衛星通信抗干擾技術發展趨勢

朱紅新

中國民用航空新疆空中交通管理局 830016

衛星通信系統在現代戰爭中起著重要的作用，加強對衛星通信抗干擾技術的研究具有重要的意義。下面，我們將對衛星通信系統可能存在的干擾種類、常用的干擾技術以及抗干擾技術的發展趨勢進行詳細介紹。

1 衛星通信系統可能存在的干擾種類

衛星通信系統可能存在的干擾種類主要有以下四種：一是衛星通信系統之間的干擾。雖然是使用相同的頻段并且距離很近的不同的衛星通信系統之間也可能產生干擾；二是地面無線電系統與衛星通信系統之間的電磁干擾。這類干擾涉及的內容較多，主要包括由雷達系統產生的信息干擾，由廣播電視系統產生的干擾，與地面相同頻段的微波通信系統之間產生的干擾，還有來自工、科、醫等機械設備的干擾，或者是相同頻道工作的地球站由于質量不符合規定產生的干擾，或是由于實際操作失誤而造成的干擾等；三是來自自然界的天電干擾。這種類型的干擾的內容主要包括：太陽系的星體發生爆炸以及太陽黑子爆炸而產生的宇宙射線以及流星雨從而產生干擾，或者是電離層閃爍以及衛星蝕等情況。以上幾種類型的干擾都屬于天文自然現象，是無法避免的。另外一種重要的干擾類型就是人為干擾。主要包括人們對衛星通信上行信號以及下行信號的各種干擾，比如，頻率阻礙或者是盜用等情況。這幾種類型的信息干擾的特性存在較大的差距，對衛星通信系統也產生了不同的影響。因此，為了有效地保證衛星通信系統的正常運行，需要全面地綜合地采取各種抗干擾措施，加強對干擾因素的對抗，從而有效地避免衛星通信系統遭受干擾，主要從降低干擾壓制比以及提高干擾系統的容限兩個方面著手。

2 衛星通信中常用的抗干擾技術

2.1 天線抗干擾技術

由于衛星通信系統分布的范圍比較廣泛，并且涉及的空間地域比較大，因此，很容易受到干擾。而抗干擾的首要目標就是實現優化的、靈活的衛星銅系系統的覆蓋，促使衛星接收天線能夠在最大的限度上接收我方的衛星信號，并且能夠“零化”敵方的干擾。衛星通信系統中最常見的一種抗干擾技術就是天線抗干擾技術，天線抗干擾技術主要包括智能天線技術、自適應調零技術以及相控陣天線技術等。自適應調零技術工作的原理是：主要是利用一些大型的，并且具有多波束的衛星接收天線，將一個賦形的衛星天線照射到某個指定的區域，一旦衛星信息系統檢測到干擾信息，就會自動地將干擾方向的點波束關閉，最終實現抗干擾的目的，使用自適應調零多波束天線能夠在一定程度上減輕干擾信號的電平。智能天線主要是根據無線信道環境的具體變化，自動地調整天線圖的實際方向，從而保證天線性能保持在最佳狀態。使用智能天線，能夠同時抵御各個不同方向的干擾，甚至能夠將信號比提高到幾十倍左右。采用智能天線抗干擾時，主要是充分地利用敵方和自身的信號幅度、編碼、空間方位或者是頻譜的不同特點，通過信號對各陣元進行自適應處理，自動調整和優化天線陣的方向圖，有效地增加我方的天線信號，最終實現空間濾波的目的。智能天線主要是由天線陣列、自適應信號處理以及信號通道三個部分組成。相控陣天線技術也是一種抗干擾的重要措施。相控陣天線技術在運行時，是根據戰場形勢的具體變化，加強對衛星發射天線指向的有效控制，最終促使波束的覆蓋面積隨著用戶運動的變化而變化，而且衛星天線波束的形狀與衛星通信系統的抗干擾能力有著直接的關系，因此，需要選擇具有高抗干擾能力的波束形狀。同時，我們還面臨一個重要的問題，就是如何在盡可能短的時間內判斷出多個干擾方向然后自動進行調零。許多專家提出采用免疫遺傳算法的自適應天線調零方法，在低SNR，快拍數少的條件下，對收斂速度、精度以及波束形狀上進行改進。

2.2 星上處理技術

星上處理技術主要是利用上、下行鏈路之間去耦，有效地減少或者是完全消除上行干擾對下行鏈路的干擾，同時，有助于避免轉發器進入飽和狀態。星上處理技術涉及的內容比較廣，主要包括：星上信號解調再生、解跳／再跳、解擴／再擴、速率的轉換、多波束轉換、智能自動增益的有效控制以及譯碼／編碼等內容。

2.3 自適應編碼調制技術

自適應編碼調制技術具有明顯的通信自適應特征，可以應用在一些使用無線信道通信的傳輸技術上。在使用自適應編碼調制技術時，首先需要對信道進行估計，主要是通過回傳信道將信道的具體狀態信息傳輸到發送端，然后根據不同的信噪比自適應地調整編碼方式以及調制方式。如果信噪比過低，則需要使用比較低的信息速率；如果信噪比比較高時，則應該采用比較高的信息速率，只有這樣，才能有效地提高信道利用率比固定速率的系統，最終實現信道傳輸的可靠性。科學性，從而優化信道的整體性能。自適應編碼調制系統性能受到多種因素的影響，比如自適應回路延時、鏈路狀態估計算法以及調制編碼方案的粒度等因素。相對于自適應方案而言，自適應編碼調制技術能夠有效地提高功率增益，為了更好地提高自適應編碼調制系統的性能，需要盡量選擇一些具有較大功率并且具有更高頻利用率的編碼調制方案。

2.4 無線光通信技術

無線光通信技術是通過大氣這種傳輸媒介進行光信號傳輸，如果信號收發的兩個端機之間存在無遮擋的視距路徑，并且具有足夠的光發射功率，則可以使用無線光通信技術。FSO屬于一種物理層的傳輸機械設備，可以在任何的傳輸協議上進行疊加，并且可以對聲音、數據信息以及圖像等業務進行透明傳輸。一個無線光通信系統都是由發射機、接收機以及信道等三個基本部分組成的。在進行點對點傳輸時，每一端都需要設置相應的光發射機以及光接收機，從而可以實現全雙工的通信的目的。光發射機的光源受到電信號調整的影響，主要可以利用光學望遠鏡，利用大氣信道將光信號傳輸到接收機望遠鏡里；在光接收機里，可以通過望遠鏡收集光信號，緊接著將光信號積聚在光點檢測器中，通過光檢測器將光信號轉化成電信號。FSO明顯具有速率高、頻譜資源豐富以及頻帶寬等顯著特征，FSO一般是利用紅外光線進行傳輸，通信系統的工作頻端基本保持在300GHz以上，這種工作頻端是不受到限制的；FSO的相關協議實現透明化，具有較高的安全性和保密性，而且各個電波之間不存在干擾的情況；FSO的架設比較靈活多變，并且快捷，使用的成本相對比較低。目前，許多發達國家都在大力研究光通信技術，比如，美國，英國以及歐洲其他國家等。激光空間鏈路技術取得了較大的成就，并且逐漸向長波長、大容量、遠距離、低功耗、小型化、一體化以及星間組網的方向發展。

2.5 限幅技術

限幅技術是目前使用范圍最廣泛的一種抗干擾技術，限幅技術能夠有效地避免轉發器中的功率放大器受到通信的上行干擾的影響進入飽和狀態。對于理想中的限幅器而言，需要具備特定的限幅特性：在輸入高功率信號時能夠具備很高的信號衰減功能，在輸入低信號功率時，應該只存在一個很小的插入損耗。通信限幅主要分為軟限幅以及硬限幅兩個方面。硬限幅轉發器主要是在非線性的狀態下開展工作，大信號壓縮小信號，如果發生連續波干擾時，此時的壓縮比是最嚴重的。PIN限幅器的主要功能是避免發生后面的靈敏接收機電路受到自身發射脈沖泄漏功率以及其他靠近的大功率微波信號損壞重要的器件的情況。現階段，碳化硅第3代寬帶隙半導體材料是發展最為迅速，并且應用前景最為廣泛的微波功率器件材料，碳化硅的擊穿電場強度比較高，大約是硅的8倍，其熱導性能大約是硅的3倍，電子飽和漂移速度是硅的兩倍左右，因此，碳化硅有助于提高相關器件的抗輻射功能。軟限幅轉發器的工作區域主要分布在在線性區以及限幅區兩個區域，其壓縮比與干信比、干擾類型以及限幅門限關系密切。在限幅的過程中，由于受到非線性的影響，會產生強信號，從而抑制小信號，促使信噪比不斷下降，最大時可以達到6dB，相比較而言，軟限幅較硬限幅有大約4dB的性能改善。

3 衛星通信抗干擾技術的發展趨勢

衛星通信抗干擾技術的研究是一項長期而艱巨的任務，在進行衛星通信技術研究的過程中，需要特別關注以下問題的研究：在加強新的衛星通信抗干擾技術研究的基礎上，積極探索出更多的新的科學的通信體制，設計出一套預測能力強，并且具有最低限度保障的衛星通信系統。這種衛星通信系統不僅需要具備信號處理技術，而且能夠在衛星上綜合使用各種不同的抗干擾技術抵抗各種類型的干擾，同時，需要在組網能力和業務支持種類方面具備很高的靈活性。以下加強衛星通信系統的研究主要可以在以下方面努力：一是加強智能天線技術的研究。智能天線技術主要包括天線反射面的形狀設計，將獲得理想波束作為設計目標，加強對微帶平面天線的深入研究，相控陣Mt3A技術以及盲波束形成技術的研究等；二是加強對混合擴頻技術以及自適應擴頻技術的研究。比如，可以根據混沌序列以及密碼序列設計的相關原理，找尋性能較好的跳擴頻碼；三是根據衛星信道的特征，找尋最佳的信號調整方式，加強對多制式、多數據率的調制解調器的研究。

4 結語

綜上所述，現階段，衛星通信系統的抗干擾技術的種類比較豐富，比如，天線抗干擾技術、無線光通信技術、限幅技術等。加強對衛星通信系統的抗干擾技術的研究，提高其抗干擾的實際操作能力，最終促使衛星通信系統在軍事活動中發揮更加重要的作用。

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