衛(wèi)星通信抗干擾的發(fā)展與應(yīng)用研究

衛(wèi)星通信抗干擾的發(fā)展與應(yīng)用研究摘要：衛(wèi)星通信自20世紀(jì)60年代投入運行以來，歷經(jīng)近60年的發(fā)展歷史，早已被視為當(dāng)今通信技術(shù)中極其重要的一種通信手段。衛(wèi)星通信不僅具有通信距離遠(yuǎn)、覆蓋面積廣、布站靈活等特點，已普遍應(yīng)用在了廣播電視、個人移動通信及現(xiàn)代軍事通信等領(lǐng)域。但是，衛(wèi)星通信信號屬于無線電磁波，很容易受到干擾、偵聽、破壞及截獲，因此通過多手段來解決衛(wèi)星通信抗干擾已經(jīng)成為現(xiàn)代衛(wèi)星通信長足發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信；抗干擾1衛(wèi)星通信干擾概述衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的干擾主要分為對衛(wèi)星站的干擾和對通信衛(wèi)星的干擾兩類。對衛(wèi)星站的干擾，即下行鏈路干擾一般采用空中平臺干擾，由于空中平臺干擾作業(yè)易被發(fā)現(xiàn)、易被摧毀，所以目前很少被用于實際應(yīng)用中。由于通信衛(wèi)星位于太空軌道上，因此對通信衛(wèi)星進(jìn)行干擾，即對上行鏈路信號實施干擾是目前比較常用的干擾手段，因為它可同時造成多條鏈路乃至多個衛(wèi)星通信系統(tǒng)受到干擾的威脅。對通信衛(wèi)星的干擾有各種各樣的方式，以干擾設(shè)備裝載平臺來區(qū)分可分為地基、空基、天基3類[1].隨著科技的發(fā)展，干擾設(shè)備功率越來越大，甚至達(dá)到上千千瓦量級，機載和星載干擾設(shè)備也有較快發(fā)展，對衛(wèi)星通信構(gòu)成較大威脅。衛(wèi)星干擾一般分為以下兩類：1.1跟蹤式干擾跟蹤式干擾是通過發(fā)射相同頻率的干擾信號對衛(wèi)星信道進(jìn)行干擾的技術(shù)。敵方需要了解被干擾信道的頻段和信號帶寬等基本信息，通過發(fā)射相同頻率和帶寬的信號將目標(biāo)信道進(jìn)行干擾覆蓋。在掌握目標(biāo)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的上行與下行信號的映射關(guān)系后，敵方通常采用對下行信號進(jìn)行偵測觀察、對上行信號進(jìn)行干預(yù)擾亂的方法，即在信號收端接收到衛(wèi)星下行鏈路信號后，控制單元共數(shù)據(jù)庫內(nèi)提取到相應(yīng)的上行頻率，在預(yù)定的時間內(nèi)發(fā)射同頻干擾信號。1.2阻塞式干擾阻塞式干擾是目前較常用的一種干擾技術(shù)，其干擾帶寬一般遠(yuǎn)大于被干擾信號的工作頻段范圍。干擾方將干擾信號覆蓋在目標(biāo)信號所有可能的頻段上，可對多個目標(biāo)信號進(jìn)行有效干擾，該技術(shù)可以通過發(fā)射大功率信號對特定頻率范圍內(nèi)的所有信號信息干擾。由于阻塞式干擾不需要復(fù)雜的頻率瞄準(zhǔn)和信號引導(dǎo)設(shè)備，所以阻塞式干擾設(shè)備原理簡單，但同時對發(fā)射功率要求較高，干擾功率不能集中，如果需要對多個信道中的每個目標(biāo)信號進(jìn)行干擾，則需要設(shè)計出功率很大的發(fā)射機，所有在阻塞式干擾中，最大的難題就是如何提高作用到目標(biāo)接收機上的干擾功率。通常的做法是采用減少干擾頻段、增加發(fā)射機數(shù)目等措施。2衛(wèi)星通信抗干擾措施2.1擴展頻譜技術(shù)目前，根據(jù)擴頻方式的不同，主要分為直接序列擴頻、跳頻和直接/跳頻混合擴頻技術(shù)等方式[2].（1）直接序列擴頻直接序列擴頻（DS）就是用較大速率的偽隨機碼序列直接在信號的發(fā)端將信號的頻譜擴展的技術(shù)，擴頻可以使單位頻帶內(nèi)的功率譜密度變低，從頻譜上看，實現(xiàn)了將信號淹沒在噪聲里，敵方不易在噪聲中識別信號的存在。而在信號收端，用相同的偽隨機碼去進(jìn)行解擴頻，便可恢復(fù)信號，又能將干擾能量抑制掉，從而有效地提高信號的噪聲比，達(dá)到門限值。該技術(shù)具有頻譜隱蔽性好，信號不容易被干擾的優(yōu)點，而且頑存能力與偽隨機序列長度成正相關(guān)。當(dāng)干擾源較強時，可通過增加擴頻比來提高系統(tǒng)抗干擾能力；若干擾源減弱，信道質(zhì)量好時，可減少擴頻比提高信息速率，以提高信道的利用率。（2）跳頻跳頻（FH）是將信號在多個載波頻率間按預(yù)設(shè)跳頻圖案隨機跳變，由于載波頻率一直在切換，故又工作在突發(fā)傳輸狀態(tài)，具有很強的抗干擾能力。對擴頻帶寬較寬的情況，跳頻比直接序列擴頻更為實用。目前在工程實踐中，主要針對跳頻速率和跳頻帶寬范圍進(jìn)行重點研究，前者可以增大敵方對我方衛(wèi)星信號的跟蹤和干擾的難度，后者則可以大幅提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)的抗干擾處理增益。其中智能跳頻已經(jīng)成功應(yīng)用到工程實踐當(dāng)中，并表現(xiàn)出其優(yōu)越的抗干擾性能，當(dāng)跳頻系統(tǒng)某個頻率段受到干擾時，可以智能識別出已經(jīng)被跟蹤的頻率，系統(tǒng)隨即改變跳頻頻率集，在未被干擾的頻段進(jìn)行跳頻工作。自適應(yīng)跳頻式克服跳頻"1/3干擾頻點門限"的有效手段，智能跳頻技術(shù)不僅可以自動改變跳頻頻率圖案，還可以自動改變跳頻的速率。（3）直接/跳頻混合擴頻技術(shù)在DS的基礎(chǔ)上增加了信道頻率變換的功能，整合了直接序列擴頻和跳頻兩種擴頻方式的優(yōu)點，因而能更有效地對抗干擾。直接/跳頻混合擴頻技術(shù)是指在直擴通信的過程中，擴頻頻譜的中心頻率在一個相對擴頻帶寬內(nèi)按預(yù)定的跳頻圖案快速抖動，與簡單的直接序列擴頻通信相比，該技術(shù)雖然不具備額外的抗干擾能力，不過卻可大幅度提高系統(tǒng)的抗截獲、抗干擾性能[3].不過直接/跳頻混合擴頻技術(shù)對接收端的載波捕獲和定時同步要求較高，否則無法跟蹤快速跳變的載波信號，對硬件要求和軟件設(shè)計都提出了很高的要求，目前該技術(shù)在國內(nèi)仍然處于理論研究中，尚未應(yīng)用到實際工程應(yīng)用中。2.2天線抗干擾技術(shù)天線抗干擾技術(shù)是指通過波束成形及靈活覆蓋技術(shù)，使天線能最大限度地接收我方信號的同時"零化"敵方干擾，具體包括智能調(diào)零天線、多波束天線等。（1）智能調(diào)零天線智能調(diào)零天線通過改變天線的方向圖，可以智能調(diào)整衛(wèi)星信號的起始位置，使之面向敵方干擾信號方向并降低旁瓣波束來達(dá)到抗干擾的目的。智能調(diào)零天線利用敵我信號在振幅、頻率和空間方位的區(qū)別，通過智能加權(quán)處理天線各單位陣列，達(dá)到天線陣方向圖的智能控制和優(yōu)化處理，在干擾信號來源方向上制造深度調(diào)零，調(diào)零深度一般最高可達(dá)近30dB,并降低旁瓣信號來抑制干擾，大幅提高衛(wèi)星信號抗干擾能力。智能調(diào)零天線技術(shù)在抑制窄帶干擾、寬帶干擾、同頻干擾和鄰星干擾等場景中發(fā)揮了比較重要的作用。（2）多波束天線多波束天線可以按照實際應(yīng)用場景中的頻譜特性，自動將波束切換至我方衛(wèi)星信號的頻率需求范圍，提高衛(wèi)星通信的抗干擾能力。如果一個或多個衛(wèi)星通道被敵方干擾時，立刻停止使用這些通道，保留其他衛(wèi)星通道，這樣可以最大程度的降低敵方干擾對我方衛(wèi)星通信系統(tǒng)的影響。目前常用的多波束天線主要包括3種類型，即防范設(shè)施多波束天線、透射式多波束天線和直接輻射相控陣多波束天線。2.3衛(wèi)星載荷抗干擾技術(shù)衛(wèi)星載荷轉(zhuǎn)發(fā)器根據(jù)其對接收到的信號是否進(jìn)行處理，可分為星上透明轉(zhuǎn)發(fā)器和星上處理轉(zhuǎn)發(fā)器兩種，一般情況下，在衛(wèi)星載荷技術(shù)的微小提高都可以成倍提升整個衛(wèi)星通信系統(tǒng)的各項性能。衛(wèi)星載荷抗干擾技術(shù)不僅可以我方保護(hù)轉(zhuǎn)發(fā)器不被敵方信號干擾、而且可以防止信道堵塞，是目前提高整個衛(wèi)星系統(tǒng)抗干擾能力的最直接、最有效的手段。針對星上透明轉(zhuǎn)發(fā)器抗干擾處理通常采用SmartAGC技術(shù)。該技術(shù)通過智能包絡(luò)置換來實現(xiàn)對地方信號的抗干擾能力，可以大幅提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)的三抗能力。該技術(shù)可以自動檢查鏈路是否受到敵方干擾，可以智能作出包絡(luò)處理決定。在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器前端利用SmartAGC干擾技術(shù)，可以有效降低上行強干擾對轉(zhuǎn)發(fā)器功放功率的掠奪。相對于星上透明轉(zhuǎn)發(fā)器的衛(wèi)星載荷抗干擾技術(shù)而言，星上處理轉(zhuǎn)發(fā)器具有明顯的抗干擾優(yōu)勢。星上處理轉(zhuǎn)發(fā)器可以對上行干擾加以識別處理，使其影響減到最小或加以消除。其基本功能包括上行信號解跳頻、解擴頻、信息譯碼和信息分接；下行信號的信息編碼、信息復(fù)接、信號調(diào)制、信號擴頻和信號跳頻等[4].結(jié)語抗干擾衛(wèi)星通信系統(tǒng)除具有常規(guī)