衛星通信系統中同頻干擾定位方法研究

成思玥，劉 燕

（1.國家無線電監測中心北京監測站，北京 102609；2.國家無線電監測中心烏魯木齊監測站，烏魯木齊 830000）

1 研究背景

衛星通信發展至今，以通信范圍廣、質量高等優勢，在日常生活和各行各業都有廣泛的應用。C、Ku 頻段的靜止軌道衛星通信發展較為成熟，承擔的通信業務繁多，衛星通信系統復雜，當前C、Ku 頻段的軌道資源和頻譜資源幾乎飽和，用頻秩序繁忙。近年來，我國衛星頻段的頻率資源被盜用和干擾案件頻發且數量呈上升趨勢，嚴重侵害了我國頻譜資源的用頻秩序和合法用戶的利益。面對種類眾多的衛星干擾信號，定位干擾信號上行站是加強衛星頻譜資源管理的必要技術手段之一。

本文針對當前存在的問題，結合實際工作，基于衛星干擾源雙星定位技術原理，深入研究了衛星通信系統中同頻干擾定位方法，對定位干擾信號上行站存在的問題提出兩種解決方法并結合實際案例分析，驗證了這兩種方法的準確性和可靠性，滿足我們當前工作的需求，具有一定的實踐意義。

2 同頻干擾的特征和危害

同頻干擾是指干擾信號與合法業務信號的發射頻率相同或部分相同，形成干擾信號和合法業務信號疊加的情況，最差的情況是，干擾信號可能淹沒在合法業務信號下，且帶寬與合法業務信號相近，這類干擾嚴重影響了合法用戶的通信質量，如果受干擾的是廣播電視信號，嚴重的會造成廣播電視節目異常，無法正常觀看和收聽。同頻干擾典型頻譜特征如圖1所示。

圖1 典型同頻干擾頻譜圖

3 同頻干擾的定位方法研究與分析

目前，對衛星干擾信號上行站的定位的主流技術是雙星定位技術，同頻干擾信號的定位也是通過雙星定位實現，但由于干擾信號與業務信號的疊加，給定位工作帶來難度。

3.1 雙星定位原理

對干擾信號的上行站進行定位，選取與受擾衛星軌道位置相近且參數相似的衛星作為定位鄰星，可利用接收站的2副接收天線分別接收受擾衛星和定位鄰星的信號，建立定位接收鏈路，受擾衛星信號和定位鄰星信號同時采集用于定位計算。

干擾信號發射天線的主瓣由受擾衛星接收并轉發，旁瓣由定位鄰星接收并轉發，同一信號經由2顆不同的衛星轉發，到達接收站。不同的轉發路徑造成主瓣和旁瓣到達接收站存在時間差，稱為TDOA（Time Difference of Arrival）。同時，由衛星攝動和轉發器頻率漂移引起的頻率差，稱為FDOA（Frequency Difference of Arrival）。TDOA 和FDOA 可以分別在地球交出曲線，2條曲線的交點即為干擾信號發射天線的位置。可以說，確定受擾衛星和定位鄰星后，地球上每個位置都對應唯一的一組TDOA和FDOA。

圖2 雙星定位原理示意圖

定位系統在完成信號采集后，利用正交模糊函數對來自受擾衛星信號和定位鄰星的同一個頻率的采集信號進行相關計算，得到相關峰，即TDOA 和FDOA。正交模糊函數如下：

式中，τ 為時間差；v 為頻率差；T 為相關時長；t 為時間。

3.2 同頻干擾定位的難點和解決方法研究

在實際案件中，干擾信號的帶寬小于或等于受擾信號的帶寬，發射功率也遠小于受擾信號，在頻譜監測中，干擾信號淹沒在受擾信號中，對干擾信號的采集的同時，不可避免的采集了受擾信號，因此在定位相關時會得到多個相關峰，正確提取干擾信號的相關峰是同頻干擾定位的難點。經過多品牌定位系統在同頻干擾定位中的實踐，提出以下兩種解決方法。

3.2.1 解決方法一

當干擾信號帶寬小于受擾信號時，利用常規定位技術手段解決同頻干擾定位。通常，在定位過程中，可控制的參數有，采集信號的頻率、帶寬、相關時長、地理區域（即TDOA 和FDOA的范圍）等，可以在定位過程中，利用上述可調參數對同頻干擾定位。具體步驟為：一是對受擾信號進行相關計算，得到受擾信號的TDOA 和FDOA 數值；二是調整地理區域范圍等方法，將受擾信號的TDOA 或FDOA 排除，再對干擾信號進行相關計算，可以獲得干擾信號的TDOA 和FDOA 數值，完成定位。

3.2.2 解決方法二

當干擾信號帶寬小于受擾信號時，利用信號對消技術解決同頻干擾定位。在干擾信號發射功率小，信噪比遠低于受擾信號時，無法通過增加相關時長獲得干擾信號的相關峰時，或干擾信號與受擾信號發射位置接近，無法通過調整地理區域的方法獲得干擾信號的相關峰時，可通過信號對消技術解決此問題。具體步驟為：一是對受擾信號進行完整采集并采用信號對消技術；二是在此基礎上，對干擾信號進行定位，獲得相關峰，完成定位。

上述兩種解決方法進行比較可知，引入信號對消技術的適用范圍更廣，定位時不受受擾信號的影響，但對定位系統的硬件要求更高，其不僅需要定位系統具備寬帶、窄帶采集功能，寬帶采集用于信號對消，窄帶采集用于定位，而且需要定位系統具備信號分析功能和強大運算性能，用于解決提高信號對消效果和縮短信號對消耗時。排除受擾信號位置的方法雖然有一定的局限性，但對定位系統的要求不高，不需要具備更多地功能模塊，傳統的定位系統就可以實現。

當干擾信號帶寬等于受擾信號時，無法通過上述兩種技術手段排除受擾信號在定位過程中的影響，需要通過行政手段，與臺站管理部門或衛星運營商的配合，獲得受擾信號的位置，再解決干擾信號的定位。

3.3 同頻干擾定位案例分析

在實際應用中，由于各衛星定位系統有差異，可根據實際情況，選擇上述2種解決方法實現同頻干擾的定位。以下兩起案例是分別采用這兩種方法對干擾信號上行站進行定位，效果較好。3.3.1 案例一

美國TLS2000定位系統可通過雙星定位實現對干擾信號上行站定位，雖然不具備信號對消功能，但仍可通過常規定位技術解決同頻干擾的問題，實際案例為亞洲5號衛星同頻干擾案例，同頻干擾頻譜如圖3所示。

圖3 亞洲5號衛星受擾頻譜圖

在選擇合適鄰星和建立正確定位鏈路的基礎上，定位流程如下：

（1）選擇適合的頻譜采集帶寬，避開干擾信號，對同頻業務信號進行相關計算，得到相關峰1，位于中國境內，如圖4所示，位于地圖中明亮色區域內。

圖4 TLS2000定位系統界面

（2）選擇合適的地理位置范圍，避開相關峰1的位置，再對干擾信號進行相關計算，得到相關峰2，位于沙特地區，即為干擾信號的上行站位置，定位結果如圖5所示。

圖5 TLS2000定位結果

3.3.2 案例二

采用法國Zodiac 定位系統，利用其信號對消技術解決同頻干擾上行站定位。實際案例為自發實驗，自發3個信號作為同頻干擾信號，均來自成都地區，頻譜如圖6所示。

圖6 自發實驗頻譜圖

定位流程如下：

（1）將系統切換至CSA 模式分析，對同頻業務信號進行信號分析，包括中心頻率、帶寬和調制方式等，分析結果如圖7所示。

圖7 CSA信號分析結果

（2）對同頻業務信號進行信號對消。對消前后的頻譜對比如圖8所示。

圖8 對消前后頻譜圖

（3）在得到單一的干擾信號后，對目標信號進行定位，得到干擾信號的唯一相關峰，從而得到上行站位置。

4 結束語

本文結合實際情況，對衛星通信中同頻干擾的定位難點進行了分析，并提出解決方法，通過案例分析驗證了文中兩種解決方法的高效性和實用性，對實際衛星干擾定位工作具有很大的指導作用；在實際應用中，可參考文中提出的兩種解決方法，結合實際條件，選擇適當方法來解決此類問題，以便更加準確、可靠地完成同頻干擾定位工作。