衛星定位通信中的干擾及解決措施分析

宋 堅

（福州職業技術學院，福建 福州 350108）

1 衛星定位通信系統概述

衛星信號傳輸過程中，人造地球衛星作為中繼站負責信號的連接和傳輸，完成建立在地面上的多個地面站之間的信號傳輸，如圖1所示。空間和地面是衛星信號傳輸體系的主要傳播范圍。衛星定位通信系統比普通的無線通信系統具有明顯優勢，可以與地球上的任何地方進行長距離通信。但是，在實際的工作過程中，衛星通信信號易受多種因素的影響，降低了通信傳輸質量，因此衛星通信發展有必要加強通信信號傳輸的抗干擾能力，提高通信質量，保證信號的傳輸安全[1]。

2 衛星定位通信系統中遭受的干擾類型

2.1 地面與近地空間干擾

圖1 衛星信號傳輸過程

隨著人類科學技術的不斷發展，地球上存在大量的微波無線電信號，如雷達、廣播以及電視信號等。它們都是衛星定位通信系統中的干擾源，會造成衛星通信系統中的數據干擾，使衛星無法準確和清晰地傳輸數據或信息。針對此類干擾，主要的處理措施是選擇正確的位置。例如，在建造衛星地球站時，位置選擇要符合環境電磁場接收信息和數據的相關標準，同時衛星地球站的建設位置環境需達到相應的標準。但在持續發展的經濟條件下，居民生活與工作的范圍不斷擴大，會導致某些符合電磁環境標準的衛星地球站建設范圍內的電磁信號干擾問題越來越嚴重。因此，衛星地球站科學合理選擇位置時，需要考慮社會不斷進步過程中電磁環境的發展規劃。隨著不同國家發射的衛星數量的持續增加，地球同步軌道上衛星之間的距離越來越小，導致了相鄰衛星之間的通信干擾。一些衛星使用孔徑相對較小的天線，可能會出現較高的上行電平并破壞衛星通信系統的上行電路。如果相鄰衛星覆蓋的區域存在高度重疊，則衛星地球站會接收到來自相鄰衛星的信號，從而干擾衛星通信系統的下行傳輸。

2.2 自然因素干擾

衛星定位通信系統易遭受的自然干擾主要包括雨雪衰、太陽運動（日凌）、電離閃爍以及衛星蝕等，如圖2所示。雨雪衰是指在通信電波傳輸過程中與雨雪相遇，而雨雪對無線電波具有一定的吸收和散射作用，導致無線電波能量信號衰減。每年的3月21日和9月23日前后，當衛星運行在太陽和地球之間時，地球站天線會同時面向衛星和太陽，此時太陽產生的輻射噪聲會影響衛星通信信號的有效接收，被叫做日凌。電離閃爍是指當無線電透過不均勻的電離層時，信號的幅度和相位會受到很大的影響，并且發生不規則的變化，導致電離層閃爍。衛星蝕大部分發生在春季和秋季。在此期間，衛星位于地球與太陽之間的直線端，這時衛星進入地球的陰影區無法獲得太陽能，只能用電池為衛星提供動力。上述這些情況不可避免，但是可以采取一些方法來最小化其對衛星定位通信的影響[2]。

圖2 衛星信號受干擾的因素

2.3 人為因素干擾

有些不法分子會為了個人利益而干擾衛星通信系統，并竊取衛星通信系統的傳輸頻率和功率資源。不法分子不僅能夠使用衛星地球站的上行天線獲取靜止衛星發射的經過處理的射頻信號，竊取靜止衛星的傳輸頻率和資源傳輸自己的違規信號，還可以將未處理的超功率信號發送到選定的對地靜止衛星，從而干擾靜止衛星轉發器的正常工作，使之無法使用正常頻率發送信號。不法分子還可能會將經過處理的超高功率射頻信號傳輸到選定的對地靜止衛星，從而使衛星能夠傳輸未經審核的信息，還可以對信息進行加密并允許地面用戶解密加密的代碼，以接收其非法傳輸的信息。另外，不法分子通過大功率信號發射器發射大功率信號，干擾衛星的正常下行信號，使衛星地球站無法清晰和準確接收衛星的下行信號，影響衛星定位通信系統的正常工作。

2.4 互調干擾

互調干擾通常發生在衛星多載波工作條件下。當出現互調干擾因素時，需要了解發射功率和超標的問題，同時需要考慮衛星轉換器和本地空間交換的運行狀態。當衛星轉換器從線性工作區域轉換為非線性工作區域時，衛星通信的互調特性會發生變化。因此，在判斷衛星網絡的訪問測試方法時，需要確保三階互調抑制比滿足標準要求。

3 針對衛星定位通信系統干擾問題的解決措施

3.1 處理干擾源

從目前的技術水平來看，人們很難避免自然現象引起的干擾效應，只能采取一些措施來減少干擾。第一，針對地面電磁干擾的情況，可以在天線周圍放置金屬屏蔽層，以屏蔽電磁干擾源，然后在反射后解決干擾波。在鋪設金屬屏蔽層前，采用電磁檢測可以有效了解干擾波源的方向。屏蔽層的高度必須高于高頻頭，并且不能阻擋衛星信號的傳輸路徑。第二，對于上行鏈路干擾，需要相關機構來協調相鄰衛星運營商，以有效解決相鄰衛星干擾的問題。第三，唯一解決衛星設備故障造成的干擾影響問題的方法是切換備用設備或更換應答器。第四，地面設備故障問題引起的信號影響，可以通過提高維修人員的專業技能，使其嚴格按照設備說明進行操作，優化設備工作點，以做好維護設備的日常工作。第五，對于下行站而言，可以提升接收GT值，留下足夠的冗余度以實現非衰減功能。此過程中還可以優化衛星轉發器的天線波束圖，通過合理設計衛星接收系統來減少降雨或降雪的影響。第六，雨雪衰隨機性強且區域之間的差異較大，因此難以有效避免，只有通過衛星信號傳輸路徑及其特性改善才能給予有效補償。其中，上行鏈路的雨雪衰損失可以通過上行鏈路站進行補償，同時衛星轉發器也可以適當補償上行鏈路的雨雪衰損失。第七，接收天線的頻率越高，孔徑越大，3 dB波束就會越窄。此時，日凌會持續很短的時間，因此可以選擇增大天線的孔徑以強化地球站的靈敏度，減少日凌的干擾時間。對于經度相對較高的衛星，日凌的干擾時間會加快。根據地球站和衛星的特定位置，能夠測算出日凌的干擾時間，并及時切換信號來降低干擾。

3.2 利用直接序列擴頻技術

通過使用高碼率信號序列，可極大擴展衛星發送的信號頻譜，從而使衛星定位通信系統發送的信號能夠以低密度功率譜發送，有效減小了衛星在通信地址頻帶中發送的功率。因為衛星通信系統的信號被傳輸過程中產生的信道噪聲掩蓋，所以很難搜索信號。衛星地面站接收到這些擴頻信號后會對超頻信號進行解擴，使其可以正常接收和使用。這種方法可以有效增加衛星通信系統的隱蔽性，減少衛星通信信號的干擾因素。

3.3 提高硬件設備的性能

為了保證衛星定位通信系統的正常運行，有必要從相關設備硬件出發，提高硬件設備的技術含量，使衛星通信系統可靠運行，并快速和準確地傳輸數據信號。設計衛星時，可以適當減小衛星的固定天線接收范圍，并增加移動單點信號接收天線和固定多點信號接收天線，以最大化衛星轉發器接收的頻率波動范圍，從而保證不被干擾。衛星地球站需要采用更高功率的信號發射器和發射天線，使之可以發射和接收高功率的上行鏈路衛星通信信號，以避免受到高功率衛星通信信號的干擾。同時，衛星地球站要高強度加密所發送的衛星信號，以防止敵對勢力截獲衛星發送信號而導致信息損失[3]。

3.4 加大法制管控力度

加大法制管控力度，嚴厲打擊信號不法分子，升級衛星信號，采取措施保護衛星通信功能，嚴格監督衛星通信方式，及時查找并關閉非法信號源。

4 結 論

衛星信號干擾的類型多種多樣且不可避免。為了提高衛星通信的質量和效率，相關人士需要不斷研究衛星的抗干擾能力，采用最先進的技術手段和維護措施，保障衛星定位通信中的正常運行。