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取、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，如系统防护能力愈加全面、系统抗干扰能力不断增强、卫星组网日趋成熟、网络安全协议标准化等，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”体系中的抗干扰能力生成、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未来的研究方向建议。

关键词：天地一体化信息网络；抗干扰；空间安全

中图分类号：TN929.5 文献标志码：A 文章编号：1009-6868 （2016） 04-0049-005

得益于低成本火箭发射技术、微小卫星平台技术和载荷技术的迅猛发展，实现全球信息，特别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殊信息系统，因其应用环境的特殊性以及获取信息、传输信息的制约性，面临着较地面信息系统更为复杂、特殊的抗干扰问题。空间信息抗干扰问题已经成为影响这一网络正常获取信息、有效传输信息的关键问题之一，直接关系到空间信息在应急救灾、智慧城市、国家安全等多个领域的应用。

1 空间信息抗干扰内涵

“空间信息抗干扰”与“空间信息对抗”密不可分。空间信息[2]对抗是指“空间攻防中，以信息获取、传输、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，同时保护己方的信息、信息过程、信息系统和信息网络，取得制信息权。”根据上述定义，我们认为：空间信息抗干扰是指以空间信息获取、传输、存储、处理过程为中心，为保护己方信息、信息过程、信息系统和信息网络，确保安全、有效地利用空间信息的技术手段。

天地一体化信息网络中，面临干扰威胁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、处理过程的跟踪控制链路（TT&C）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需要对抗的潜在干扰类型和环节也不同。文章针对空间信息传输、存储和处理过程中的抗干扰技术，研究了其他一些国家相关系统和技术的发展现状与趋势，分析了目前存在的主要问题，提出了未来的研究方向。

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

美军的受保护通信卫星系统经历了从“军事星”（Milstar）到“先进极高频”（AEHF）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卫星弱化了核防护能力，提升了抗干扰能力及通信性能；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、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，在包括核战争在内的各种规模战争中，为美军关键战略和战术部队提供防截获、抗干扰、高保密和高生存能力的全球卫星通信[3-4]。其在抗干扰方面的主要技术特点如下：

（1）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（LDR）和中数据率载荷（MDR）能力的基础上，增加了扩展数据率载荷（XDR）能力，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 Mbit/s。

（2）采取多重措施以增强抗干扰能力

采用波束成形网络提供调零天线，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使用卫星，不需要由地面控制和干涉。而且，采用的波形本身也具有很强的抗干扰能力。此外，除了采用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，密钥由美国国家安全局提供。

（3）星间链路能力提升互联互通能力

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（60 GHz）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

全球卫星定位系统（GPS）的重要性和作用使其必然成为攻击的靶子。虽然目前GPS系统采用了扩频措施用于降低非授权用户定位精度的选择可用性（SA）措施（已取消），用于反电子欺骗和保密的反电子欺骗（AS）措施（P码及Y码）等，具备了一定的防护能力；但随着攻击技术的研究和发展，只需要以足够高功率、具有适当时空特征的欺骗干扰信号，就可以在指定的威胁区域使GPS失效。为此美军方提出了全新的GPS III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60 s内发出通知。

（2）采用新的军用M码信号，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，采用高增益点波束天线，能对选定地区集中更高的功率。M码信号至少增强20 dB，以对付干扰的威胁。

此外，针对卫星导航在防欺骗方面的脆弱性，研究人员分别从信号体制、终端技术及外部辅助等3个方面提出了许多防欺骗技术[5-8]，开展了相关研究。

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（Skynet）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，采用调零天线增强抗干扰能力，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：

（1）高性能的卫星平台

欧洲星-3000S卫星平台是在欧洲星-3000的基础上专门研制而成的，其综合性能世界领先，能够满足卫星的设计和尺寸要求，可携带70台以上的转发器。

（2）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安全标准。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，可提供安全可靠的实时加密话音和数据链路通信。

（3）灵活的覆盖能力

具备覆盖大西洋和印度洋的通信能力，装备有先进的现代化通信设备，可为英军提供安全、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，可根据任务需要将波束指向某一地区，使通信效率和灵活性大大提高。此外，还与美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，系统综合利用率既灵活又高效。

（4）较强的抗干扰能力

采用调零天线增强了抗干扰能力，并且增加了硬度以防核辐射和激光侵蚀；同时采用如码分多址、星上处理和多波束调零天线覆盖等现代通信的高新技术，使得英军在未来10年的信息化作战能力和全球机动作战保障能力等方面得到了进一步的提升。

（5）新型电子密钥管理

安装了新型密码装置，该系统中的CLERISY采用美国的电子密钥管理系统标准协议。为通信保密管理人员提供自动管理、生成、分发、存储、统计和访问控制等功能。

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，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，其能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，一些新型的防御措施也可以起到信息抗干扰防护的作用[9-10]，例如，空间网络安全协议的标准化、在星间采用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通信安全协议

民用空间链路采用国际空间数据系统咨询委员会（CCSDS）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。链路层安全协议只能hop-hop级，但是空间链路可以考虑采用链路层以上的安全协议实现端到端的安全性[11-13]。对于现有的链路层通信安全协议来说，主要考虑CCSDS标准中的空间通信协议规范-安全协议（SCPS-SP）和地面成熟的互联网安全（IPSec）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；在通信安全性方面，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，非常适合卫星搭载。美国把激光通信作为航天技术重点发展的18个领域之一。发展包括月球激光通信演示（LLCD）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（NASA）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能力，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。利用卫星自身机动能力，既能够机动灵活地在轨道上运行，躲避反卫星武器的攻击进行被动防御，又可以在其上安装空间监视装置，攻击告警装置和针对威胁的对抗装置，部署在主卫星周围进行伴飞，当发现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御。可以说，该系统是美军对空间防御问题进行长时间思考的结果[14]。

2.5.4 灵活的“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、按需发射、灵活组网、成本可控的独特优势，可显著增强美国的空间系统弹性 [15]。作为探索小卫星迈向作战应用的重要项目，美国的“作战响应空间”（ORS）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，又可以增强空间系统的灵活性和强健性，空间单个节点失效将不会造成整个系统服务能力失效。

3 空间信息抗干扰发展趋势分析

（1）大力发展军事通信卫星的抗干扰能力

通过发展星载高分辨率多波束自适应调零天线技术、极高频（EHF）抗干扰技术、直扩（DS-SS）和跳频（FH）、跳时（TH）技术及其混合技术、星上再生处理技术等，消除对方的强干扰，保证卫星安全稳定运行。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。

（2）系统防护能力愈加全面

根据可能面临的各种干扰威胁，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精心考虑，采用了各种先进的电子防御手段，确保系统没有明显的短板，能够对抗各种形式的干扰威胁。英、法等国空间系统也针对潜在的干扰采取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、高防护能力方向发展。

（3）系统抗干扰能力不断增强

从Milstar-I系统的单用户最高速率为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。

（4）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，提高了卫星系统的抗干扰和抗毁能力。

（5）网络安全协议标准化

无论是欧洲航天局（ESA）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。采取的安全方案往往简洁明了，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研究成果，这些工作都取得了一定成效，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。

（1）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御任何干扰。可以说，空间信息系统的抗干扰是一项系统工程，它要综合考虑到干扰方可能采用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，并根据其具体环境来选择相应的抗干扰手段。

（2）“弹性”体系中的抗干扰能力生成问题

未来空间信息网络不仅通过单一手段进行信息安全防护，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，并采用多种新型的手段，防止信息被截获或者篡改。

（3）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，其对于空间网络的安全观发生了重大转变，从以往的基于安全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态度。

5 结束语

信息网络抗干扰问题不容忽视，需要客观分析面临的潜在干扰威胁，特别是空间信息系统的抗干扰问题，寻找切实可行的技术方案。文中，我们讨论了空间信息抗干扰的概念内涵，研究了典型空间系统的抗干扰技术发展，总结了空间系统防护能力、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。

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