衛星通信主要干擾及抗干擾技術探究

孟超 張昌穹 陳永鋒

摘 要：衛星通信是現代社會和軍事中重要的通信手段，但易受干擾。分析了衛星通信面臨的主要干擾，深入探討了衛星通信抗干擾的相關技術及發展趨勢。

關鍵詞：衛星通信 抗干擾技術 多波束天線

1 引言

衛星通信技術，是地球站之間或用戶航天器與地球站之間利用通信衛星轉發和反射無線電進行的通信。通信衛星技術及其應用自上世紀60年代起步以來，由于其具有通信距離遠、頻帶寬、容量大、質量好、組網靈活等諸多優點，自問世以來就廣泛應用在軍用、民用領域，極大的改變了戰爭形態及促進經濟的發展。由于其應用領域廣闊，在需求的牽引下發展迅速，相關技術日新月異，衛星通信呈現產業化和系統化的發展趨勢。

衛星通信存在著時延大、鏈路長衰減大、服務對象多以至于易受干擾等缺點，使得衛星在通信過程極易受到干擾，保障己方迅速獲取信息、確保信道安全暢通具有非常重要的現實意義。因此對衛星通信抗擾保通相關課題的研究就顯得愈加重要。

2 衛星通信面臨的主要干擾分析

目前主要的通信衛星是同步軌道通信衛星，地球站則包括固定站、車載/船載/機載站、便攜/手持站等。衛星通信主要干擾威脅包括地面干擾、空間干擾、自然干擾、人為干擾等[1]。

2.1 地面干擾

1）地面站設備雜波干擾。產生干擾的原因包括：上行設備雜散指標不合格以至于輸出載波存在雜波;地面站功放處于多載波工作狀態，產生新的頻率分量;上行功率過高，導致衛星轉發器處于非線性工作區。

2）電磁干擾。由于存在著大量的微波、雷達波、工業電噪聲等，相近頻段的干擾分量通過上行信道上星或者進入下行信道接收。用戶站設備因為人為原因或者設備老化造成的接地不良、接地電阻過高等。

3）交叉極化干擾。天線饋源極化隔離度指標不合格，或有異物進入饋源、未根據地球站所在地理位置調整極化角都是導致交叉極化干擾的原因。

2.2 空間干擾

1）鄰星干擾。隨著越來越多的同步地球軌道通信衛星發射部署，軌道資源愈加擁擠，相鄰衛星收發信號就會造成鄰星干擾。

2）相鄰信道干擾。地球站載波頻率分配不合理，導致相鄰信號頻帶重疊;用戶載波頻譜特性。

3）用戶地球站操作不規范造成信號干擾。地球站未經過嚴格入網測試即上星;崗位人員誤操作，設置的頻率、速率、衰減等錯誤都會對該轉發器所有用戶造成干擾。

2.3 自然干擾

1）雨衰。降雨會造成信號的功率降低、交叉極化干擾以及增加天線的噪聲溫度。一般來說，頻率越高，雨衰越大。

2）日凌。每年春分和秋分前后，在衛星地球站所在地的每天中午時分，衛星將處在太陽與地球之間的直線上，這時衛星地球站天線在對準衛星的同時也對準太陽，強大的太陽噪聲使鏈路嚴重惡化甚至中斷，這種現象稱為衛星通信的“日凌現象”。日凌僅影響衛星的下行鏈路。

3）星蝕。每年的春分和秋分前后的一段時間內，衛星進入地球的陰影區域，無法利用太陽能進行發電，僅能依靠電池工作。目前衛星供電系統有很大改進，星蝕期間對通信的影響很小。

2.4人為干擾

人為干擾是針對衛星通信的薄弱環節，有目的的去干擾另一方的通信，通常破壞性較強，一般帶有軍事目的。由于衛星通信在軍事通信信息系統中的重要地位和特殊優勢，各軍事強國為贏得信息戰場主動權，大力發展各類干擾模式。按照干擾方式不同可劃分為壓制式干擾、轉發式干擾等，按照干擾源位置不同可劃分為天基、地基、空基干擾等，按照干擾鏈路的不同可以劃分為上行、下行、星間干擾等。

3.衛星通信抗干擾技術

抗干擾的基本目的是通過對信息、信息的載體及傳播方式進行特定的處理，提高通信接收端的信噪比，使其正確地接收所需的信號。設計抗干擾系統的基本思想是使成功干擾通信的代價盡可能地大。一般可以分為頻域技術、時域技術、空域技術和信息處理技術[2]。由于僅使用單一體制抗干擾技術效果不佳，因此目前廣泛采用多種抗干擾技術的組合。

3.1 頻域技術

1）擴頻通信技術

擴頻通信技術是目前應用最廣泛的抗干擾技術，其優點包括信號功率譜密度低、不易被檢測，抗多路徑衰減等，可以有效地對抗單頻和窄帶干擾，對于寬帶（高斯）干擾，迫使干擾者不得不降低其干擾噪聲密度，同時也無法得知干擾是否有效[3]。它包括直接序列擴頻（DS）、跳頻（FH）、跳時（TH）技術以及它們的混合系統等。直接序列擴頻（DS）是接收端解擴后有用信號變成了窄帶信號，而原來頻帶較窄的干擾卻被展寬為寬帶信號，以至于大部分能量被窄帶濾波器濾除。跳頻采用多個載波頻率并在這些頻率間隨機跳變，由于載頻切換需要時間，故又工作在突發傳輸狀態，所以具有很強的抗干擾能力。

3.2 時域技術

1）基于時間的猝發傳輸技術

利用軟件優化使地面站和通信衛星進行精確同步，在特定時隙進行超寬帶信息傳輸，一般配合調頻（FH）技術。

3.3 空域技術

1）多波束天線技術

多波束天線技術能夠根據需求對信號發射的天線方向進行規定，轉發器成為空中交換機，天線賦形內增益很高，超出賦形后增益迅速下降。Ka 及以上頻段天線可利用波束寬度較窄的特點，使用點波束在空間上規避干擾。

2）天線自適應調零技術

天線自適應調零技術是跟據雙方在空間方位、頻譜、幅度及編碼上的差異，來對天線的各個陣元的方向圖進行自動控制和優化，從而實現對各個陣元的加權處理，使衛星通信過程中受到的干擾最小，實現在干擾源方向上的深度清零。應用天線調零技術的天線類型主要有相控陣天線和多波束天線。

3.4 信息處理技術

1） 星上處理技術

通信衛星轉發器通常為透明轉發器，上行干擾通常會對下行產生作用。通過星上處理技術，可以將上、下行鏈路分開，限制了噪聲和干擾的積累，從而提升了整個系統的性能。星上處理技術包括：星上信號解調再生、譯碼/編碼，速率變換、多波束交換、復用/多址方式轉換等等。隨著數字處理算法更加先進和大規模集成電路的發展，星上處理技術呈現多樣化、智能化的趨勢，能夠有效降低衛星通信干擾。

2）限幅技術

限幅技術是目前廣泛采用的一種抗干擾措施[4]，美軍現役通信衛星基本都使用了限幅控制技術。其作用是通過技術手段將功率過高的上行載波濾除，避免轉發器的功放被大功率的上行干擾推至飽和，使得通信信號載噪比下降造成通信中斷。

3）自適應編碼調制技術

自適應編碼調制技術能使信道具備自適應特性，從而達到提高衛星通信系統抗干擾能力的目的。是在對信道進行準確估計的前提下，利用回傳信道把信道狀態信息傳遞到發送端，使發送端能夠根據信噪比程度并通過自適應功能改變調制方法與編碼方法。當信噪比較低時，其信息速率就較低，當信噪比較高時，其信息速率就較高，從而使信道的利用率得到了顯著提高，使系統能夠更加高效可靠地進行通信傳輸，極大地確保了衛星通信系統的整體性能。

4 結束語

本文針對衛星通信易受干擾的缺點，分析衛星通信面臨的主要干擾，以及衛星通信抗干擾的相關技術，對提高衛星通信的抗干擾能力、確保信道安全暢通具有非常重要的現實意義。

參考文獻：

[1] 尹訓鋒.衛星通信抗干擾技術及其發展趨勢研究[J].專題技術，2018，（02）：54-55.

[2] 韓雪謙. 衛星通信系統多域協同抗干擾技術[J].現代雷達，2016，38（5）：78-81.

[3] 于江，王春嶺，沈劉平，張磊 . 擴頻通信技術原理及其應用 [J]. 中國無線電 .2010（03） ： 44-47.

[4] 史智恒. 衛星通信抗干擾技術的發展趨勢[J].數字通信，2016，（05）：19-20.