衛星上行干擾空中監測方法研究

（1.國家無線電監測中心上海監測站，上海 201419；2.國家無線電監測中心云南監測站，云南 昆明 650000）

0 引言

衛星信號的監測是一項艱巨、繁雜、長期的任務。地面站點作為衛星通信網絡中的一部分，VSAT 站點、移動業務終端等設備，因具備可移動性、便捷性和設備小型化等特點，無線電監測工作變得十分艱巨，對衛星上行信號的終端定位及監測分析的能力急需加強。通過普查性監測，發現可疑信號；通過對重點信號（比如衛星終端處于某些敏感地區或者重要的專用網絡）的控守，對傳播信息進行監測，一旦發現違規發射，立即進行監測定位、地面發射源查找等措施對違規信號進行相應處理。傳統的地面監測定位方式進行衛星上行信號監測，工作開展難度較大，能監測到的信號十分微弱，使用空中監測平臺進行信號搜索定位優勢顯著，可以更有效地進行衛星上行信號監測定位工作。

1 空中監測平臺在衛星監測工作中的必要性

衛星通信過程中，上行站的發射天線對準通信衛星發射信號，多采用高頻段，主瓣信號波束較窄，旁瓣信號通過地面開場進行傳播。傳統的地面監測查找衛星上行站工作是依靠地面設備捕獲發射信號的旁瓣信號來進行。然而，實際監測過程中，信號在城市環境中傳播會發生不同程度的折射、反射、散射以及衰減，使得地面設備較難捕獲旁瓣信號的直射波，接收到的測量信號十分微弱，且易被噪聲掩蓋，使得干擾信號的定位查找更加困難。

使用空中無線電監測系統，機載平臺攜帶監測設備升入高空，可以接收到衛星上行信號的直射波，有效避開復雜的電磁環境對工作帶來的困難，增大了監測系統的監測范圍、提高監測精度、獲取較大的信號幅度、強度，可以快速、準確地定位到衛星信號違規發射終端。而且空中監測具有機動性強、監測范圍廣等特點，可以處置多種突發應急任務。

2 空中無線電監測平臺系統構成

如圖1所示，空中無線電監測系統由機載飛行平臺、機載監測系統、地面控制終端三部分組成。

圖1 空中監測系統

（1）機載飛行平臺。搭載無線電監測設備升空飛行，按地面遙控指令在測試點間移動，找尋發送衛星信號的上行站點，并可同時裝配攝像頭及導航裝置，用于實現圖像拍攝及地理定位功能。平臺可根據干擾源特點及監測需求選擇飛機、浮空器（飛艇或系留氣球）、無人機等載體。

（2）機載監測系統。由信號接收模塊、信號處理模塊構成。測向天線、低噪聲放大器、接收機組成信號接收模塊，用于衛星上行信號的捕獲；頻譜監控軟件實時分析來波信號的頻率、幅度信息。再通過通信裝置，將測量信息傳送至地面控制端。

（3）地面控制終端。由控制計算機、機載設備遙控器、數據傳輸模塊等構成。PC 接收空中端傳送至地面端的信號頻率、幅度信息，以此判斷來波方位，地面人員通過遙控指令控制空中飛行載體的飛行路徑。

3 空中無線電監測現狀及平臺比較

市場現有的空中無線電監測系統針對較多的是超短波信號，部分產品的監測頻段能夠部分覆蓋衛星工作頻段。后期可根據監測需求增加相應接收天線，增加裝變頻器使得系統達到衛星工作頻段，從而實現對衛星終端監測的需求?，F有空中監測平臺分別為以下幾種：

3.1 飛機機載

飛機機載無線電監測系統以美國民航排查干擾所使用的機載無線電監測系統為代表，機載無線電監測系統為其整個干擾監測體系中的一部分，但起著非常重要的作用。無線電干擾監測系統由機載、移動（便攜式）、可搬移、固定無線電干擾監測系統和監控中心等組成，即空中與地面監測相結合進行干擾排查。若同時工作時，僅飛行員報告無線電干擾，則調用機載監測系統進行定位工作，飛機朝向干擾源方向飛行，當示向度發生180°轉變時，此地點就是干擾源的位置。飛機機載監測系統的優缺點及適用場景如下：

（1）優點：飛行速度快，機動靈活性好，且可以朝任意方向飛行，不受自然或人造障礙物的限制，具備直接飛臨干擾源的能力。

（2）缺點：制造成本和飛行成本較高；駕駛飛機需要經過訓練的專業飛行員或者操作員，普及難度大。且有人機的空中監測審批流程較復雜，審批周期也較長。

（3）適用場景：應對特殊突發事件的干擾查處及特定活動的頻譜監測、場強分布實驗等活動，可采用租賃直升機的方式聯合地面進行監測。

3.2 浮空器（飛艇或系留氣球）

浮空器分為飛艇和系留氣球兩大類。其內部充填輕質氣體（如氦氣、氫氣）、依靠或主要依靠空氣靜浮力實現升空。其中，系留氣球一般沒有動力系統，依靠系留纜繩與地面設備或站點相連接；飛艇有動力系統，可使飛艇在遙控下自主飛行，并提供艇載設備的供電。

2010年上海世博會，我國首次使用車載系留氣球監測系統，用于世博會園區監視和預警，能在1000m 的空中對16km2區域進行圖像監控；2015年昆明南博會，云南省首次使用空中飛艇監測系統對會展區域進行無線電監測，并相繼完成了多項重大活動保障任務，確保了重大活動的用頻安全。

浮空器（飛艇或系留氣球）監測系統的優缺點及適用場景如下：

（1）優點：滯空時間長，可在空中長期定點懸停長達幾天幾月以上；空高度高，監測和通信距離遠；載重量大、載荷安裝空間大，便于各種任務系統及設備的裝載；氦氣是惰性氣體，使用安全性好且環保、噪音污染小，且效費比高，少量維護工作即可連續使用；信息傳輸是通過固體線纜有線傳輸的方式，無須考慮無線通信傳輸數據的各種限制因素。

（2）缺點：體積龐大，攜帶不便。

（3）適用場景：系留氣球可用于特定監測區域內的長時間滯空監測，通過系留方式進行數據傳輸和供電；飛艇的機動性較強，宜應用于常態的巡航監測或多區域多地點的大面積監測。

3.3 無人機

近年來，隨著無人機小型化、智能化的發展，以及技術的不斷成熟，被越來越多的無線電監測平臺所青睞。經調研，幾家國內主流設備廠商已設計生產基于無人機的空中監測系統，目前主要針對超短波頻段，沒有能完全實現對衛星工作頻段監測的產品，后期可根據監測需求增加裝變頻器，使得監測測向能夠覆蓋衛星工作頻段。如某廠商設計的空中監測系統，可實現對8G-24G 的信號干擾的監測定位。該系統進入衛星干擾專項應用后天線將會以10°為間隔，從0°到-90°旋轉，無人機每旋轉一圈天線減少10°，一共9圈，通過一定的算法可以定位出干擾源位置，其應用主界面圖如圖2所示。

圖2 某空中監測系統衛星干擾應用主界面圖

無人機監測系統的優缺點及適用場景如下：

（1）優點：方便攜帶，易操控，靈活性高，能夠在多場景使用，且配合使用的地面站設備簡單輕便，相對大型機而言不需要很大的起降場地或跑道；使用成本相對低廉；飛行平臺輕量化，設備搭載的多樣化與適配性好；智能化，可通過遠程計算機遙控，根據任務實現自主導航飛行監測等。

（2）缺點：置空時間較短，充電時間較長，對載重設備重量大小有要求，飛行受天氣影響較大，抗大風和強氣流能力差，抗強信號干擾的能力不強。

（3）應用場景：在日常干擾源定位查找工作中，利用無人機機載升空監測與地面查找相配合，進行精確查找。

4 空中監測平臺在衛星監測工作中的應用分析

4.1 在雙星定位的基礎上利用飛機飛艇大范圍

進行信號搜索定位可先利用雙星定位系統，得到一個干擾所在的橢圓形區域，長軸半徑約為幾千米到幾十千米。傳統監測定位方法為在此區域內使用車載及手持設備配合進行逼近查找的方式進行監測、定位。相比而言，利用飛機、飛艇大范圍搜索優勢顯著。

4.2 利用單架無人機和地面查找相配合，進行精確查找

利用無人機監測系統信號接收范圍廣且機動性強的特點，對一定范圍內的終端信號進行搜索、截獲，在具備測向條件后，利用無人機設備進行測向，地面查找人員依據無人機測向信息，向來波方向逼近，待地面設備收到終端信號后，利用地面查找設備鎖定終端位置。主要采用兩種方法：一是方向性天線（一般選用標準增益喇叭天線）交叉定位，利用不同監測點測定出的不同干擾源來波方向形成交點，即是干擾源位置。二是全向天線逼近查找，采取場強逼近法進行干擾源位置的確定。

4.3 利用多架無人機組成編隊交匯定位

在一些高樓或高塔建設的互聯網衛星終端設備，由于地面查找處于終端大概率處于終端背瓣，很難接收到終端信號。此時可使用升空多架無人機，組成編隊對位于高點的終端進行定位，有效縮小查找范圍，地面人員根據定位信息，逐步排查，最終確定終端位置。

5 結束語

目前，我國衛星無線電通信發展迅速，民用飛機、飛艇（懸停氣球）、無人機技術也相對成熟，利用空載平臺實現對衛星無線電發射的三維空中監測，具有重要意義，它克服了無線電波地面監測時所受折射、反射、散射、繞射等因素的影響，實現直射波監測。并擴大了監測覆蓋范圍，且靈活性、機動性較強，加快了定位速度，便于處理突發情況，與雙星定位、地面固定站、移動站監測等方法配合實現空地一體化的無線電監測網絡，全方位快速實時定位衛星通信終端。