信號干擾檢測在衛(wèi)星通信中的應(yīng)用研究

孫　禹

中圖分類號：TN

文獻標識碼：A

文章編號：1673-0992(2009)03-0112-02

摘要：衛(wèi)星通信已經(jīng)成為當前通信領(lǐng)域中發(fā)展迅速的研究方向和現(xiàn)代通信強有力的手段之一。隨著衛(wèi)星通信在軍事方面的廣泛應(yīng)用干擾信號的檢測逐漸成為人們研究的重點。本文主要介紹了衛(wèi)星通信中干擾信號的特點和分類、分析了對干擾信號的檢測原理，根據(jù)詳細的設(shè)計方案完成了干擾信號檢測儀的設(shè)計。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信干擾信號信號檢測

衛(wèi)星通信，由于其通信覆蓋區(qū)域廣、通信容量大、組網(wǎng)靈活等優(yōu)點，被廣泛用于軍事及民用通信領(lǐng)域。無論是陸、海、空各軍種，還是戰(zhàn)術(shù)或戰(zhàn)略軍事活動，衛(wèi)星通信都能較好地完成通信保障任務(wù)。在海灣戰(zhàn)爭期間，美國國防通信局負責(zé)處理的從美國本土到海灣地區(qū)的通信業(yè)務(wù)中，有90％以上的信息是通過通信衛(wèi)星傳輸?shù)模汉车貐^(qū)海灣聯(lián)合司令部與海域內(nèi)各參戰(zhàn)艦艇的遠程通信以及艦隊編隊間的戰(zhàn)術(shù)通信中，有95％的業(yè)務(wù)是靠后續(xù)衛(wèi)星(UFO)通信系統(tǒng)來保障的：為確保對各參戰(zhàn)部隊指控通信的需要，僅國防衛(wèi)星打贏一場真正的信息戰(zhàn)爭，激烈的電子戰(zhàn)和信息戰(zhàn)是不可避免的。交戰(zhàn)雙方都知道，誰把對方的信息傳輸系統(tǒng)打癱瘓而使其失去生存能力。誰就掌握了制信息權(quán)，也就能取得戰(zhàn)爭的勝利通信系統(tǒng)所提供的通信保障就占整個戰(zhàn)區(qū)通信業(yè)務(wù)的75％。

早在1957年第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功后不久，美國就對衛(wèi)星通信開展了廣泛的研究和試驗，并迅速在軍事、民用通信方面得到廣泛的運用。目前，美國的軍事情報大約有70％來源于衛(wèi)星，軍事長途通信的70％-80％信息由衛(wèi)星傳遞，對于美軍的全球戰(zhàn)略來說。衛(wèi)星通信有著無可取代的地位。隨著空間技術(shù)越來越多地服務(wù)于軍事領(lǐng)域，外層空間成為繼海、陸、空后的第4戰(zhàn)場。作為空間通信支撐的衛(wèi)星成為容易受攻擊的目標，衛(wèi)星通信的鏈路安全性受到極大的威脅。因此對衛(wèi)星通信鏈路及干擾信號的實時檢測的就顯得尤為重要。

1干擾信號的分類

由于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的公開性和透明性，對衛(wèi)星信號的干擾主要是對衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的攻擊，目的是擾亂轉(zhuǎn)發(fā)器對中央站監(jiān)控信號和地面站上行信號的正常接收。使轉(zhuǎn)發(fā)器接收通道阻塞或使其接收信噪比嚴重惡化，從而不能正常工作。干擾信號具體又可以分為：

①點頻干擾：這種情況下需要掌握上行信號的頻點信息，從而產(chǎn)生能進入衛(wèi)星接收機的點頻干擾信號，然后再以較大功率發(fā)向衛(wèi)星，從而使接收機信噪比嚴重惡化；如果掌握了下行信號的調(diào)制、編碼方式，甚至可以模擬下行信號的內(nèi)容，以達到欺騙通信的目的：

⑦掃頻干擾：根據(jù)掌握的上行信號頻率，產(chǎn)生圍繞該點頻進行一定范圍的掃描干擾信號。這種途徑不必實時掌握上行頻點，更容易實現(xiàn)對衛(wèi)星接收機的頻段封鎖。

2檢測原理

不論哪種干擾信號，其共同特點是衛(wèi)星下行信號功率會出現(xiàn)明顯的變化，根據(jù)此特點，衛(wèi)星信號監(jiān)測可以采取以下幾種方式：

①實時檢測下行載波信號功率(檢測帶寬可調(diào)，如全信道功率或單載波功率)。一旦超出門限便報警，并隨時記錄檢測情況；

②實時接收解調(diào)衛(wèi)星下行信號(如TDM廣播信息，定位信息、衛(wèi)星測控信道等)，一旦發(fā)現(xiàn)異常便發(fā)出報警信號；

③進行誤碼率測試：設(shè)定合適的門限可以相當精確地判斷出受到干擾情況，當誤碼率超出監(jiān)測門限時，便發(fā)出報警信號。

3設(shè)計方案

3.1概述

檢測儀采用實時檢測衛(wèi)星下行信號功率、實時接收解調(diào)衛(wèi)星下行信號和進行誤碼率測試3種方式對目標衛(wèi)星進行連續(xù)監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)異常，則及時發(fā)出報警信號。

報警信號分為2種：提示性報警和干擾信號報警。提示性報警指發(fā)現(xiàn)有異常信號。提醒管理員注意，有可能是惡意干擾；干擾信號報警指檢測儀已確定存在干擾信號，提醒管理員采取相應(yīng)措施。

3.2主要技術(shù)指標

3.2.1頻率范圍

①UHF頻段：300～400MHz；

②C頻段：3.4-4.2GHz；

③Ku頻段：下行12.25-12.75GHz；上行14-14.5GHz；

④Ka頻段：下行20-21GHz；上行30-31GHz。

3.2.2接收電平動態(tài)范圍

①UHF頻段：-70-130dBm；

②C頻段：-10～-90dBm(下變頻到L頻段)；

③Ku頻段：-10～-90dBm(下變頻到L頻段)；

④Ka頻段：-10～-90dBm(下變頻到L頻段)。

3.2.3G/T值

①UHF頻段優(yōu)于-21dB／K；

②C頻段優(yōu)于-10dB／K；

③Ku頻段優(yōu)于10.2dB／K；

④Ka頻段優(yōu)于13.4dB／K。

3.3結(jié)構(gòu)方案

檢測儀分為2個獨立部分：檢測儀主機和檢測終端。檢測儀主機完成各頻段信號的檢測：檢測終端采用工控機，提供人機界面，可以對檢測儀主機進行參數(shù)設(shè)置和報警門限設(shè)置。

每個單元采用獨立插板結(jié)構(gòu)，可安裝所有頻段檢測單元，也可以選裝部分頻段檢測單元。監(jiān)控單元將所有檢測單元送出的檢測信號進行處理。然后變換后送給檢測終端。從天線接收到的UHF頻段信號，經(jīng)過低噪聲放大和帶通濾波后，再經(jīng)過射頻放大，進人選頻模塊，在此選擇要檢測的某轉(zhuǎn)發(fā)器、點頻或是整個帶寬信號，選擇頻率后進人電平檢測模塊，檢測出的衛(wèi)星下行信號功率送入監(jiān)控模塊進行處理：同時選頻模塊還可以輸出需進行解調(diào)檢測的頻率，送入中頻及解調(diào)模塊，解調(diào)數(shù)據(jù)送給監(jiān)控判斷是否正確；如同時需進行誤碼測試，則監(jiān)控將誤碼儀發(fā)出的測試信號經(jīng)電平變換后送給調(diào)制模塊進行編碼、調(diào)制及成形，然后再通過上變頻模塊和功率放大器，最后經(jīng)天線發(fā)射到衛(wèi)星。

3.4工作流程

正常通信時衛(wèi)星下行信號功率分別為：

①UHF頻段：約-90～-125dBm；

②C、Ku、Ka頻段：約-40～-90dBm。

由于此3個頻段均需通過下變頻模塊變換為L頻段(950～1450MHz)中頻信號，因此對于中頻以下的檢測單元電路完全一樣。從天線接收的衛(wèi)星下行信號經(jīng)C、Ku或Ka射頻前端變換到L頻段。其后續(xù)信號處理流程基本同UHF檢測單元。

如下行功率突然增大20～30dB，則認為有惡意干擾出現(xiàn)，可以發(fā)出提示性報警，并記錄該頻率出現(xiàn)的時間及電平幅度，同時啟動自環(huán)誤碼測試程序，如10min內(nèi)誤碼率超過設(shè)定的門限值，則可發(fā)出干擾信號告警。對于重點頻率可選擇實時解調(diào)監(jiān)測，如內(nèi)容異常，則可以發(fā)出提示性報警，此方法和電離層閃爍、雨衰監(jiān)測同時進，行則可提高報警率，為干擾信號的早期發(fā)現(xiàn)和預(yù)警提供依據(jù)。

4結(jié)束語

隨著衛(wèi)星通信應(yīng)用的逐步深入。衛(wèi)星干擾信號檢測及戰(zhàn)場頻譜管理已引起各國的普遍重視，其相應(yīng)的檢測設(shè)備已投入戰(zhàn)場使用。相信隨著檢測手段和檢測技術(shù)的不斷提高，衛(wèi)星信號干擾檢測在未來戰(zhàn)場中的應(yīng)用將更加廣泛。