衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)研究

張夢(mèng)雨

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司重慶分公司，重慶 401120）

0 引 言

隨著生活水平的提高，人們對(duì)通信的需求也在持續(xù)增長(zhǎng)。為更好地促進(jìn)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展，要整合具體的抗干擾技術(shù)方案，建構(gòu)高效的技術(shù)運(yùn)行體系，確保衛(wèi)星通信技術(shù)的應(yīng)用效果。同時(shí)，搭建符合安全性、穩(wěn)定性要求的通信控制模式，確保衛(wèi)星通信體系正常運(yùn)行。

1 衛(wèi)星通信干擾因素

我國(guó)衛(wèi)星通信技術(shù)歷經(jīng)寬帶多媒體衛(wèi)星通信、S頻段同步軌道移動(dòng)通信系統(tǒng)，基于實(shí)際通信要求建立衛(wèi)星通信控制模式，有效維系通信傳輸管理的合理性和可控水平，并創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益。但衛(wèi)星通信信息交互傳輸過(guò)程中，依舊存在很多干擾因素，影響衛(wèi)星通信信息的質(zhì)量效果。

1.1 通信系統(tǒng)間相互干擾

為突破地理位置對(duì)通信系統(tǒng)的限制，建立符合通信應(yīng)用需求的通信系統(tǒng)，在擴(kuò)大覆蓋面積的同時(shí)維持相關(guān)信息傳輸?shù)馁|(zhì)量水平。然而，通信系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中需要按照特定的高度和軌道運(yùn)行，導(dǎo)致系統(tǒng)自身的隱蔽性較差。衛(wèi)星通信技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中會(huì)受到多因素的干擾，其中上行干擾、下行干擾、星間干擾是較為常見(jiàn)的通信系統(tǒng)相互干擾的類型[1]。

在通信系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，利用通信轉(zhuǎn)發(fā)器實(shí)現(xiàn)信號(hào)上行傳輸和下行傳輸。然而，通信轉(zhuǎn)發(fā)處理技術(shù)發(fā)展有待優(yōu)化，導(dǎo)致通信衛(wèi)星的實(shí)際頻率資源分布和處理工作并不完整。此外，衛(wèi)星在信號(hào)傳輸過(guò)程中常常會(huì)使用相同的信號(hào)頻率，會(huì)造成不同極化和不同調(diào)制的反復(fù)利用，一旦衛(wèi)星之間的距離度不足，就會(huì)形成較為嚴(yán)重的干擾現(xiàn)象，降低衛(wèi)星通信質(zhì)量。

1.2 電磁干擾

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，人們生活中充斥著大量的單子產(chǎn)品，設(shè)備會(huì)發(fā)出相應(yīng)的電磁信號(hào)，這些電磁束會(huì)對(duì)衛(wèi)星通信信號(hào)產(chǎn)生影響。其中，廣播信號(hào)、雷達(dá)系統(tǒng)、微波信號(hào)燈自身的功率較大，產(chǎn)生的影響較為嚴(yán)重；醫(yī)療設(shè)備自身的電磁波、設(shè)備異常產(chǎn)生的雜波等也會(huì)對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。此外，天電干擾，是自然界產(chǎn)生的電磁波，會(huì)對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生影響，如流星雨、電離層閃爍、太空星體碰撞等[2]。

1.3 人為干擾

在衛(wèi)星通信系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，會(huì)利用透明轉(zhuǎn)發(fā)器完成相關(guān)工作，如變頻和轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)，但是對(duì)于干擾并不采取相應(yīng)的處理和控制措施，一旦大功率上行信號(hào)出現(xiàn)干擾，就使正常傳輸?shù)男盘?hào)出現(xiàn)壓縮現(xiàn)象，產(chǎn)生的實(shí)際輸出功率參數(shù)也會(huì)縮減，甚至?xí)斐蓢?yán)重的“功率掠奪”現(xiàn)象，導(dǎo)致衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳輸?shù)某Ｒ?guī)化信號(hào)異常，從而影響通信的穩(wěn)定性和安全性。

2 衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)內(nèi)容

為更好地維系衛(wèi)星通信系統(tǒng)運(yùn)行的合理性和規(guī)范性，要整合具體的管理要求和內(nèi)容，發(fā)揮抗干擾技術(shù)的優(yōu)勢(shì)作用，建立更加穩(wěn)定協(xié)調(diào)的應(yīng)用平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌管理的目標(biāo)。

2.1 天線抗干擾技術(shù)

衛(wèi)星通信系統(tǒng)分布較廣，在不同地域或是空域難免會(huì)受多元化因素的干擾問(wèn)題，因此在衛(wèi)星通信系統(tǒng)抗干擾處理體系中，要將實(shí)現(xiàn)靈活化衛(wèi)星覆蓋且信號(hào)零化干擾作為核心，利用相匹配的技術(shù)處理機(jī)制，搭建合理可控的技術(shù)運(yùn)行管理模式。其中，天線抗干擾技術(shù)的應(yīng)用范圍較廣[3]。

2.1.1 多波束天線抗干擾技術(shù)

在天線抗干擾技術(shù)體系內(nèi)，多波束天線的應(yīng)用較為有效，可選擇天線波束形狀提升通信系統(tǒng)的抗干擾水平。較為常見(jiàn)的多波束天線分為反射式、透射式和直接輻射相控陣式。反射式和透射式多波束天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度低，因此得到廣泛應(yīng)用和推廣。在技術(shù)升級(jí)不斷優(yōu)化的背景下，相控陣多波束天線受到更多關(guān)注，自身具有較好的應(yīng)用效率，且可靠性較高，但是整體結(jié)構(gòu)和制作工藝更加復(fù)雜。

2.1.2 自適應(yīng)凋零天線

在實(shí)際信息處理階段中，在連續(xù)輸入數(shù)據(jù)中濾除噪聲信息和干擾信息，可以更好地提取有效信息（即濾波過(guò)程），使用濾波器完成一系列操作。在輸入信息難以及時(shí)統(tǒng)計(jì)分析的環(huán)境下，或輸入信息統(tǒng)計(jì)特性屬于動(dòng)態(tài)環(huán)境時(shí)，濾波器能結(jié)合實(shí)際情況和應(yīng)用狀態(tài)完成參數(shù)的調(diào)節(jié)控制，最大限度地滿足最佳應(yīng)用要求。因此，在自適應(yīng)凋零天線應(yīng)用過(guò)程中，雙方信號(hào)會(huì)在幅度、頻率和空間方位等方面都存在差異性，配合天線各個(gè)陣元的處理方式完成自適應(yīng)加權(quán)控制，就能有效維持天線陣方向的合理性和穩(wěn)定性。尤其是在干擾源的方向，利用深度凋零的處理模式，能夠最大限度地減少對(duì)傳輸過(guò)程產(chǎn)生的干擾問(wèn)題，凋零深度能達(dá)到25 ～35 dB，有效抑制寬帶干擾和窄帶干擾問(wèn)題，維持干擾控制處理過(guò)程的穩(wěn)定性和規(guī)范性。同時(shí)，自適應(yīng)凋零天線利用多信號(hào)分類算法（Multiple Signal Classification，MUSIC）算法、最小范數(shù)（Min-Normal）算法、徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等能搭建更加穩(wěn)定的抗干擾應(yīng)用模式。例如，借助直線矩陣求逆算法可以兼顧干擾抑制性和收斂速度的同時(shí)維持穩(wěn)定控制的合理性和協(xié)調(diào)性[4]。

2.1.3 星載智能天線

隨著智能化技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，智能天線的應(yīng)用范圍也在擴(kuò)大，星載智能天線是安裝在衛(wèi)星信號(hào)入口位置，起到抑制干擾作用的新型天線結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮自適應(yīng)天線抗干擾的優(yōu)勢(shì)，配合陣列信號(hào)處理手段和數(shù)字波束處理手段，就能更好地維系應(yīng)用效能，保證多個(gè)子波束應(yīng)用效果最優(yōu)，且相應(yīng)的波束都能結(jié)合準(zhǔn)則自動(dòng)調(diào)整指向信息和零點(diǎn)信息，維持較好的工作狀態(tài)，確保抗干擾效果。

全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）抗干擾天線技術(shù)的應(yīng)用也能有效維系衛(wèi)星通信的運(yùn)行，在提供全天候空間信息、速度、時(shí)間信息的同時(shí)，搭建精準(zhǔn)化的系統(tǒng)模型。要整合抗干擾技術(shù)處理機(jī)制，更好地優(yōu)化精準(zhǔn)控制水平，保證信息交互管理的科學(xué)性和信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

2.2 限幅和線性化技術(shù)

目前，限幅技術(shù)廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)抗干擾作業(yè)，利用限幅處理的方式能更好地解決轉(zhuǎn)發(fā)器中功率較大放大器受干擾問(wèn)題，避免被上行干擾推向飽和狀態(tài)，更好地建立穩(wěn)定的運(yùn)行控制模式。在限幅轉(zhuǎn)發(fā)器運(yùn)行過(guò)程中，較為常見(jiàn)的限幅處理方式為軟限幅處理和硬限幅處理。軟限幅處理主要是將軟限幅轉(zhuǎn)發(fā)器應(yīng)用在線性區(qū)域和限幅區(qū)域。相較于同類型抗干擾模式，軟限幅和限幅門(mén)限的數(shù)值具有一定的關(guān)聯(lián)性。硬限幅處理主要是轉(zhuǎn)發(fā)器只在非線性狀態(tài)下運(yùn)行，利用大信號(hào)壓縮小信號(hào)，壓縮比和輸入的信干比之間存在較為密切的聯(lián)系，若是出現(xiàn)連續(xù)波干擾，則會(huì)增加壓縮比。相比而言，軟限幅的性能更優(yōu)[5]。

2.3 星上處理技術(shù)

對(duì)于衛(wèi)星通信系統(tǒng)而言，透明轉(zhuǎn)發(fā)器是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行中較為薄弱的環(huán)節(jié)，受到干擾的概率較大，一旦干擾加劇，甚至?xí)霈F(xiàn)運(yùn)行飽和的情況。因此，要整合星上處理技術(shù)方案，更好地搭建上行、下行鏈路去耦合模式，確保上行干擾不會(huì)對(duì)下行鏈路常規(guī)化運(yùn)行產(chǎn)生影響，更好地維持整體信息傳輸管理的科學(xué)性和穩(wěn)定性。較為常見(jiàn)的星上處理技術(shù)包括星上信號(hào)解調(diào)再生處理、解擴(kuò)處理、編碼處理以及速率變換處理等，配合完整的抗干擾方案，最大限度地保障信號(hào)傳輸控制的安全性。

在電子對(duì)抗技術(shù)不斷升級(jí)優(yōu)化的時(shí)代背景下，星上抗干擾處理技術(shù)也在全面升級(jí)。星上抗干擾處理技術(shù)在建立解跳解調(diào)模型的基礎(chǔ)上，搭建跳頻調(diào)制的下行發(fā)送模式，穩(wěn)定再生式轉(zhuǎn)發(fā)器自身的抗干擾能力，并在擴(kuò)頻增益的基礎(chǔ)上維持線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，更好地提高協(xié)同應(yīng)用管理控制的科學(xué)性。正是基于星上處理技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，上行功率可以適當(dāng)調(diào)控?cái)?shù)值參數(shù)，且對(duì)功率的要求一般，能夠最大限度地降低地面站設(shè)備的運(yùn)行壓力[6]。

2.4 編碼調(diào)制抗干擾技術(shù)

在衛(wèi)星通信系統(tǒng)應(yīng)用控制系統(tǒng)中，如果數(shù)據(jù)遭受干擾，會(huì)出現(xiàn)異常運(yùn)行的情況，而編碼調(diào)制抗干擾技術(shù)旨在最大限度地完成前向糾錯(cuò)處理，更好地減少通信數(shù)據(jù)誤差造成的影響。在編碼調(diào)制抗干擾技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，利用級(jí)聯(lián)編碼的方式，對(duì)卷積碼予以實(shí)時(shí)性譯碼處理，能更好地完成編碼分類和處理。同時(shí)，在技術(shù)不斷優(yōu)化的時(shí)代背景下，數(shù)字化技術(shù)也逐漸升級(jí)，搭建數(shù)字化衛(wèi)星通信系統(tǒng)，能更好地提高級(jí)聯(lián)碼的應(yīng)用效率，保障衛(wèi)星通信系統(tǒng)抗干擾技術(shù)效果[7]。

2.5 擴(kuò)展頻譜抗干擾技術(shù)

目前，我國(guó)衛(wèi)星通信系統(tǒng)抗干擾應(yīng)用作業(yè)中廣泛采取擴(kuò)展頻譜抗干擾技術(shù)方案，在明確直接序列擴(kuò)頻（Direct Sequence spread spectrum，DS）和高頻（High Frequency，HF）技術(shù)模型的基礎(chǔ)上，建立相應(yīng)的處理模式，有效整合資源內(nèi)容，維持協(xié)同管理控制的科學(xué)性和合理性。DS 技術(shù)能擴(kuò)展信號(hào)，更好地搭建寬帶信號(hào)和窄帶信號(hào)轉(zhuǎn)換模式，以維持應(yīng)用管理的基本水平，降低信號(hào)傳輸過(guò)程資源損耗產(chǎn)生的影響，在過(guò)濾信號(hào)能量的同時(shí)減少干擾因素。HF 則使跳頻技術(shù)方案能集中處理信號(hào)，配合切換載波頻率的方式最大限度地降低干擾量。由于應(yīng)用控制指令具有多元性，因此一般應(yīng)用在較寬的寬帶系統(tǒng)中。

干擾抵消技術(shù)和擴(kuò)頻技術(shù)相結(jié)合的方式也可以有效優(yōu)化抗干擾能力，在解擴(kuò)處理工作開(kāi)始前，集中削弱強(qiáng)干擾問(wèn)題，保證信干比得以控制，維持在解擴(kuò)門(mén)限參數(shù)以內(nèi)，更好地保障抗干擾應(yīng)用過(guò)程的穩(wěn)定性和安全性。同時(shí)，優(yōu)化衛(wèi)星通信系統(tǒng)綜合運(yùn)行管理水平，為衛(wèi)星通信系統(tǒng)多元化應(yīng)用管理控制提供良好的技術(shù)支持[8]。

3 衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

為進(jìn)一步搭建安全穩(wěn)定的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)任重而道遠(yuǎn)，要在積極優(yōu)化技術(shù)手段的同時(shí)，更好地融合科學(xué)技術(shù)、信息技術(shù)等手段，提高衛(wèi)星通信抗干擾能力。

首先，衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)研發(fā)工作要積極引進(jìn)新的理論和技術(shù)內(nèi)容，全面推動(dòng)智能化技術(shù)的融合規(guī)范，以通信天線波瓣控制、微反射弧控制等為核心，積極完善相關(guān)技術(shù)內(nèi)容的研發(fā)進(jìn)程，從而在保證衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳輸效率的同時(shí)減少干擾問(wèn)題。

其次，要強(qiáng)化抗干擾調(diào)制劑的研發(fā)，配合前沿技術(shù)手段，全面分析復(fù)雜且多樣的信息通信傳輸環(huán)境。同時(shí)，著重關(guān)注擴(kuò)頻技術(shù)、自適應(yīng)擴(kuò)頻等內(nèi)容的應(yīng)用模式，搭建基于密碼序列為基礎(chǔ)的研究體系，為跳擴(kuò)頻碼應(yīng)用提供良好保障。

最后，要升級(jí)相關(guān)控制技術(shù)的算法，更好地維系干擾問(wèn)題抵消效果，避免干擾現(xiàn)象造成更加嚴(yán)重的損失[9]。

4 結(jié) 論

衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)的研究具有重要的實(shí)踐價(jià)值。為更好地提升衛(wèi)星通信質(zhì)量，要整合系統(tǒng)內(nèi)容，搭建更加科學(xué)合理的抗干擾技術(shù)模型，發(fā)揮關(guān)聯(lián)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，有效控制干擾因素，保證衛(wèi)星通信技術(shù)使用效果滿足預(yù)期，為衛(wèi)星通信事業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。