GEO衛星共軌干擾定位與抑制方法研究

北京衛星導航中心 李洪力 竇曉晶 張 婷 楊 華

GEO衛星共軌干擾定位與抑制方法研究

北京衛星導航中心 李洪力 竇曉晶 張 婷 楊 華

【摘要】GEO衛星通常搭載有透明轉發器，當兩顆發送相同頻率信號GEO衛星位置相鄰太近時，容易造成共軌干擾。本文首先對共軌干擾的判定步驟進行了闡述，通過對干擾現象進行梳理，對干擾數據進行處理分析，得出干擾的基本特性，初步判定了衛星共軌干擾源；然后通過設計干擾源驗證試驗，確定干擾來源；最后對干擾抑制的方法進行分析，最終確定該衛星系統受擾衛星的入站和出站均能正常工作的平衡點，保證了衛星系統正常工作。

【關鍵詞】透明轉發器；共軌干擾；干擾抑制

1.引言

只有一條地球靜止軌道的地球，軌道位置的競爭越來越激烈，為了在靜止軌道中放置更多的GEO衛星，ITU早先已將發送相同頻率信號的、鄰近衛星之間的最小間隔，從原先的4°減小到1.5～2°。大多數GEO衛星上搭載著透明轉發器，由于透明轉發器對上行信號沒有識別能力，不作處理，只進行變頻放大，因此位置相近的兩顆GEO衛星相互間有可能造成共軌干擾。

2.GEO衛星共軌干擾判定

對于由GEO衛星組成的衛星系統，應具備實時的上下行信號頻譜監測手段，從而在出現干擾時能夠進行聲光報警，準確直觀地發現干擾，頻譜監測的存盤數據能夠為準確分析干擾特性提供數據支持，從而為正確判斷干擾來源提供可靠依據。實時頻譜監測手段分析的內容主要包括：干擾峰值電平、中心頻率、干擾出現的時間規律和電平變化規律等。通過數據分析初步判斷是否可能為共軌干擾，再根據查閱相關資料查找該位置上可能的GEO衛星的轉發器情況，從而初步判定干擾來源。

2.1 干擾現象

多數GEO衛星上下行鏈路有多個轉發器，通過干擾的現象首先應能確定經過哪個轉發器的信號受到了干擾，其次出現干擾時的頻譜圖能夠反映出干擾的中心頻率、干擾峰值電平高出正常入站信號電平的差值，通過長期的觀察，可以把握干擾出現的時間規律，共軌干擾一般具有衛星軌道運動時間特性。例如，某GEO衛星下行信號監測到入站干擾，每天兩次出現，兩次間隔的時間大約為12小時，干擾的中心頻率為f1，起初干擾較小，對衛星系統的影響可以忽略，伴隨著時間的推移，干擾逐漸變大，對系統的影響也逐漸凸顯出來，干擾最大時，嚴重影響正常下行信號的接收。干擾出現時該下行信號頻譜如圖1所示，正常工作時該下行信號頻譜如圖2所示。

圖1 干擾出現時的下行信號頻譜圖

圖2 正常工作時的下行信號頻譜圖

2.2 頻譜監測數據分析

對干擾監測的長期存盤數據進行統計分析，發現干擾出現的明顯規律性：每天出現兩次，兩次相隔約12小時，每天提前3、4分鐘。而這與GEO衛星的軌道運動特性極為相似。在該衛星系統中，可以提取經該GEO衛星形成閉環監測的某天的星歷信息，畫出對應的星下點軌跡，如圖3所示。

結合當天干擾出現的時間，由圖3可見，該GEO衛星經過赤道時段的時間與干擾出現的時間吻合，即干擾最大時段為衛星經過赤道時段。

對某天頻譜監測存盤數據進行處理，得到干擾峰值電平的變化曲線圖，如圖4所示。

圖3 星下點統計圖

圖4 干擾過程峰值電平變化曲線圖

由圖4可見，從左至右共有8個臺階，依次編號為1、2、3、4、5、6、7、8，分別代表了干擾功率逐漸抬高和降低的過程。并且每個臺階持續的時間相等，與地面天線步進跟蹤定期調整時間吻合。同時可以看出，每個臺階高度基本保持平穩，即干擾出現時段，天線指向不變時，干擾峰值基本保持不變，每個臺階均如此。

2.3 干擾源初步判定

干擾是通過該GEO衛星所對應的地面天線進入接收系統的，GEO衛星所對應的地面天線一般為大口徑收發共用桁架天線，指向相對固定。干擾源可能來自地面、空中和太空。而由于天線為桁架天線，有一定的仰角，地面干擾源對其干擾不易實現；空中的干擾源可以是飛機、升空平臺等物體，但是，根據干擾特性，在一段時間內干擾源位置應相對穩定，且每天出現的時間相對固定，這對于飛機及升空平臺等物體而言，長期干擾不易實現；來自太空的干擾指的是其他衛星，其他衛星可能發射與該GEO衛星相同頻段的信號，而被該GEO衛星的地面接收天線所接收而造成干擾，根據衛星運動的特性，此干擾來源于其他衛星轉發信號的可能性極大。

圖3中該星星下點統計，進一步印證了干擾來源于空間其他衛星的猜想，故初步判定為與其他衛星共軌造成的干擾。圖4干擾過程中峰值電平變化曲線圖亦說明，對該GEO衛星造成干擾的相鄰衛星傾角較小，相對于地球基本保持位置不變。因此可以認為，該GEO衛星受到的干擾過程實際為：其地面天線逐漸指向相鄰衛星，達到干擾最大，之后又逐漸偏離相鄰衛星的過程。

因為搭載透明轉發器的衛星在發射前需要事先向國際電聯申報資料，轉發器情況和軌道位置均已知，所以各國的GEO衛星基本處于透明狀態。因此通過聯系相關部門，查閱相關資料，確認該軌位上確實有某鄰國衛星X，衛星X申報的上下行轉發頻差為△f，而該GEO衛星對應的地面接收天線接收到的干擾信號中心頻率約為f1，計算可得轉發前的頻率應為f1+△f=f干，這個頻率與地面天線發射的某上行信號頻率fu1和fu2接近，再考慮到儀器讀數精度等多方面問題，懷疑為該衛星系統的該上行信號經鄰國衛星轉發器后進入到了下行信號接收帶寬而造成的干擾。是否由此原因造成，可以通過設計試驗進行驗證。

2.4 設計試驗，確定干擾來源

通過增減懷疑干擾來源的上行信號發射功率，觀察受擾下行信號的變化情況，以此判定干擾來源，確定共軌干擾。

試驗數據：見表1。

表1 GEO衛星干擾試驗數據

上行信號u2變化的數值與干擾信號的峰值電平變化的數值基本是一致的；而增減上行信號u1的功率，干擾情況無變化，可以判斷該GEO衛星下行信號干擾是其上行信號u2經過鄰國衛星轉發，進入到了下行信號接收帶寬而造成的。干擾示意圖如圖5所示。

圖5 干擾示意圖

3.GEO衛星共軌干擾抑制

當確定是共軌干擾后，就需要采取措施對干擾進行抑制，以達到降低或消除干擾對系統正常工作造成影響的目的。對抗干擾的方式有兩種：一是進行軌位協調，從根本上解決干擾問題；二是采取緩解措施，即采取干擾抑制手段使干擾對系統的影響降至最低。

3.1 軌位協調

共軌干擾是由空間兩顆位置相近的衛星沒有采取共軌策略或共軌策略不合理造成的，所以要從根本上解決共軌干擾問題，需要研究兩顆星合理的共軌策略，以實現軌位協調。

3.2 干擾抑制

實現干擾抑制可以通過采取兩方面的內容來實現，一是降低干擾信號電平，二是盡量提高工作信號的電平，以此來提高信噪比，保證系統的正常工作。

3.2.1 降低干擾信號電平

確定干擾來源之后，首先要看能否降低干擾的功率。若為衛星系統自身發射的上行信號對系統造成了影響，可以通過降低衛星系統該上行信號的發射功率來降低干擾的功率，從而降低干擾對系統的影響；若干擾源來自其它系統，可以通過協商的辦法達成一致，使其它系統降低對應信號的發射功率。

3.2.2 提高工作信號電平

在無法降低干擾信號電平或降低干擾信號電平之后入站效果仍不理想的情況下，可以采取提高正常工作信號電平的方法來降低干擾對系統的影響。提高正常工作信號電平的方法有兩種：一是可以提高與該下行信號對應的上行信號發射功率，二是可以通過上調該信號所經由的衛星轉發器增益檔。當用戶數量較多時，要提高所有用戶的發射功率有一定難度，而通過上調衛星轉發器的增益檔相對容易一些，上調衛星轉發器的增益檔，將提高所有經過該轉發器的信號電平，而對不經過該轉發器的信號不起作用。

3.2.3 風險分析及平衡點選擇

對于由衛星系統自身發射的上行信號所造成的干擾，不能無限制的降低該信號的發射功率，否則會導致出站螺流不斷降低，甚至為零，這樣就使該出站波束覆蓋區內的用戶無法鎖定和響應該波束出站信號，從而對系統服務造成影響。因此在下調該發射信號時需要同時調整對應出站轉發器的增益檔，從而保證系統正常的出站功率。

對于提高系統正常的入站信號，由于衛星上搭載的入站轉發器增益檔也是有限的，因此不能無限的增大，并且當增益檔達到最大檔位時，轉發器沒有了調整余量，入站受干擾的風險也將同時增大。

因此，在干擾抑制過程中，需要找到一個能夠保證出站和入站信號都能正常工作的平衡點，既能有效抑制干擾，改善入站信號的受擾程度，同時又不至于影響出站信號，最終確保該衛星系統的正常工作。

4.結論

論文對于GEO衛星共軌干擾的分析判斷及干擾抑制具有一定的指導意義，可根據實際情況應用于其他衛星系統中。

參考文獻

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