且能够有效降低信号在空间上截获的可能性，实现通信空域上的隐蔽性[3]。
1.3 扩频通信
通信信号在单位频带内的辐射功率越大，被敌方侦测的可行性越高。扩频通信的技术实质是在保持信号总功率不变的前提下，扩展频谱宽带，以降低单位频带内的辐射功率，提高信号捕获的难度。相较于一般通信系统，扩频通信主要是增加扩频调制与扩频解调两部分内容，利用独立码序列调制数字信号，实现频谱的扩展，包括直接序列扩频、跳频扩频、跳时扩频、宽带线性调频等方式。扩频通信不仅抗干扰强，误码率低，最重要的是能够降低单位频带内的辐射功率，实现通信频域上的隐蔽性[4]。
除上述技术外，针对应用场景的不同，还可采用延迟发信、中继通信、信号隐藏等方式，在一定程度上提升通信的隐蔽性。
2 设计实现研究
与水下潜艇相比，水面舰艇不仅需要静默接收命令，更需要保持与岸基指挥所、水面舰艇、空中平台、水下潜艇等不同作战平台之间的不间断通信，以支撑协同作战。因此，水面舰艇的隐蔽通信设计中，一方面要考虑隐蔽模式下通信的高频度性，另一方面要重点关注多种通信手段的综合利用，以满足本舰与不同类型平台的协同通信需要。
针对上述设计要求，本文结合隐蔽通信的实际需求以及各类通信手段的综合特点，基于猝发通信、定向通信、扩频通信等关键技术，构建涵盖短波、超短波、微波等多种通信手段的隐蔽通信体系。立足于模块化、功能化的设计原则，在不影响水面舰艇通信系统作战效能的基础上，设计系统级的隐蔽通信模式。常规通信模式下，能够最大限度保障通信系统的完全作战能力。隐蔽命令下达后，能够实时切换到隐蔽通信工作模式。隐蔽通信体系架构如图1所示。
2.1 短波隐蔽通信设计实现
基于短波天波信号的远距离可达能力，采用猝发通信技术实现舰舰、舰岸之间的双向隐蔽通信。在设备硬件设计层面，以水面舰艇通信系统的短波收发信设备为基础，在系统运维管理设备的调度下，能够实时切换接入短波宽带全数字化超快速发信终端，实现短波猝发通信链路的构建。在技术实现层面，重点突破宽带猝发通信可靠性同步及接收技术，实现猝发信号载波、帧、符号定时同步；采用软件定义波形，实现报文长度可变和猝发带宽可选。
在短波通信方面，采用猝发通信的技术方式，实现隐蔽通信的目标达成。基于舰船通信系统的运维管理功能，通过调用猝发通信终端，构建系统级的短波通信隐蔽模式。
2.2 超短波隐蔽通信设计实现
基于超短波信號的视距通信能力，采用扩频通信技术实现编队内舰舰、舰空之间的双向隐蔽通信。在设备硬件设计层面，在数字化软件无线电终端中嵌入扩频通信波形，在系统运维管理系统的调度下，可对数字化软件无线电终端的扩频通信波形进行实时调用，实现超短波扩频通信链路的构建。在技术实现层面上，重点设计强自相关、弱互相关特性的高复杂度扩频码，同时研制高性能异步发送接收机和匹配滤波器，实现扩频通信波形本身的高效性。
在超短波通信方面，采用扩频通信的技术方式，基于数字化软件无线电终端的波形加载能力，利用舰载通信系统运维管理功能，调用扩频通信波形，构建信道级的超短波通信隐蔽模式。
2.3 卫星隐蔽通信设计实现
基于卫星的中继通信能力，采用定向通信技术实现大范围远距离舰舰、舰岸之间的双向隐蔽通信。在设备硬件设计层面，在传统微波卫星通信手段之外，独立设计研制一套卫星激光通信舰载站，包括光信号发射/接收系统、粗瞄/精瞄装置、海上大气影响补偿装置、舰艇振动补偿装置、光通信调制解调装置、信号储存处理装置等，利用在轨卫星，采用波束更窄的激光通信方式，进一步提升卫星通信的隐蔽性。在技术实现层面，重点突破海上大气对激光通信性能影响的补偿方法以及舰艇纵横摇对光信号快速捕获和稳定跟踪影响的补偿方法，解决海上大气与舰艇纵横摇对激光通信的影响。
在卫星通信方面，采用定向通信的技术方式，通过构建激光卫星通信舰载站，利用卫星作为中继，构建设备级的卫星隐蔽通信模式。
3 结束语
通过分析研究隐蔽通信的关键技术，结合水面舰艇的作战特点与通信需求，对水面舰艇隐蔽通信开展了设计与实现研究。基于短波、超短波和卫星等通信手段，采用猝发通信、定向通信和隐藏通信等技术，实现水面舰艇与其他作战对象之间的双向隐蔽通信。
随着隐蔽通信技术的不断迭代发展，现有技术将应用于更广泛的领域，新技术也将不断涌现，为水面舰艇的隐蔽通信提供技术基石，提高舰艇通信隐身能力，增强作战效能。
参考文献
[1] 赵健，王迎炜.舰艇隐身技术的发展分析[J].舰船电子工程， 2008，28（11）：43-48.
[2] 罗超.全数字化MQAM调制与解调研究及一种猝发通信实现[D].杭州：浙江大学，2006.
[3] 朱树敏，徐松岩，温崇雅，等.浅析潜艇通信反侦测的关键技术[J].数字技术与应用，2012，（6）：47.
[4] 叶中付，吴涛，徐旭.扩频通信系统的软件无线电实现结构及性能分析[J].电子学报，2001，29（1）：120-123.
作者简介
成郑（1990-），男，江苏盐城；毕业院校：东华理工大学，专业：通信工程，学历：本科，现就职单位：驻江南造船（集团）有限责任公司军代室，研究方向：舰船通信工程。
范佳欣（1990-），男，河南商丘；毕业院校：北京航空航天大学，专业：交通信息工程及控制，学历：硕士，现就职单位：中船重工集团公司第七二二研究所，研究方向：舰船通信系统设计和开发。
阴志国（1988-），男，山西太原；毕业院校：中国地质大学，专业：自动控制，学历：硕士，现就职单位：中船重工集团公司第七二二研究所，研究方向：舰船通信系统设计和开发。
余泉（1991-），女，湖北随州；毕业院校：北京邮电大学，专业：信息安全，学历：硕士，现就职单位：武汉大学科学技术发展研究院，研究方向：信息化。