衛(wèi)星通信系統(tǒng)的干擾類型及應(yīng)對措施

王煥娟

（中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081）

0 引 言

隨著全球科技和經(jīng)濟(jì)方面的不斷發(fā)展，從最初的工業(yè)化時(shí)代開始過渡到信息化時(shí)代，信息的傳遞速度和傳遞質(zhì)量深刻影響著各個(gè)國家之間的發(fā)展。衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋范圍大、傳輸質(zhì)量好以及信息可靠等一系列的優(yōu)點(diǎn)，特別是針對衛(wèi)星通信系統(tǒng)，可以不受地理?xiàng)l件的限制進(jìn)行信息傳遞，使得其在近些年的試驗(yàn)任務(wù)中起到不可比擬的作用，但是任何通信系統(tǒng)都會(huì)存在因受干擾而導(dǎo)致信息傳遞質(zhì)量下降的問題[1]。通信系統(tǒng)是一種比較開放的系統(tǒng)，一個(gè)典型的衛(wèi)星通信鏈路由上行鏈路、通信衛(wèi)星以及下行鏈路構(gòu)成，對其中任意一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行干擾都可以影響到整個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的正常運(yùn)作。

1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容

1.1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的工作原理

衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的主要組成部分就是衛(wèi)星站、地面站以及用戶端，通過人造衛(wèi)星轉(zhuǎn)運(yùn)站來實(shí)現(xiàn)對信號的有效接收和傳輸，通過衛(wèi)星站接收地球的無線信號，并將其傳輸至另一個(gè)地面站，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)信號的快速、遠(yuǎn)距離傳輸和通信，而且可以不受到任何地形上的限制。

1.2 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的研究

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的高速發(fā)展，目前的衛(wèi)星通信水平也在不斷提高，衛(wèi)星通信系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。但是在使用衛(wèi)星通信系統(tǒng)進(jìn)行信號傳輸?shù)倪^程中會(huì)受到各種各樣因素的影響，導(dǎo)致衛(wèi)星通信系統(tǒng)的信號傳輸質(zhì)量大打折扣。為了推動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展，需要做好衛(wèi)星通信系統(tǒng)的抗干擾研究工作。此外，衛(wèi)星通信系統(tǒng)在戰(zhàn)場上也有具有較大的應(yīng)用領(lǐng)域，因此不管是出于對國防安全還是出于對人們生活質(zhì)量提升等多方面的考慮，都必須要確保衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的信號傳輸安全[2]。

1.3 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的干擾識別技術(shù)

衛(wèi)星通信系統(tǒng)處于一個(gè)比較開放的宇宙環(huán)境中，由于人們生產(chǎn)生活過程中所產(chǎn)生的電磁干擾越來越復(fù)雜，在使用衛(wèi)星通信系統(tǒng)進(jìn)行信號傳輸時(shí)，很容易受到越來越復(fù)雜的電磁環(huán)境影響。為了更好地確保衛(wèi)星通信在復(fù)雜電磁環(huán)境下的信號傳輸質(zhì)量，特別是在一些戰(zhàn)場環(huán)境中能夠有效保障我方衛(wèi)星的正常使用，需要采取一些干擾識別技術(shù)，從而更快、更準(zhǔn)確地應(yīng)對干擾，更好地發(fā)揮衛(wèi)星通信系統(tǒng)自身的優(yōu)勢[3]。如今，衛(wèi)星干擾識別技術(shù)借助模式識別來對通信系統(tǒng)所要傳輸?shù)男盘柡蛿?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，從信號空間將內(nèi)容轉(zhuǎn)移至觀察空間，針對性選擇通信系統(tǒng)所傳輸?shù)奶卣餍盘柡蛿?shù)據(jù)，并對這些特征信號和數(shù)據(jù)給予甄別，以達(dá)到有效識別衛(wèi)星干擾的目的。

2 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的常見自然干擾

2.1 環(huán)境中的干擾

衛(wèi)星通信系統(tǒng)常見的自然干擾主要包括日凌、雨衰、電離層閃爍，這部分干擾無法避免，只能通過一些有效措施來減少對衛(wèi)生通信系統(tǒng)造成的影響。日凌一般是指太陽、衛(wèi)星在春分、秋分的中午將會(huì)與地球處于同一條直線上，這樣就會(huì)誘發(fā)太陽產(chǎn)生巨大的噪聲源，不同程度上干擾了衛(wèi)星通信系統(tǒng)所接收的信號，甚至還有可能導(dǎo)致衛(wèi)星信號接收中斷。該情況每年會(huì)出現(xiàn)兩次，一次大概要持續(xù)6天。雨衰則是因?yàn)殡姴ù┻^降雨區(qū)域時(shí)，電波能量將會(huì)被雨粒吸收，并且對電波產(chǎn)生散射，兩者結(jié)合在一起就會(huì)誘發(fā)電波衰減，進(jìn)而產(chǎn)生一定程度的無線電干擾。針對雨衰現(xiàn)象對衛(wèi)星通信系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的干擾，可以選擇在上行站采用高糾錯(cuò)編碼、加大發(fā)射機(jī)功率、優(yōu)化上行功率控制手段、站指分級技術(shù)等方式來彌補(bǔ)由上行鏈路中雨、云、雪、霧等天氣導(dǎo)致的衛(wèi)星上行信號衰減現(xiàn)象[4]。實(shí)際上，電離層閃爍主要是因?yàn)殡婋x層結(jié)構(gòu)上的隨機(jī)時(shí)變性和不均勻性有可能使電波穿越電離層時(shí)信號的相位、振幅及到達(dá)角等出現(xiàn)短周期性改變，進(jìn)而誘發(fā)了電離層閃爍現(xiàn)象。通常情況下，解決電離層閃爍現(xiàn)象的對策包括兩點(diǎn)，一是提高電離層閃爍衰落儲備余量，二是選擇編碼分級或時(shí)間分級。

2.2 空間上的干擾

空間上的干擾主要包括鄰星干擾，鄰星干擾又包括了上行鄰星干擾和下行鄰星干擾。其中上行鄰星干擾主要是因?yàn)樘炀€對星錯(cuò)誤進(jìn)而將信號錯(cuò)誤發(fā)射至相鄰衛(wèi)星或者因?yàn)樘炀€旁瓣增益過高而對鄰星產(chǎn)生了一定的干擾。為了使上行鄰星干擾問題得到有效解決，就需要保證天線對星準(zhǔn)確，嚴(yán)禁選擇口徑過小或旁瓣指標(biāo)超高的天線。下行鄰星干擾是因?yàn)閮深w衛(wèi)星將衛(wèi)星站所處區(qū)域覆蓋，導(dǎo)致在正常信號接收時(shí)，天線旁瓣對相鄰衛(wèi)星所發(fā)生的信號進(jìn)行接收[5]。對于下行鄰星出現(xiàn)的干擾問題，則需要適當(dāng)增加天線口徑，以保證鄰星與天線間對標(biāo)整齊，且通過上級與鄰星間的有效協(xié)調(diào)來提高鄰星發(fā)射成功率。

同時(shí)，電磁環(huán)境的存在也會(huì)產(chǎn)生一定的干擾，主要是因?yàn)樾l(wèi)星所處環(huán)境相對比較開放，從而對衛(wèi)星播出覆蓋范圍內(nèi)的所有同頻段工作地面通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，應(yīng)對方法主要是通過架設(shè)屏蔽網(wǎng)，或在信號進(jìn)入LNA前按照要求為其加裝濾波器。該方法只能針對相對較弱的電磁環(huán)境干擾，如果電磁干擾比較強(qiáng)，則只能通過更換衛(wèi)星中心站使用頻段來減少這方面干擾帶來的不利影響。

2.3 設(shè)備故障導(dǎo)致的干擾

除了環(huán)境因素對衛(wèi)星通信系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾之外，一些設(shè)備故障也會(huì)影響到衛(wèi)星通信系統(tǒng)信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性，主要包括調(diào)頻廣播干擾、轉(zhuǎn)發(fā)干擾、雜散干擾以及互調(diào)干擾。其中調(diào)頻廣播干擾一般是因?yàn)榈孛娴囊恍┱{(diào)頻廣播選擇了一些特定頻率，從而使其與地球站的頻率相近，這樣一來就會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星通信系統(tǒng)與調(diào)頻廣播信號的中頻信號一起放大、變頻，并傳輸至衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器。為了使上述問題得到有效解決，需要對電纜進(jìn)行重做或更換，并將中頻衰減器加裝在上行輸入端，以此來有效提高用戶中頻信號強(qiáng)度。轉(zhuǎn)發(fā)干擾一般是因?yàn)榈厍蛘臼瞻l(fā)隔離效果不理想，進(jìn)而使所接收到的信號再次向轉(zhuǎn)發(fā)器上轉(zhuǎn)發(fā)，影響轉(zhuǎn)發(fā)器的正常工作，此時(shí)需要詳細(xì)檢查產(chǎn)生干擾用戶的收發(fā)中頻電纜，對發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)采取有效措施給予解決。雜散干擾一般是因?yàn)樯闲性O(shè)備雜散指標(biāo)不符合要求，或者是上行設(shè)備輸出電平值不準(zhǔn)確[6]。應(yīng)對方法是對地球站站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行測試，并結(jié)合實(shí)際情況合理確定設(shè)備中的變動(dòng)與發(fā)射功率，通過與衛(wèi)星中心聯(lián)系來制定與之相匹配的解決措施?；フ{(diào)干擾一般是因?yàn)樾l(wèi)星通信系統(tǒng)中所采用的地球站和衛(wèi)星高功率放大器被認(rèn)定為非線性設(shè)備，當(dāng)多個(gè)載波需要進(jìn)行HPA放大時(shí)，因?yàn)橄辔缓头鹊姆蔷€性，將會(huì)在輸出信號中產(chǎn)生部分新的頻率分量，這些散落在工作頻段內(nèi)的新頻率分量會(huì)對有用信號產(chǎn)生一定的干擾。此時(shí)需要做好上行設(shè)備檢測工作，以保證上變頻器、調(diào)制解調(diào)器、功放設(shè)備處在線性區(qū)內(nèi)正常運(yùn)行。實(shí)際上，除了上述幾類干擾外，自激干擾也是比較常見的干擾類型，其是因?yàn)樾l(wèi)星地球站射頻設(shè)備無法正常運(yùn)行，從而誘發(fā)某級放大線路出現(xiàn)了正反饋，繼而出現(xiàn)自激現(xiàn)象，導(dǎo)致在沒有中頻輸出時(shí)，系統(tǒng)還會(huì)繼續(xù)發(fā)出載波，不同程度上對轉(zhuǎn)發(fā)器產(chǎn)生干擾，進(jìn)而影響其運(yùn)行效率。

3 一些敵對行為導(dǎo)致的人為干擾

3.1 敵對方面的有意干擾

衛(wèi)星通信系統(tǒng)干擾，除了一些自然環(huán)境或設(shè)備導(dǎo)致的干擾之外，還包括有敵對方面的有意干擾。按照干擾的效果和性質(zhì)，可以分為壓制式和欺騙式干擾。由于壓制式干擾在衛(wèi)星通信過程中非常容易實(shí)現(xiàn)，因此衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的干擾主要為壓制式干擾。通常情況下，要求干擾信號中心頻率完全相同于要干擾信號的中心頻率，并且保證頻譜寬度基本上相同[7]。通過對受干擾方頻率的引導(dǎo)、頻率預(yù)先偵查與信號監(jiān)測來確保接收干擾頻率和干擾機(jī)頻率一致，當(dāng)干擾信號傳輸至接收機(jī)后，此時(shí)的選擇電路將會(huì)使接收機(jī)中的放大器出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，不僅降低了接收機(jī)的輸出信噪比，而且還可以有效阻攔接收到的有用信號。

3.2 半瞄準(zhǔn)式干擾

與準(zhǔn)確瞄準(zhǔn)式干擾相比，半瞄準(zhǔn)式干擾對頻率重合準(zhǔn)確度提出了相對較低的要求，而且干擾信號的頻譜比被壓制通信信號的頻譜更寬，這就使得絕大部分干擾信號能夠傳輸至敵方接收機(jī)所對應(yīng)的選擇回路。同時(shí)，半瞄準(zhǔn)式干擾具有較低的頻率重合準(zhǔn)確度，可以對敵方的通信系統(tǒng)造成一定程度的干擾[8]。

3.3 阻塞式干擾

阻塞式干擾又被稱為攔阻式干擾，能夠?qū)δ骋活l段內(nèi)多數(shù)信道同時(shí)產(chǎn)生干擾，因此被認(rèn)定為是寬帶干擾。通常情況下，阻塞式干擾所對應(yīng)的干擾信號頻譜寬度遠(yuǎn)超過了信號寬帶，能夠?qū)δ繕?biāo)系統(tǒng)的整個(gè)工作頻段給予有效覆蓋。其優(yōu)勢在于干擾機(jī)無需偵查和接收目標(biāo)信號就能夠?qū)φ麄€(gè)頻帶內(nèi)的所有信號進(jìn)行有效覆蓋，操作比較簡單，缺點(diǎn)是因?yàn)樾枰采w整個(gè)頻段，所以功率利用率較低，而且屬于無差別的干擾，因此可能會(huì)對自己的衛(wèi)星通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾[9]。

3.4 音頻干擾

音調(diào)干擾一般是借助單個(gè)或多個(gè)正弦波來進(jìn)行干擾，當(dāng)選擇單個(gè)正弦波時(shí)就稱為單音干擾，使用多個(gè)正弦波進(jìn)行干擾就是多音干擾。音調(diào)干擾相對于前面所討論的各種干擾類型而言，最顯著的優(yōu)點(diǎn)就是對己方的通信影響較小，因此在衛(wèi)星通信系統(tǒng)干擾技術(shù)中的應(yīng)用較為廣泛。

3.5 部分頻帶干擾

部分頻帶干擾就是通過將噪聲干擾能量集中在所干擾目標(biāo)使用的頻譜范圍內(nèi)，從而使得這些信道被覆蓋。部分頻帶噪聲干擾可以實(shí)現(xiàn)分段干擾，所干擾的信道也不一定需要相鄰，而且部分頻帶干擾所覆蓋的信道包含一半以上的跳頻信道就可以實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星通信系統(tǒng)的有效干擾。

3.6 跟蹤式干擾

跟蹤式干擾主要是針對跳頻通信系統(tǒng)，通過對目標(biāo)信號跳頻通信進(jìn)行偵查處理，提取跳頻信號的瞬時(shí)頻率、信號功率等參數(shù)，以期達(dá)到預(yù)期的跟蹤干擾效果。干擾信號在跳頻信號駐留期間實(shí)現(xiàn)與敵方接收機(jī)、干擾機(jī)與目標(biāo)接收機(jī)衛(wèi)星在幾何配置上滿足三角形關(guān)系。跟蹤式干擾對于快跳頻的系統(tǒng)來說效果一般，很難在信號駐留期間完成對信號的檢測、發(fā)射、干擾等，因此主要適合于慢跳頻的系統(tǒng)。

4 結(jié) 論

本文主要分析了衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的干擾技術(shù)，除去一些常見自然環(huán)境對衛(wèi)星通信系統(tǒng)導(dǎo)致的干擾外，還分析了壓制性干擾，討論了壓制性干擾中各種干擾的效果。衛(wèi)星通信在信號傳輸過程中受到的干擾非常多樣，需要通過對這些干擾技術(shù)的分析來確定行之有效的維護(hù)技術(shù)，確保衛(wèi)星通信事業(yè)的更好發(fā)展。