衛(wèi)星通信中的非線性抗干擾技術(shù)

董廣紅

摘 要：隨著衛(wèi)星通信應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展，星上抗干擾技術(shù)的需求越來越迫切，同時，非線性信號處理技術(shù)作為現(xiàn)代信號處理中的一個重要分支，其優(yōu)勢也越來越明顯，但非線性信號處理技術(shù)在衛(wèi)星通信中的應(yīng)用并不多見。本文對衛(wèi)星通信中的非線性抗干擾技術(shù)進(jìn)行了初步的分析，根據(jù)目前已有的研究成果，提出了幾個較有前景的應(yīng)用方向。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信；非線性；信號處理；抗干擾

1 非線性抗干擾技術(shù)

隨著衛(wèi)星通信應(yīng)用的不斷拓展及地面無線通信設(shè)備種類、數(shù)量的不斷增加，衛(wèi)星通信系統(tǒng)中可能遇到的無意、有意干擾的類型也越來越復(fù)雜，衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)的應(yīng)用是解決這一問題的有效途徑之一。

衛(wèi)星通信中的非線性抗干擾技術(shù)，即采用某種非線性函數(shù)，對星上接收數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，最大限度的提取有用信號或者干擾信號的參數(shù)，為采取更優(yōu)的抗干擾處理算法或者策略提供信息，達(dá)到抗干擾的目的。

與傳統(tǒng)的線性信號處理方式相比，非線性信號處理技術(shù)有諸多自身的特點(diǎn)。首先，非線性信號處理技術(shù)能夠處理的信號類型更廣，非平穩(wěn)信號等線性信號處理中所不能處理的干擾信號模型在非線性信號處理中都能夠找到合適的處理方式，這是非線性信號處理技術(shù)得到廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵之一；其次，非線性信號處理技術(shù)能夠?qū)Ω兜男盘枎捀鼘?，在抗干擾應(yīng)用中，它能處理其帶寬與有用信號帶寬可比的多種干擾信號模型。線性信號處理方式可以看作非線性信號處理方式的特例，因此，非線性信號處理方式除了能完成線性信號處理的所有功能外，還具有線性信號處理方式所不能比擬的諸多優(yōu)點(diǎn)。

非線性抗干擾技術(shù)在衛(wèi)星通信中具有較高的潛在應(yīng)用價值。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星通信，特別是特殊用途衛(wèi)星通信中所遇到的干擾類型也越來越復(fù)雜，干擾信號的帶寬也不斷增加，干擾信號的模型已經(jīng)發(fā)生了重大變化，這些特點(diǎn)都促使我們必須對非線性信號處理技術(shù)進(jìn)行深入研究，有針對性的提出適合于衛(wèi)星通信應(yīng)用中的非線性抗干擾技術(shù)。

2 研究現(xiàn)狀

信號處理技術(shù)作為提高衛(wèi)星通信信息安全性能行之有效的手段，已經(jīng)經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字、從確定到隨機(jī)的發(fā)展過程，目前，信號處理技術(shù)正邁向以非平穩(wěn)信號、非高斯信號為主要研究對象，以非線性、不確定性為主要特征的智能信號處理時代。加之通信技術(shù)的不斷發(fā)展，一些新的信號處理分支不斷涌現(xiàn)，如高階統(tǒng)計(jì)量方法、盲信號處理方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號處理方法以及狹隘意義上的非線性信號處理方法等。

國內(nèi)很多學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)都在積極開展對新型信號處理方法的研究及其在通信信息安全技術(shù)方面的應(yīng)用，并提出了若干有應(yīng)用前景的實(shí)用技術(shù)，如圖像非線性濾波、基于非線性函數(shù)VOLTERRA級數(shù)的非線性濾波器等，這些技術(shù)在水聲通信、生物醫(yī)學(xué)信息處理、無線電通信信號處理等方面都取得了顯著成果。

國外在這方面的研究起步更早，美國NASA的戈達(dá)德航天中心更是提出了HHT變換（Hilbert-Huang Transform），它主要是針對非線性和非平穩(wěn)信號而設(shè)計(jì)，因此它能夠分析實(shí)際應(yīng)用中的一大類信號。應(yīng)用于線性平穩(wěn)信號的分析時，它能夠提供更高的精度，并能夠提供與FFT相同的分析結(jié)果。國外在衛(wèi)星通信信息安全技術(shù)方面的研究普遍比國內(nèi)深入一層，在這方面已經(jīng)申請很多技術(shù)專利，并已經(jīng)儲備了幾種比較成熟的技術(shù)成果，甚至有多項(xiàng)技術(shù)成果已經(jīng)投入民用。

3 研究方向

3.1 高階譜分析（HOS）技術(shù)

高階譜是處理和分析非線性、非高斯信號的有力工具，高階譜的應(yīng)用可以有效抑制高斯噪聲，分辨率較高，且能夠得到信號的相位信息、能量和相關(guān)非線性參數(shù)等，結(jié)合不同的處理需求，高階譜可以與小波包能量譜等相結(jié)合，能夠提取信號更多的特征信息，具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用潛力。

3.2 基于非線性級數(shù)的自適應(yīng)濾波與均衡技術(shù)

利用非線性函數(shù)對接收信號進(jìn)行某種非線性變換，通過對變換后信號的處理，可以提取出期望信號或者干擾信號更多的參數(shù)信息，對信號的更精確恢復(fù)提供幫助，進(jìn)而提高自適應(yīng)濾波或均衡的性能。

3.3 非線性優(yōu)化算法

非線性信號處理的優(yōu)勢非常明顯，但研究與應(yīng)用中，多數(shù)采用解析近似或者數(shù)值計(jì)算的方法來解決非線性問題，然而這些方法極易陷入局部極值或者面臨巨大的計(jì)算量，因此，非線性優(yōu)化算法的研究已經(jīng)成為其工程應(yīng)用的關(guān)鍵所在，如基于“蒙特卡洛抽樣”、“貢獻(xiàn)因子”的非線性優(yōu)化算法等。可以預(yù)見，非線性優(yōu)化算法將大大降低非線性處理技術(shù)的復(fù)雜度，進(jìn)一步拓展期應(yīng)用方向。

4 結(jié)束語

作為現(xiàn)代信號處理技術(shù)的一個重要分支，非線性信號處理技術(shù)在衛(wèi)星通信抗干擾中的應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注。本文給出了非線性抗干擾技術(shù)的原理及其優(yōu)勢、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上給出了今后極具研究價值與應(yīng)用潛力的三個研究方向；隨著非線性信號處理技術(shù)研究的不斷深入，其在衛(wèi)星通信中的應(yīng)用必將會不斷發(fā)展。

[參考文獻(xiàn)]

[1]Martin Schetzen，“The Volterra and Winener Theories of Nonlinear System”， JOHN WILEY & SONS，ISBN 0-471—4455-5.

[2]Ma Wenqiang，ChenHao，“Subset Parallel Volterra Filters for Narrowband Interference Suppression in DSSS Communications”，57th International Astronautical Congress （IAC2006），2-6 October，2006，Valencia，Spain，IAC-06-b3.P.6.03.