通信衛(wèi)星測控系統(tǒng)一體化抗干擾平臺技術(shù)研究

摘 要 在惡劣電磁環(huán)境下，衛(wèi)星測控系統(tǒng)將面臨著嚴峻的干擾威脅，如果衛(wèi)星測控系統(tǒng)不具備抗干擾能力，那么將成為整個衛(wèi)星系統(tǒng)的軟肋。文章提出了衛(wèi)星測控系統(tǒng)一體化抗干擾設(shè)計的思路，給出了一體化設(shè)計平臺的初步設(shè)想和抗干擾措施，為衛(wèi)星測控系統(tǒng)發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞 衛(wèi)星測控 抗干擾 一體化平臺

未來戰(zhàn)爭具有信息化、智能化、多元化的特征。衛(wèi)星通信系統(tǒng)為戰(zhàn)時提供保密、抗干擾的指揮與通信保障，系統(tǒng)的通信傳輸鏈路和測控傳輸鏈路均應(yīng)具有一定的抗干擾能力。如果在和平時期沒有考慮采用抗干擾方式的測控傳輸模式，戰(zhàn)時遇到強敵惡意干擾時，測控傳輸鏈路一旦受到破壞，衛(wèi)星系統(tǒng)很可能部分癱瘓或者不能正常運行。本文主要針對平時和戰(zhàn)時，對衛(wèi)星測控系統(tǒng)抗干擾一體化設(shè)計的目的、思路以及平臺設(shè)計進行分析。

1 衛(wèi)星測控系統(tǒng)抗干擾一體化設(shè)計目的

衛(wèi)星測控信號被干擾、偵收、截獲甚至欺騙，將導(dǎo)致衛(wèi)星不能正常工作。按照“木桶”理論，抗干擾能力最薄弱的環(huán)節(jié)是整個系統(tǒng)的瓶頸。一般，衛(wèi)星通信系統(tǒng)的通信鏈路采用了抗干擾能力很強的信號設(shè)計，可以抵抗較強的干擾。但是，如果測控鏈路不采取有效的抗干擾手段，將會成為衛(wèi)星通信系統(tǒng)的一個軟肋，所以，提高衛(wèi)星測控鏈路抗干擾能力是衛(wèi)星通信系統(tǒng)能正常運行的基本保證。

測控是衛(wèi)星通信系統(tǒng)的關(guān)鍵部分之一。衛(wèi)星測控系統(tǒng)抗干擾一體化的目的是為了滿足和平時期和戰(zhàn)時的雙重需求，可以采取和平時期使用一種測控模式，戰(zhàn)時使用另一種測控模式，做到平戰(zhàn)結(jié)合。

2 衛(wèi)星測控系統(tǒng)抗干擾一體化設(shè)計思路

科學(xué)合理的衛(wèi)星測控系統(tǒng)抗干擾一體化設(shè)計思路是成功進行衛(wèi)星測控系統(tǒng)抗干擾一體化設(shè)計的基礎(chǔ)，設(shè)計思路主要有以下幾個方面：

首先，分析測控鏈路面臨的干擾威脅，確定需要防護的重要環(huán)節(jié)。

從測控信號傳輸過程分析，測控干擾可能會針對地面測控站遙控指令發(fā)射設(shè)備、上/下行鏈路、星上測控應(yīng)答設(shè)備和地面處理終端等環(huán)節(jié)而進行?？赡鼙桓蓴_的環(huán)節(jié)如圖1所示。地面測控站（或地面處理終端）大部分設(shè)置在相對安全的地方，所以受到的影響相對較??；但由于地面測控站周圍電磁環(huán)境較好，信號被偵收條件較好，容易被敵方識別，所以，對測控設(shè)備、監(jiān)控管理設(shè)備等干擾防護也應(yīng)引起足夠重視。星上應(yīng)答機在空中，地面實施干擾相對困難；如果從空中對衛(wèi)星進行破壞，可以從防護動能武器等方面進行考慮。

測控信號上/下行傳輸鏈路作為構(gòu)成測控系統(tǒng)的基本要素暴露在空間，是測控系統(tǒng)易受干擾的薄弱環(huán)節(jié)，采取相應(yīng)的防護措施，達到一個全面平衡防護的目的。

衛(wèi)星測控系統(tǒng)安全防護是一個整體概念，其安全防護體系結(jié)構(gòu)主要由物理層安全防護、鏈路層安全防護、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層安全防護組成。衛(wèi)星測控系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)的每層都是息息相關(guān)的，每層出了問題都會使得測控鏈路受到影響。依據(jù)分層結(jié)構(gòu)，分析每層測控鏈路受到的干擾。

物理層面臨的是抗摧毀。主要干擾形式為干擾射頻信號，達到阻斷通信鏈路的效果?？刹捎每垢蓴_信號設(shè)計技術(shù)，以抑制與抵消地方的干擾。

鏈路層所需要解決的問題是抗截獲和抗干擾。干擾方在截獲衛(wèi)星測控信號后，會發(fā)射迷惑或欺騙的基帶信號，使衛(wèi)星控制發(fā)生錯誤?？刹捎玫姆绞綖樾诺兰用埽档托盘柋唤孬@的可能，達到抗干擾的目的。

網(wǎng)絡(luò)層面臨的問題是抗截獲、防入侵、防盜用，如：干擾方會采用模擬控制協(xié)議，使衛(wèi)星接收錯誤的信息而受控于干擾方，干擾方以此竊取衛(wèi)星資源。因此，在網(wǎng)絡(luò)層面應(yīng)采用信號和身份認證抗干擾技術(shù)。

3 衛(wèi)星測控系統(tǒng)抗干擾一體化設(shè)計平臺

建立衛(wèi)星測控系統(tǒng)抗干擾一體化平臺，可以為具有抗干擾能力的衛(wèi)星測控體制提供可搭載的平臺。在傳統(tǒng)的統(tǒng)一載波測控、DS擴頻測控的基礎(chǔ)上增加業(yè)務(wù)通信信道測控功能，或者根據(jù)衛(wèi)星應(yīng)用情況，DS擴頻測控體制改成FH跳頻測控體制，以及考慮星際鏈路測控功能，如果多種衛(wèi)星抗干擾測控方式同時存在，需要建立一體化衛(wèi)星測控平臺。

一體化衛(wèi)星測控平臺一要有通用化的平臺，二要有一體化的系統(tǒng)管理，三要有一體化傳輸信道，四要有標(biāo)準的軟硬件接口，使得衛(wèi)星測控一體化平臺可以在同一個硬件平臺上加載不同的測控波形，滿足測控信道不同防護等級的需求。

一體化衛(wèi)星測控平臺從功能上可以劃分為衛(wèi)星測控傳輸層和系統(tǒng)管理層。傳輸層負責(zé)信息的傳輸、中繼等處理，主要由衛(wèi)星傳輸信道完成；管理層負責(zé)整個系統(tǒng)和每個應(yīng)用系統(tǒng)的管理，其功能分布在地面集中控制中心、星上網(wǎng)絡(luò)控制和地面用戶通信設(shè)備中。圖2給出了一體化衛(wèi)星測控平臺的原理框圖。

從使用和應(yīng)用角度分析，就是根據(jù)作戰(zhàn)使用要求的不同，從“一體化衛(wèi)星測控傳輸平臺資源庫”中取出相應(yīng)的資源（衛(wèi)星資源、頻率資源、功率資源）和相應(yīng)的通信設(shè)備，加載相應(yīng)體制的測控波形，可以組成一個特定體制的測控系統(tǒng)，或者擴大某應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)模。一個裝備加載不同的波形可以加入另一個應(yīng)用系統(tǒng)。如圖3所示為不同測控波形生成示意圖。

所以，概括起來“一體化衛(wèi)星測控傳輸平臺”構(gòu)想的含義是實現(xiàn)“軟件可定義測控系統(tǒng)”、實現(xiàn)“軟件可定義衛(wèi)星測控設(shè)備”，即應(yīng)用系統(tǒng)可定義和通信設(shè)備可定義。隨著集成芯片的迅速發(fā)展，星上信號處理能力大大加強，星上測控處理能力將會進一步增強。

總之，一體化設(shè)計不僅要考慮衛(wèi)星測控系統(tǒng)，還要考慮整個衛(wèi)星通信系統(tǒng)，隨著系統(tǒng)越來越復(fù)雜，衛(wèi)星通信系統(tǒng)一體化管理必然成為一個重要問題，需要深入研究。

4 衛(wèi)星測控系統(tǒng)抗干擾一體化設(shè)計措施

針對不同的干擾情況（這里所講干擾指人為干擾），提出了依據(jù)受干擾程度而切換測控鏈路的思想。根據(jù)測控鏈路干擾檢測的結(jié)果可判斷干擾強弱以及對測控信道的影響程度。衛(wèi)星測控系統(tǒng)受到的干擾程度可以分為四種狀態(tài)：

1）安全狀態(tài)（無干擾）——這里指的安全狀態(tài)是一個相對的說法，指的是在日常正常工作時，沒有受到惡意人為干擾的情況；

2）弱干擾狀態(tài)——指的是干擾功率相對較弱，對測控鏈路的影響程度較輕；

3）強干擾狀態(tài)——指的是干擾功率相對較強，對鏈路的影響程度較重；

4）惡劣干擾狀態(tài)——指的是干擾嚴重破壞鏈路，切斷了某一條測控鏈路。

在安全狀態(tài)下，依據(jù)所需要傳輸?shù)臏y控信息的容量來選擇測控方式?？梢圆捎脗鬏斔俾矢叩姆绞剑纾翰贿M行擴譜處理，直接進行數(shù)字調(diào)制?？梢岳脴I(yè)務(wù)信道，也可以采用獨立的測控信道。

在弱干擾情況下，可以采用直接序列擴頻方式。這樣測控信息速率會降低，但是不會影響到重要測控信息的傳輸，只需要傳送一些必要而且簡單的測控指令，滿足衛(wèi)星系統(tǒng)的正常工作。

在強干擾情況下，可以采用跳頻序列擴頻方式。有兩種模式：一種是業(yè)務(wù)信道采用跳頻模式，借用業(yè)務(wù)信道傳輸測控信息；二是設(shè)計獨立的跳頻應(yīng)答機，完成測控的需求。

在惡劣干擾情況下，采用一般抗干擾無法起到作用時，可以切換鏈路，利用星際鏈路的方式，傳輸一些必要和重要的測控指令。衛(wèi)星之間搭建星際鏈路，每顆衛(wèi)星都有著相互的關(guān)系，一顆衛(wèi)星受到干擾，其狀態(tài)參數(shù)可以發(fā)送給相應(yīng)的衛(wèi)星，得知衛(wèi)星群里每個衛(wèi)星的狀態(tài)，做好備份處理。隨著天基信息系統(tǒng)的發(fā)展，可以利用高軌衛(wèi)星對中低軌衛(wèi)星的控制，有效合理地利用天空中的鏈路，傳輸測控信息，躲避地面的惡劣干擾。圖4是不同干擾模式下測控方式的樹狀圖。

模式切換根據(jù)收到反饋測控指令的正確性進行判斷。星上可以配置干擾識別模塊，不僅對通信信號傳輸有幫助，還可以把這個信息傳輸給測控模塊。根據(jù)干擾強弱采用不同的測控抗干擾措施，確保測控系統(tǒng)的高效與可靠。

5 結(jié)束語

衛(wèi)星測控系統(tǒng)采用抗干擾手段是必然的發(fā)展趨勢，它是一個不斷發(fā)展和完善的系統(tǒng)，其抗干擾通信體制和技術(shù)也在不斷的摸索和發(fā)展，需要加強針對性研究。