衛(wèi)星接收機(jī)干擾抑制關(guān)鍵技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)

尉景輝 柳賢子

1.2.內(nèi)蒙古自治區(qū)廣播電視傳輸發(fā)射中心扎賚特775臺(tái) 內(nèi)蒙古 興安盟 137600

計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，對(duì)通信技術(shù)的研究和發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用，使得以衛(wèi)星導(dǎo)航及衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)等為主要結(jié)構(gòu)組成的空間無線電通信技術(shù)，在現(xiàn)代社會(huì)通信發(fā)展中逐漸成為一種重要的技術(shù)工具。其中衛(wèi)星通信系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，具有實(shí)時(shí)性、高精度等技術(shù)特征，在各行業(yè)領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。衛(wèi)星接收機(jī)作為衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的重要接收設(shè)備，對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的整體性能和通信應(yīng)用質(zhì)量存在著較大影響。因此，針對(duì)衛(wèi)星接收機(jī)的干擾抑制關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，以避免衛(wèi)星通信系統(tǒng)運(yùn)行中受到接收機(jī)的干擾和抑制影響，具有十分積極的作用和意義。下文結(jié)合衛(wèi)星接收機(jī)工作中的受干擾形式，對(duì)其抗干擾方法以及干擾抑制的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行論述。

1 衛(wèi)星接收機(jī)的受干擾形式分析

衛(wèi)星通信系統(tǒng)在通信領(lǐng)域中應(yīng)用，雖然具有較為突出的技術(shù)特征和優(yōu)勢(shì)，但也存在容易受干擾缺陷，從而使衛(wèi)星接收機(jī)等通信設(shè)備在復(fù)雜電磁環(huán)境中的應(yīng)用存在較大局限性。其中，外部環(huán)境對(duì)衛(wèi)星接收機(jī)的干擾作用主要表現(xiàn)為空間中傳播的非期望信號(hào)，由于其功率過大，導(dǎo)致對(duì)期望信號(hào)的正常接收產(chǎn)生影響，使其信號(hào)傳播效果較差。以廣播電視信號(hào)傳播中對(duì)衛(wèi)星接收機(jī)的應(yīng)用為例，由于這類信號(hào)功率相對(duì)較小，在信道環(huán)境的干擾復(fù)雜因素表現(xiàn)較強(qiáng)時(shí)，就會(huì)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)傳輸質(zhì)量產(chǎn)生影響，使其信號(hào)傳輸呈現(xiàn)不穩(wěn)定等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響廣播電視節(jié)目的播放和收看。

對(duì)衛(wèi)星接收機(jī)干擾形式的分析，通常需要從兩個(gè)不同的層面進(jìn)行，即潛在干擾與人為干擾。其中，潛在干擾主要以帶內(nèi)、帶外的射頻干擾和環(huán)境干擾等為主，人為干擾可以分為壓制式干擾、分布立體式干擾以及欺騙式干擾。壓制式干擾是指衛(wèi)星接收機(jī)運(yùn)行過程中，通過利用干擾信號(hào)發(fā)射，來實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星接收機(jī)前端信號(hào)的壓制，并對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的頻譜范圍形成覆蓋的一種干擾信號(hào)類型，它會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星接收機(jī)運(yùn)行中的系統(tǒng)中斷概率提升，并對(duì)衛(wèi)星接收機(jī)的定位精準(zhǔn)度造成不利影響，最終使衛(wèi)星接收機(jī)不能對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行正常跟蹤和捕獲，造成衛(wèi)星信號(hào)通信中斷。分布式立體干擾是在衛(wèi)星接收機(jī)通信過程中，通過多種形式的干擾作用，共同形成對(duì)衛(wèi)星接收機(jī)的信號(hào)傳遞與通訊干擾，其中，干擾作用包含地面、星載、空中等情況。欺騙式干擾在衛(wèi)星接收機(jī)通信干擾中，是以對(duì)干擾信號(hào)的良好隱蔽性特征利用為基礎(chǔ)，通過發(fā)射和衛(wèi)星信號(hào)參數(shù)相同的假信號(hào)，對(duì)衛(wèi)星接收機(jī)的高精度信號(hào)接收及其通信效果產(chǎn)生干擾作用和影響。

2 衛(wèi)星接收機(jī)的抗干擾措施與干擾抑制關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 衛(wèi)星接收機(jī)的抗干擾措施

通常情況下，衛(wèi)星接收機(jī)系統(tǒng)組成包括天線、射頻、信號(hào)處理以及低噪聲放大等不同的結(jié)構(gòu)模塊，而衛(wèi)星本身功率較小與發(fā)射信號(hào)相對(duì)較弱是導(dǎo)致衛(wèi)星接收機(jī)通信過程中受到干擾抑制的主要原因。因此，在進(jìn)行衛(wèi)星接收機(jī)抗干擾設(shè)計(jì)中，可通過對(duì)衛(wèi)星的抗干擾技術(shù)加強(qiáng)、對(duì)地面接收設(shè)備的抗干擾技術(shù)改善等措施，來促進(jìn)衛(wèi)星接收機(jī)抗干擾性能的改進(jìn)和完善，從而提高衛(wèi)星接收機(jī)的通信質(zhì)量和效果。對(duì)衛(wèi)星接收機(jī)抗干擾技術(shù)的強(qiáng)化，需要通過增加衛(wèi)星的發(fā)射功率以及對(duì)方向性天線、高精度原子鐘、發(fā)射導(dǎo)航衛(wèi)星等強(qiáng)化進(jìn)一步促進(jìn)衛(wèi)星接收機(jī)抗干擾能力的提升；對(duì)地面接收設(shè)備的抗干擾能力改進(jìn)和優(yōu)化，則需要通過對(duì)干擾信號(hào)的特征進(jìn)行分析，同時(shí)通過相位濾波以及空間調(diào)零、空域?yàn)V波、極化抗干擾等方法的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)地面接收設(shè)備抗干擾性能的有效強(qiáng)化。

2.2 衛(wèi)星接收機(jī)干擾抑制關(guān)鍵技術(shù)分析

對(duì)衛(wèi)星接收機(jī)干擾抑制關(guān)鍵技術(shù)的分析中，結(jié)合衛(wèi)星系統(tǒng)通信運(yùn)行中干擾抑制作用的全方位與立體化特征，在采用單一的抗干擾技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，其作用效果相對(duì)有限。比如，對(duì)衛(wèi)星接收機(jī)運(yùn)行中的窄帶干擾作用，可以通過域頻濾波方法進(jìn)行有效抑制。而對(duì)寬帶干擾作用一般需要通過空時(shí)濾波技術(shù)進(jìn)行有效抑制，對(duì)同時(shí)存在寬窄帶干擾的衛(wèi)星接收機(jī)信號(hào)干擾情況，在具體設(shè)計(jì)中需要通過兼容頻域?yàn)V波與空時(shí)濾波關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)干擾抑制，從而對(duì)其干擾作用進(jìn)行有效控制。

2.2.1 空時(shí)濾波干擾抑制技術(shù)分析

衛(wèi)星接收機(jī)的干擾抑制中，空時(shí)濾波干擾抑制技術(shù)，也被稱為是空域自適應(yīng)濾波技術(shù)，它是通過對(duì)有用信號(hào)和干擾信號(hào)的夾角進(jìn)行利用，來實(shí)現(xiàn)空域中的有用信號(hào)提取，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾信號(hào)的有效抑制。其中，上述干擾抑制技術(shù)在具體應(yīng)用中，能夠通過各級(jí)單個(gè)陣元通道延時(shí)形成的FIR 濾波，實(shí)現(xiàn)時(shí)域內(nèi)的干擾去除。此外，從相同的時(shí)間延遲節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，在不同陣元中，空域自適應(yīng)濾波進(jìn)行干擾源有效區(qū)分后，也能夠形成空域零陷，從而實(shí)現(xiàn)干擾抑制。值得注意的是，在實(shí)際應(yīng)用中，如果想實(shí)現(xiàn)從信號(hào)處理層面的信號(hào)處理模塊研究，就需要通過空時(shí)濾波自適應(yīng)算法，結(jié)合濾波器輸入的特征，在相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)上，利用捕獲跟蹤算法，對(duì)衛(wèi)星接收機(jī)的抗壓制式干擾與抗欺騙式干擾進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)，從而在實(shí)際干擾抑制應(yīng)用中達(dá)到較好的作用和效果。采用開環(huán)算法對(duì)衛(wèi)星接收機(jī)的干擾抑制性能進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)過程中，不需要對(duì)特征值分布進(jìn)行考慮，就能夠?qū)崿F(xiàn)較寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的干擾抑制，其適應(yīng)性表現(xiàn)更加突出。

2.2.2 頻域干擾抑制處理

頻域干擾抑制技術(shù)在衛(wèi)星接收機(jī)中的干擾抑制實(shí)現(xiàn)，是通過快速傅里葉變換算法，來滿足輸入信號(hào)向接收頻域的變換，并通過頻域處理模塊，對(duì)去除信號(hào)頻譜存在的窄帶干擾頻點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行消除信號(hào)變換，使其返回到相應(yīng)的時(shí)域，從而達(dá)到相應(yīng)的頻域干擾處理與控制效果。其中，頻域干擾抑制技術(shù)在衛(wèi)星接收機(jī)干擾抑制中應(yīng)用，存在較小的信噪比衰減情況，但能夠通過對(duì)可變頻率的自適應(yīng)消除，來達(dá)到相應(yīng)的窄帶干擾抑制，具有較為突出的干擾抑制應(yīng)用效果。

結(jié)束語(yǔ)

總之，隨著衛(wèi)星通信系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)各終端設(shè)備的抗干擾能力要求不斷提高，對(duì)衛(wèi)星接收機(jī)干擾抑制關(guān)鍵技術(shù)研究和應(yīng)用，是當(dāng)前所面臨的重要問題。其中，對(duì)衛(wèi)星接收機(jī)干擾抑制關(guān)鍵技術(shù)研究，有利于促進(jìn)其干擾抑制的設(shè)計(jì)水平與性能效果提升，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星接收機(jī)等通信設(shè)備的干擾抑制技術(shù)改進(jìn)與完善，從而促進(jìn)其在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，具有十分積極的作用和意義。