GEO衛(wèi)星受IGSO衛(wèi)星干擾情況分析研究

楊 娟，魯 煜，王 孟

（國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心烏魯木齊監(jiān)測(cè)站，新疆 烏魯木齊 830054）

0 引言

近年來(lái)，伴隨著空間技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星數(shù)量倍增，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，目前人類發(fā)射到空中的各種衛(wèi)星和航天器已達(dá)3萬(wàn)余顆，截至2019年12月31日，僅在軌運(yùn)行的GEO衛(wèi)星達(dá)550多顆。不論是對(duì)地靜止軌道衛(wèi)星還是目前在世界范圍內(nèi)廣泛興起的大型低軌衛(wèi)星星座，它們所運(yùn)行的軌道資源都是有限的，衛(wèi)星頻率軌道資源供需矛盾日顯突出已成為不爭(zhēng)的事實(shí)[1]。同時(shí)衛(wèi)星受到干擾問(wèn)題也尤為突出，每年由于衛(wèi)星受干擾投訴達(dá)數(shù)百起，如何有效避免干擾是無(wú)線電管理機(jī)構(gòu)和衛(wèi)星操作者面臨的挑戰(zhàn)。本文根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)工作中遇到的IGSO衛(wèi)星地面站上行信號(hào)干擾GEO衛(wèi)星信號(hào)問(wèn)題，結(jié)合監(jiān)測(cè)到的干擾信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間變化規(guī)律，分析了IGSO的運(yùn)行軌跡以及干擾信號(hào)出現(xiàn)的原理，提出避免干擾出現(xiàn)的建議。

1 傾斜地球同步軌道

傾斜地球同步軌道（Inclined GeoSynchronous Orbit, IGSO），又名GIO（Geosynchronous Inclined Orbit），高度與GEO相同，軌道高度約35 700 km，因傾角與地球赤道面存在夾角，其地面星下點(diǎn)軌跡不再是一個(gè)靜止的點(diǎn)，而是呈“8”字形[2]。當(dāng)前，世界上越來(lái)越多的國(guó)家和地區(qū)選擇采用IGSO軌道類型的衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)區(qū)域性導(dǎo)航定位服務(wù)，我國(guó)北斗系統(tǒng)部分衛(wèi)星就使用該軌道（見(jiàn)圖1）。此外，日本、印度和韓國(guó)正在發(fā)展的區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)均采用了該軌道類型。例如，印度的NavIC（Navigation With Indian Constellation）已發(fā)射7顆衛(wèi)星（其中3顆GEO、4顆IGSO），計(jì)劃還將發(fā)射4顆IGSO衛(wèi)星，形成4條“8”字形軌跡[3]。日本的準(zhǔn)天頂系統(tǒng)（Quasi-Zenith Satellite System, QZSS）（見(jiàn)圖2）有3顆傾斜同步軌道的衛(wèi)星在日本上空工作，8小時(shí)輪換交替[4]。韓國(guó)政府在其第三次空間發(fā)展基本計(jì)劃中決定于2018年2月規(guī)劃自己的區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，類似于NavIC系統(tǒng)和QZSS系統(tǒng)，由3顆GEO衛(wèi)星和4顆橢圓IGSO衛(wèi)星組成[5]。GEO的軌道傾角為0°，而IGSO的軌道傾角是大于0°的任何軌道，我國(guó)的北斗系統(tǒng)IGSO衛(wèi)星的軌道傾角為55°，星下點(diǎn)軌跡為“8”字形軌跡[6]。如圖3所示。

圖1 北斗系統(tǒng)衛(wèi)星軌道星座（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）

圖2 當(dāng)前的QZSS星座[7]

圖3 北斗某IGSO衛(wèi)星星下點(diǎn)軌跡呈“8”字

2 干擾案例分析

2.1 干擾問(wèn)題描述

2021年9月，處于靜止軌道某顆衛(wèi)星受到相鄰軌位IGSO衛(wèi)星地球站干擾，干擾信號(hào)出現(xiàn)時(shí)間段為凌晨1:50-3:00和中午13:50-15:00（北京時(shí)間），處于不同緯度的三個(gè)地面監(jiān)測(cè)站（均在可視弧內(nèi)）監(jiān)測(cè)到干擾信號(hào)的出現(xiàn)時(shí)間和消失的時(shí)間不盡相同，處于緯度低的監(jiān)測(cè)站在中午時(shí)段最早收到信號(hào)，信號(hào)消失時(shí)間最早，最高緯度的監(jiān)測(cè)站最晚收到信號(hào)，信號(hào)消失時(shí)間最遲，凌晨時(shí)段相反。

2.2 干擾信號(hào)監(jiān)測(cè)情況分析

根據(jù)干擾信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間規(guī)律，監(jiān)測(cè)人員利用3.7米靜止軌道衛(wèi)星監(jiān)測(cè)天線在某IGSO衛(wèi)星過(guò)赤道前后半小時(shí)（每天兩次，中午大約在13:15-14:15；凌晨在1:15-2:15）時(shí)段內(nèi)對(duì)某GEO衛(wèi)星的左旋、右旋圓極化下行信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在預(yù)測(cè)時(shí)間內(nèi)，某衛(wèi)星C頻段下行信號(hào)受到了某IGSO衛(wèi)星C頻段下行信號(hào)干擾，信噪比約10 dB，帶寬約為10 MHz，未受干擾和受干擾衛(wèi)星的頻譜圖分別如圖4、圖5和圖6所示。

圖4 干擾信號(hào)未出現(xiàn)時(shí)的信號(hào)頻譜圖（上午9:50-13:00）

圖5 中午左旋圓極化方式下受干擾信號(hào)出現(xiàn)的頻譜圖（中午13:15-14:15）

圖6 凌晨左旋圓極化受干擾信號(hào)出現(xiàn)時(shí)的頻譜圖（凌晨1:00-2:00）

2.3 干擾原理分析

根據(jù)干擾情況的描述，本文采用STK軟件進(jìn)行衛(wèi)星運(yùn)行干擾仿真，在軟件上顯示某GEO衛(wèi)星（圖7中a所示）和某IGSO衛(wèi)星（圖7中b所示）的軌道運(yùn)行情況，通過(guò)仿真可見(jiàn)，當(dāng)IGSO某衛(wèi)星經(jīng)過(guò)赤道軌道附近時(shí)，其地球站（圖7中c所示）所發(fā)的上行信號(hào)（圖7中d所示）被某GEO衛(wèi)星接收并轉(zhuǎn)發(fā)從而產(chǎn)生干擾信號(hào)。具體情況如圖7所示。

圖7 IGSO衛(wèi)星地球站干擾附近某GEO衛(wèi)星

由于兩顆衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器本振頻率不同，因此得到兩個(gè)不同的下行頻率。IGSO衛(wèi)星過(guò)境赤道時(shí)對(duì)GSO衛(wèi)星的干擾原理如圖8所示，圖中A、B、C分別表示IGSO衛(wèi)星過(guò)赤道前后的時(shí)刻，隨著某IGSO衛(wèi)星離開(kāi)赤道，受干擾信號(hào)逐漸消失。如圖9所示。

圖8 IGSO對(duì)GSO衛(wèi)星的干擾原理

圖9 受干擾信號(hào)消失（監(jiān)測(cè)時(shí)間為15:50）

3 消除干擾方法

按照當(dāng)前國(guó)際電聯(lián)關(guān)于衛(wèi)星頻軌資源分配的主要原則，先向ITU申報(bào)衛(wèi)星頻軌資源的國(guó)家享有優(yōu)先使用權(quán)，按申報(bào)時(shí)間的先后順序確定優(yōu)先地位，后申報(bào)的國(guó)家或者部門(mén)應(yīng)采取一定的措施確保不能對(duì)先報(bào)國(guó)家的衛(wèi)星產(chǎn)生干擾，若相關(guān)國(guó)家之間的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)干擾問(wèn)題，應(yīng)按照國(guó)際規(guī)則開(kāi)展國(guó)際頻率協(xié)調(diào)。

近年來(lái)，由于衛(wèi)星數(shù)量不斷增加，鄰星干擾問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，既有因鄰星系統(tǒng)個(gè)別用戶天線口徑偏小、上行電平過(guò)大以及功率譜密度超限值而產(chǎn)生的上行干擾，也有如本文出現(xiàn)的這種由于受擾衛(wèi)星和干擾衛(wèi)星存在部分重疊覆蓋區(qū)域，導(dǎo)致受擾地球站在接收正常信號(hào)時(shí)，它的旁辦會(huì)接收到鄰星干擾信號(hào)的下行干擾。通常，按照國(guó)際協(xié)調(diào)規(guī)則，若某IGSO衛(wèi)星發(fā)射時(shí)間晚于某GEO衛(wèi)星，為了避免對(duì)該GEO衛(wèi)星造成干擾，根據(jù)相關(guān)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)，可采取以下措施：一是當(dāng)某IGSO衛(wèi)星接近赤道時(shí)，可以采取關(guān)閉地面站發(fā)射設(shè)備或降低其發(fā)射功率的措施消除干擾；二是采用其他技術(shù)手段對(duì)星上接收設(shè)備進(jìn)行信號(hào)濾波，濾掉不需要接收的信號(hào)。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)的北斗全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)采用IGSO+MEO+GEO混合星座，目前印度、日本以及韓國(guó)均在建設(shè)服務(wù)于本國(guó)或者本地區(qū)的區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，之所以均采用IGSO與GEO衛(wèi)星相結(jié)合的星座，主要是因?yàn)镮GSO衛(wèi)星能夠擁有GEO衛(wèi)星覆蓋范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)能夠在其覆蓋的高緯度區(qū)保持低仰角，在覆蓋范圍上，IGSO和GEO衛(wèi)星就形成了很好的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)[8]。越來(lái)越多的IGSO衛(wèi)星與相鄰GEO衛(wèi)星就不可避免地會(huì)出現(xiàn)干擾問(wèn)題。本文以某IGSO衛(wèi)星地球站干擾相鄰GEO衛(wèi)星為例，分析了IGSO和GEO衛(wèi)星的軌位特點(diǎn)，結(jié)合對(duì)干擾信號(hào)的監(jiān)測(cè)分析情況，得出干擾信號(hào)出現(xiàn)的特點(diǎn)，并最終提出了干擾規(guī)避措施，為以后面臨同樣問(wèn)題的衛(wèi)星操作者或者相關(guān)部門(mén)提供參考。■