衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)的發(fā)展趨勢分析

高清清

摘要：隨著數(shù)字與智能化技術(shù)的日漸成熟，衛(wèi)星通信技術(shù)也得到了迅猛發(fā)展。在實際應(yīng)用中，由于自身或外界因素引起的各種干擾，對衛(wèi)星通信的質(zhì)量產(chǎn)生了影響。所以，需要強(qiáng)化對衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)的研發(fā)，從而提升抗干擾技術(shù)的水平，確保通信質(zhì)量。文章主要從衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展的類別進(jìn)行闡述，進(jìn)一步分析了影響因素及抗干擾技術(shù)種類，并對衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了深入的分析與探究。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信；抗干擾技術(shù)；發(fā)展趨勢分析

中圖分類號：TN927 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

衛(wèi)星通信是一種無線通信方式，即利用地球軌道衛(wèi)星在定位、傳感和通信方面進(jìn)行中繼通信。隨著科技的發(fā)展與革新，在當(dāng)今發(fā)展迅猛的通信時代，衛(wèi)星通信需求不斷增加，促使衛(wèi)星通信技術(shù)逐漸成熟。衛(wèi)星通信技術(shù)作為一種新的媒體傳播手段有其自身的特點，主要表現(xiàn)在大容量、高品質(zhì)、面積廣、便捷網(wǎng)絡(luò)等方面，這已經(jīng)是現(xiàn)代通信發(fā)展的主要方向，也是全球交流的一種重要手段。然而，由于大多數(shù)通信衛(wèi)星都在地球靜止軌道上，這種特性導(dǎo)致在地球軌道上安置衛(wèi)星的數(shù)量具有一定的局限性，所以通信資源的使用率就受到了一定的限制。鑒于公眾對通信服務(wù)的需求不斷提高，要對衛(wèi)星通信技術(shù)進(jìn)行積極的改造，要充分認(rèn)識到各種干擾因素，對抗干擾技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，要對通信資源進(jìn)行優(yōu)化，對干擾因素進(jìn)行有效的處理，以確保衛(wèi)星通信的安全和穩(wěn)定。

1 現(xiàn)階段我國衛(wèi)星通信發(fā)展的狀況

1.1 多媒體寬帶衛(wèi)星通信

近些年，我國數(shù)字化、智能化水平日漸成熟，對衛(wèi)星通信技術(shù)的重視程度也在逐步提高。將大量的科技人才、資金和技術(shù)投入衛(wèi)星通信技術(shù)的研發(fā)，促進(jìn)了我國衛(wèi)星通信技術(shù)的深入發(fā)展，并使其與國家飛速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)相適應(yīng)。當(dāng)前，國內(nèi)衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展的方向有兩個，一是寬帶、多介質(zhì)的衛(wèi)星通信技術(shù)；二是在軌道同步的波段移動通信技術(shù)。所謂寬帶、多介質(zhì)的衛(wèi)星通信技術(shù)是將衛(wèi)星通信、數(shù)字多媒體和因特網(wǎng)等技術(shù)相結(jié)合，形成的一種高速衛(wèi)星通信技術(shù)。寬帶多媒體衛(wèi)星通信是應(yīng)用于媒體業(yè)務(wù)中的一種通信模式，可以將圖像、視頻、音頻等多種資源進(jìn)行融合，有效縮短用戶的使用時間，低成本且能為用戶提供高流量的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，該技術(shù)已被越來越多的用戶所采用，并越來越多地應(yīng)用于衛(wèi)星通信行業(yè)［1］。

1.2 頻段同步軌道移動通信

雖然我國衛(wèi)星通信技術(shù)已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，但相對其他國家，起步還比較晚。目前，我國還沒有獨立的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，仍然要借助國外衛(wèi)星進(jìn)行通信。頻段軌道同步移動通信系統(tǒng)的開發(fā)，能夠為我國衛(wèi)星移動通信的發(fā)展起到很大的促進(jìn)作用，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。在國家對衛(wèi)星通信技術(shù)高度重視及扶持下，將研發(fā)出更多的抗干擾創(chuàng)新技術(shù)，為人們提供更便捷的通信服務(wù)。

2 影響衛(wèi)星通信的主要干擾因素

2.1 通信系統(tǒng)之間及以外因素的干擾

衛(wèi)星通信系統(tǒng)是一項比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，傳輸信息時，衛(wèi)星要建立一張通信網(wǎng)，衛(wèi)星信號要經(jīng)過通信站來傳輸上下的信息。實際應(yīng)用中，大多數(shù)衛(wèi)星使用的都是相同的通信波段，而且是以不同的偏振方式、調(diào)制方式重復(fù)使用。如果兩顆衛(wèi)星的距離不足，就會造成衛(wèi)星間信號的相互干涉，即是人造衛(wèi)星系統(tǒng)中的通信干擾，這也是導(dǎo)致衛(wèi)星信號質(zhì)量下降的一個重要因素。除星際間的相互干擾外，在運行過程中，還存在著其他儀器對系統(tǒng)的電磁干擾。其他通信設(shè)備元件之間產(chǎn)生的電磁及外部環(huán)境的干擾都會作用于通信系統(tǒng)，從而產(chǎn)生不利的因素，最終影響通信信號的傳送［2］。

2.2 社會環(huán)境中電子設(shè)備的電磁干擾

人們?nèi)粘Ｉ?、工作中受到的各種電磁干擾，也是影響衛(wèi)星通信的重要因素之一。隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，電子產(chǎn)品已經(jīng)徹底融入了人們生活、娛樂、工作等各個領(lǐng)域，電磁信號無時無刻不在產(chǎn)生，而當(dāng)這些電子裝置的數(shù)量越來越多時，所產(chǎn)生的電磁波也會更加強(qiáng)大，這些電磁波一般是由廣播信號、微波信號等構(gòu)成，也有工業(yè)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的設(shè)備產(chǎn)生，這些都會對衛(wèi)星信號造成影響。工業(yè)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的儀器因誤操作會產(chǎn)生大量的電磁波，較強(qiáng)的電磁波干擾是干擾因素中的重要來源，這種電磁干擾不容忽視，將影響整個衛(wèi)星信號傳輸?shù)馁|(zhì)量。

2.3 自然環(huán)境中無法避免的干擾因素

自然環(huán)境是最常見也是最不可避免的因素之一。由于衛(wèi)星主要在宇宙空間工作，空間較為開闊，無論是太陽輻射、星球的移動，還是大氣中的粒子散射、電離層的閃光、太陽黑子的異常等這些自然環(huán)境都會產(chǎn)生高能量電磁波放射，這些高能電磁波能量覆蓋的面積非常廣，衛(wèi)星通信系統(tǒng)受到這些電磁波的影響會導(dǎo)致衛(wèi)星信號傳輸質(zhì)量下降。為了有效避免自然環(huán)境對衛(wèi)星通信系統(tǒng)的干擾，需要不斷改進(jìn)衛(wèi)星通信干擾技術(shù)，確保衛(wèi)星通信系統(tǒng)不受干擾，提高信號的傳播效率。

2.4 現(xiàn)有衛(wèi)星通信干擾技術(shù)不足

衛(wèi)星發(fā)射和星上通信載荷成本很高，航天部件須使用耐強(qiáng)輻照的航天級設(shè)備，而且，LEO和 GEO的使用壽命也僅8～15年。另外，信號的傳遞也會受到很大的影響，衛(wèi)星鏈路的發(fā)送延遲較大，地球同步軌道衛(wèi)星到地球的回程發(fā)送時間為239～278 ms。在以中央站為基礎(chǔ)的星形網(wǎng)絡(luò)中，各小站間的語音通信需要通過雙跳鏈路，其發(fā)送時延為0.5 s，通話變得很不流暢，由于實際情況的影響，其時延甚至更高。此外，還存在著電磁干擾、互調(diào)干擾、交極化干擾、鄰星干擾、日凌干擾、惡意干擾、自然因素等情況，都會對衛(wèi)星通信造成影響。

3 目前衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)的類型

3.1 智能天線抗干擾技術(shù)

衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，由于受到多種因素的影響，存在較大的不確定性，要提高系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性，就必須提高系統(tǒng)的抗干擾性?？垢蓴_研發(fā)工作可以為構(gòu)建衛(wèi)星通信系統(tǒng)提供可靠、穩(wěn)定的保障。目前，天線抗干擾是衛(wèi)星通信系統(tǒng)中普遍采用的一種抗干擾方法，其目的是通過天線抗干擾來確保衛(wèi)星通信在一個較為安全的環(huán)境下工作，從而確保其在接收端的良好信號條件下工作。將天線抗干擾技術(shù)運用到衛(wèi)星通信中，能夠有效地確保在遇到單一或是多個干擾源的狀況下也能夠平穩(wěn)地接收衛(wèi)星通信信號。天線的抗干擾技術(shù)主要有自適應(yīng)抵消技術(shù)、多波束天線技術(shù)、智能天線技術(shù)等，其中，自適應(yīng)抵消技術(shù)能夠?qū)μ炀€的陣列信號進(jìn)行有效的調(diào)控，從而達(dá)到對多波束的抵消。智能天線技術(shù)能夠?qū)πl(wèi)星廣播天線進(jìn)行更具針對性的波數(shù)調(diào)節(jié)。智能天線抗干擾技術(shù)是指將一種特殊的天線設(shè)置在衛(wèi)星接收端，能夠有效地抵御各種干擾，并對其進(jìn)行多波速度優(yōu)化［3］。

3.2 自適應(yīng)編碼技術(shù)

在應(yīng)用自適應(yīng)編碼技術(shù)時，首先要對衛(wèi)星通信信息通道進(jìn)行評估，目的是通過分析信息狀態(tài)，將信息通過信道傳輸?shù)桨l(fā)送方，然后根據(jù)信道的差異進(jìn)行編碼和調(diào)制，信道比自適應(yīng)校對。當(dāng)發(fā)現(xiàn)信道比過高時，應(yīng)選擇較高的信息率；反之，采用小信號速率。從而使信道利用率得到很大提升，也使衛(wèi)星通信更加科學(xué)、可靠，并且，在此基礎(chǔ)上提出了一種基于多徑信道的多徑信道融合方法，為了進(jìn)一步提升其性能，結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r，盡量采用高功率、高頻率利用率的方式。

3.3 限幅的線性化抗干擾技術(shù)

限幅技術(shù)是一種被廣泛使用的抗干擾技術(shù)，能很好地防止功率放大器受到上行干擾。在理想情況下，由于輸入功率較大，限制器需要具備限制性能。在低功耗條件下，系統(tǒng)的插損很小。通信削波的構(gòu)成主要包括硬削波和軟削波兩部分，前者通過在非線性狀態(tài)下加大信號來對小信號施加壓力，當(dāng)發(fā)生連續(xù)波干擾時，將顯示出更明顯的壓縮比。線性區(qū)和邊界區(qū)是其主要的分布區(qū)，壓縮程度和干擾信號比有非常密切的關(guān)系，在限幅的情況下，受到非線性因素的影響，強(qiáng)信號產(chǎn)生率會很高，可以用于小信號。信號衰減，其最大值可達(dá)6 dB，比原來的4 dB性能強(qiáng)很多［4］。

4 衛(wèi)星通信干擾技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1 提高干擾技術(shù)的智能化，提升通信質(zhì)量

在今后的發(fā)展過程中，由于衛(wèi)星通信系統(tǒng)的改進(jìn)和革新，對其抗干擾技術(shù)也將有新的發(fā)展。衛(wèi)星通信系統(tǒng)在實際工作中，由于各種復(fù)雜的原因，對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生了很大的影響。所以，必須加大對人造衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)的研究力度，為衛(wèi)星的發(fā)展和運行提供更穩(wěn)定的連接。在未來的發(fā)展過程中，將重點放在通信天線的波瓣控制、微反射弧光等方面，以期提升我國衛(wèi)星天線的開發(fā)與利用效率，提高其智能化程度，確保衛(wèi)星通信信號的傳送品質(zhì)。對衛(wèi)星抗干擾調(diào)制裝置進(jìn)行優(yōu)化，并引入先進(jìn)的技術(shù)以增強(qiáng)其抗干擾性能，深化衛(wèi)星通信信號抗干擾算法研究，在此基礎(chǔ)上，提出一種新的、高精度、低成本、高可靠性的衛(wèi)星通信方案。

4.2 深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提高抗干擾的能力

隨著人工智能技術(shù)的深入引入和完善，需要一種新的抗干擾方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有諸多優(yōu)勢，在目標(biāo)檢測與跟蹤、文本翻譯等方面有著良好的應(yīng)用前景，能夠大大提高衛(wèi)星通信的抗干擾能力，更好地保證衛(wèi)星通信信號的傳輸質(zhì)量。在今后的技術(shù)研究中，應(yīng)針對衛(wèi)星通信系統(tǒng)的抗干擾能力引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這種技術(shù)具有反饋長時記憶數(shù)據(jù)的能力，可利用該數(shù)據(jù)對誤差進(jìn)行快速求解，并對其權(quán)重進(jìn)行動態(tài)優(yōu)化，主要體現(xiàn)在以下方面：（1）完成對各信道信號的采集。（2）建立 LSTM深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對每條通道的數(shù)據(jù)掃描，實現(xiàn)對圖像特征的自動抽取，并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)抽取的信道數(shù)據(jù)，進(jìn)行深度融合，自主感知干擾的能力。（3）利用數(shù)據(jù)差進(jìn)行動態(tài)優(yōu)化，用于提高衛(wèi)星通信的抗干擾能力。

4.3 采用科學(xué)的通信系統(tǒng)，強(qiáng)化通信系統(tǒng)的探究

衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)的研究是一項耗時較長、難度較大的工作，在進(jìn)行具體的研究時，需要重點解決以下問題。在對衛(wèi)星通信系統(tǒng)抗干擾技術(shù)的深入研究中，必須創(chuàng)新技術(shù)，建立更科學(xué)的通信系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上，設(shè)計更高效、更具預(yù)見性的人造衛(wèi)星通信系統(tǒng)。這類衛(wèi)星通信系統(tǒng)，除了對信號處理技術(shù)提出要求外，還必須在衛(wèi)星通信設(shè)備上廣泛地應(yīng)用多種抗干擾技術(shù)來抵御各種各樣的干擾，這對衛(wèi)星通信系統(tǒng)的靈活性提出了更高的要求［5］。

關(guān)于加強(qiáng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的研究，可以從以下方面著手。首先，加強(qiáng)混合自適應(yīng)擴(kuò)散頻譜技術(shù)的研究工作，例如，結(jié)合混沌理論和密碼序列設(shè)計，研究效率更高的跳頻擴(kuò)頻碼；其次，深入研究智能天線技術(shù)，該技術(shù)主要基于天線反射面形狀設(shè)計，以獲取理想波數(shù)為目標(biāo)；最后，根據(jù)衛(wèi)星頻道的特點，探討最佳途徑，通過調(diào)整信號利用有效的數(shù)據(jù)設(shè)置解調(diào)器并進(jìn)行深入研究。

4.4 現(xiàn)代通信抗干擾技術(shù)展望

隨著科技的不斷進(jìn)步，為保證衛(wèi)星通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，可以通過對自然現(xiàn)象預(yù)測發(fā)生的日期和時間，及時采取有效的措施防范和降低自然現(xiàn)象對衛(wèi)星通信的干擾。隨著低軌道衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展，可以對全球范圍內(nèi)的所有地區(qū)進(jìn)行穩(wěn)定的通信，與中、高軌道的衛(wèi)星相比，低軌道的衛(wèi)星質(zhì)量更輕、軌道更低，可以一箭多星地發(fā)射，還可以降低衛(wèi)星的開發(fā)費用和火箭的發(fā)射費用。相對于20 000 km以上的中高軌道衛(wèi)星，其信號傳播路徑更短，信號延遲更少，功耗更低。在中、高軌道上建立多顆衛(wèi)星的混雜星座，將給全球的衛(wèi)星通信帶來新的變革。

5 結(jié)語

目前，衛(wèi)星通信系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)種類比較豐富，無線、限流等技術(shù)可以在一定程度上保護(hù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)。但是，在深入研究該技術(shù)的實際應(yīng)用效果后發(fā)現(xiàn)，每一種技術(shù)都存在不足。因此，在衛(wèi)星通信技術(shù)的研究中，技術(shù)人員應(yīng)該著重于抗干擾能力以及衛(wèi)星信道影響的研究，這樣，衛(wèi)星通信系統(tǒng)才能在各個領(lǐng)域發(fā)揮更顯著的作用。

參考文獻(xiàn)

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（編輯 沈 強(qiáng)）

Analysis of the development trend of satellite communication anti-jamming technology

Gao? Qingqing

（The 54th Research Institute of CETC， Shijiazhuang 050081， China）

Abstract：? With the increasing maturity of digital and intelligent technology， satellite communication technology has also been rapidly developed. In practical applications， the quality of satellite communication is affected by various interference caused by internal or external factors. Therefore， it is necessary to strengthen the research and development of anti-interference technology of satellite communication， so as to improve the level of anti-interference technology and ensure the quality of communication. This paper mainly expounds the development categories of satellite communication technology， further analyzes the influencing factors and the types of anti-jamming technology， and makes an in-depth analysis and exploration of the development trend of satellite communication anti-jamming technology.

Key words： satellite communication; anti-interference technology; development trend analysis