姚力

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衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)綜述

姚力

南京萊斯信息技術(shù)股份有限公司，江蘇 南京 210007

在地面環(huán)境特殊性的影響下，在地面網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不能將安全機制直接用在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，提升衛(wèi)星通信系統(tǒng)的干擾性特征具有一定的意義?；诖?，系統(tǒng)地分析與綜述了衛(wèi)星通信系統(tǒng)面臨的各類干擾，并對當前應(yīng)用的衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)的原理、特征以及相關(guān)的研究現(xiàn)狀進行了簡單的論述，包含擴頻技術(shù)、星上處理技術(shù)及天線抗干擾技術(shù)等。在此基礎(chǔ)上，探討了該項技術(shù)研究的發(fā)展方向以及今后需要進一步研究的相關(guān)內(nèi)容，進而促進我國衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)的提高。

衛(wèi)星通信；抗干擾技術(shù)；通信技術(shù)

引言

衛(wèi)星通信系統(tǒng)是具有較好的傳輸質(zhì)量、覆蓋面積廣等特征，在一定的空間內(nèi)具有一定的通信能力的星座，能夠有效地與用戶終端以及路面站進行合作，進而實現(xiàn)對氣象的測繪、導航定位、全球化移動通信以及軍事國防等多個類型的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。因此，當今在衛(wèi)星導航系統(tǒng)，在人們的生活中，已是一個重要的組成部分。

1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)抗干擾技術(shù)的概述

衛(wèi)星針對各類復(fù)雜的干擾性，難以對全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)進行合理的應(yīng)付。所以，我們首先應(yīng)該了解所干擾的因素，分析有效的應(yīng)對措施，運用抗干擾技術(shù)保障衛(wèi)星系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。根據(jù)調(diào)查，近十年來，世界多個國家提出的綜合性的衛(wèi)星寬帶業(yè)務(wù)的方案已經(jīng)達到了80～100個，能夠看出在新的社會發(fā)展趨勢下，新型的衛(wèi)星通信系統(tǒng)將趨向綜合性業(yè)務(wù)化、通信趨向?qū)拵Щ约盎ヂ?lián)網(wǎng)國際一體化、移動數(shù)據(jù)終端多樣化的趨勢發(fā)展。因此，在這樣的背景下，互聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)面臨著一定的挑戰(zhàn)。由于受到空間地域通信環(huán)境的影響，當今已有的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)難以適用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)。本次研究主要是對通信衛(wèi)星的各類抗干擾技術(shù)進行綜述。抗干擾是為了能夠?qū)Ω蓴_方的方向以及電磁能進行有效的控制，另外能夠供給微波電磁頻譜，提升空間信息系統(tǒng)的生存能力，因此運用反對抗的方式和手段[1]。它的主要目的是最大限度抵制非認證訪問身份對系統(tǒng)信息的獲取、傳輸、處理以及分配等能力的攻擊，進而采取良好的防護措施，確保我方空間信息系統(tǒng)的安全性?？傮w來說，運用衛(wèi)星能保障通信任務(wù)，具有強大的抗干擾性質(zhì)，為此應(yīng)針對抗干擾技術(shù)進行深刻的研究，從而提升抗干擾能力與抗摧毀性。

2 衛(wèi)星通信系統(tǒng)所面對的干擾性問題

衛(wèi)星通信系統(tǒng)包含較為脆弱的信道，容易受到干擾和欺騙。當前存在各類干擾方式與手段，包含上行、下行與星間信道三個部分。所以，該系統(tǒng)當前面對的干擾，也來自這三個方面。

2.1 上行信道干擾

針對上行道的干擾來說，衛(wèi)星通信接收機是在地面的發(fā)射機與干擾機大氣層中。電磁干擾衛(wèi)星包括車載式、固定式以及航載移動式、機載式干擾衛(wèi)星。在針對上行信道進行干擾的過程中，為了能夠在通信發(fā)射機的輸出位置，獲取1∶1的干擾信號比率，并且干擾機能夠有效地進行發(fā)射，將發(fā)射功率有效的控制，為此應(yīng)遠遠大于通信干擾機。在通信的位置，可以運用擴頻、調(diào)頻的方式，與干擾信號相比能夠獲得幾十個dB功率，衛(wèi)星接收機可以降低干擾的效果[2]。

2.2 星間信道干擾

組網(wǎng)衛(wèi)星通信中，為了能夠達到環(huán)球目的，因此通信衛(wèi)星間應(yīng)存有一定的通信信道，在一般情況下是運用在毫米波與微米之間，并且其干擾在一般情況下會出現(xiàn)在通信接收與發(fā)送的途徑中。抗干擾方式不僅具有擴頻與調(diào)頻性質(zhì)，還具備非常強大的通信天線方向圖，能夠進行有效的選擇[3]。

2.3 下行信道干擾

下行信道的干擾環(huán)境中，通信發(fā)射機是在衛(wèi)星的上方。通信干擾機與通信接收機在接觸地面的空氣中。一般情況下電磁干擾源包含傘掛式、飛航式等干擾機[4]。對于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器來說，干擾源可在視距內(nèi)的距離進行干擾。因此，在距離和功率上具有一定的優(yōu)勢。但是其在信號的發(fā)射和信號的覆蓋面積上具有一定的劣勢。除了以上干擾形式外，一般在無線通信系統(tǒng)中的干擾技術(shù)也可以應(yīng)用在衛(wèi)星通信對抗中，運用在通信系統(tǒng)中，也能將其運用在通信系統(tǒng)的干擾之中，能夠?qū)⑵涓蓴_劃分成許多種分類方式。例如，按照干擾的形式，能夠分成攪擾式、壓制式與欺騙式干擾；根據(jù)引導的方式，又可以分成連續(xù)搜索、重點搜索以及擴頻跟蹤干擾等[5]。各類通信干擾一方面具備物理上的共同性質(zhì)；另一方面又存在著較大的差異性，并且能夠?qū)νㄐ判盘柈a(chǎn)生一定的影響，具有不同的形式。因為，為了能夠更好地保障通信正常運行，不是依靠單一的或是幾類處理方式，而是要全面系統(tǒng)地使用多類抗干擾的手段[6]。

3 衛(wèi)星通信中應(yīng)用的抗干擾技術(shù)

3.1 天線抗干擾技術(shù)

在衛(wèi)星通信技術(shù)中運用的天線抗干擾技術(shù)，是一種極為常見的抗干擾方式，它包含智能天線、調(diào)零等。另外，自適應(yīng)調(diào)零運行原理，使用星上大型并且具有多道波束接收天線，能夠構(gòu)成賦形天線，并且能夠?qū)⑵湔丈涞侥骋豢臻g。衛(wèi)星檢測到干擾信號時，將會自動關(guān)閉干擾方向的點波，為此能夠?qū)崿F(xiàn)抗干擾動機；智能天線抗干擾原理，可以運用到敵我雙方的信號中，進行編碼、幅度以及頻譜等，或是針對空間方位特點的不同，運用信號處理器的作用，做出自適應(yīng)的處理，對天線陣的方向圖，進行自動控制與優(yōu)化，可以讓天線的增益作用，最大限度體現(xiàn)在我方的信號方向上，能夠使波束覆蓋范圍隨用戶運動作相應(yīng)變化，還可恰當對衛(wèi)星天線波束形狀進行選擇，進而能夠提高通信系統(tǒng)抗干擾性。例如，圖1衛(wèi)星通信系統(tǒng)可用于不同的空間、地域中，容易受到不同技術(shù)的干擾，可達成最初干擾的動機，進而充分體現(xiàn)出衛(wèi)星通信系統(tǒng)的靈活性，另外也能促使衛(wèi)星接收線最大限度接收我方信號。此外，能夠有效控制敵方對我方的干擾。

圖1 衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)

3.2 星上處理技術(shù)

該項技術(shù)可以減小上行鏈路對于下行鏈路的干擾，與此同時制定出相應(yīng)的措施，防止轉(zhuǎn)發(fā)器出現(xiàn)飽和的現(xiàn)象。星上處理技術(shù)在一般情況下包括將信號再生進行調(diào)節(jié)、多波束交換、速率變換等[7]。為此能夠?qū)⑵涑浞诌\用到行波管的放大器上，當功率增大時能夠?qū)⒂行Ы档涂蛻舳说奶炀€尺寸，另外上行功率不需要很大，就能夠滿足相應(yīng)的需求，也能降低對地面站的設(shè)備需求。

3.3 擴頻技術(shù)

擴頻技術(shù)這一抗干擾技術(shù)，已成為當今衛(wèi)星通信中的一項通用技術(shù)。它屬于一種新型的傳輸方式，它應(yīng)用與它自身無關(guān)系的序列碼以及擴展頻譜，進而在提升使用大寬帶傳輸時，可在最小寬帶中傳輸；接收終端的位置運用同樣的序列碼，可以對它一同進行接擴，能使通信信號恢復(fù)到原始狀態(tài)[8]。其優(yōu)點是具有很好的安全保密性，不會對其他的電信設(shè)備產(chǎn)生干擾，而且它的抗干擾性、抗噪聲性，也非常強大，無須擔心衰落的問題，其頻率還能夠重復(fù)使用。根據(jù)不同的頻譜擴展方法，可以分為直接序列擴頻和跳變頻率方法。另外，前者可以直接應(yīng)用于具有高概率擴頻的序列。如圖2信號頻譜可以在發(fā)送端擴展，并且相同的擴頻碼序列用于在接收端位置解擴，但是在接收端，后者是根據(jù)一開始建立的規(guī)則接收和發(fā)送雙方傳輸信號的載波頻率，以制定合理的離散變化通信模式，并使用載頻進行通信，能夠隨機更改控制編碼以及將要出現(xiàn)跳轉(zhuǎn)的情況。從完成模式的角度來看，它是一種使用代碼序列來完成多頻移位鍵的通信模式。因為衛(wèi)星工作的頻帶較寬，為了能夠在不同的轉(zhuǎn)發(fā)器間正常工作，在一般的情況下需要在地面設(shè)備覆蓋超過500?Hz的寬帶。想要在這樣寬的頻帶當中，完成快速、精細的跳頻，可以說存在著極大的難度。

圖2 擴頻技術(shù)

3.4 限幅技術(shù)

該技術(shù)是當今普遍應(yīng)用的一種干擾技術(shù)，其主要目的是為了能夠防止轉(zhuǎn)發(fā)器中的功率放大器出現(xiàn)問題。受到上行干擾的推動，使其處于邊緣或者飽和的狀態(tài)。最佳的限幅器，應(yīng)具有一定特質(zhì)的限幅性，當高功率信號輸入時，信號遞減度會逐漸升高，也就是較高的隔離度；而在低的時候僅僅有一種非常小的插入損耗。當前，發(fā)展最快的碳化硅第3代寬帶隙半導體材料，是非常具有使用前景的微波功率器件材料，它的擊穿電場強度、熱導率性能及電子飽和漂移速度等，分別是硅的8倍、3倍和2倍。在對幅值進行限制的額過程中，由于具有一定的非線性的效果，會使較強的信號抵制較小的信號，因此信噪比會下降，它最大能夠達到dB。與其相比，軟線幅和硬線幅大約有4?dB的性能改良。

3.5 無線光通信技術(shù)

將無線光通信技術(shù)作為大氣中的傳輸媒介，可有效傳輸成光信號，但是僅限接收與傳輸?shù)倪^程中。在進行對點的傳輸過程中，每個終端都將配備接收機、光發(fā)射機，為此能夠達到通信雙工的效果[9]。除此之外，光發(fā)射的光源會受到電信號的控制和調(diào)節(jié)，將其作為天線的光學望遠鏡，通過大氣信道對信號的傳遞，使信號反映在光學望遠鏡之上。在接收機中，望遠鏡收集到的信號，能夠?qū)⑵渚劢褂诠怆姍z器之中，之后再將該信號轉(zhuǎn)變成為電信號。該技術(shù)具有以下幾種優(yōu)勢：頻帶寬、頻率速度快，具有豐富的頻譜資源，可以用于紅外光的傳輸系統(tǒng)的工作頻段上，一般會超過300?GHz。這一頻段的使用在全球范圍內(nèi)，都不會受到管制；而且有著透明的協(xié)議、靈活便捷的架設(shè)、極強的安全保密性，從而與電波間，并不會存在干擾性的問題。除去美國之外，歐洲ESA、日本等發(fā)達國家，也在逐漸加深對無線光通信技術(shù)的研究。

3.6 自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)

該項技術(shù)具有信道自適應(yīng)性質(zhì)，可以運用到衛(wèi)星當中，也能應(yīng)用到無線信道通信傳輸技術(shù)，能夠在估計信道的基礎(chǔ)上，通過信道回傳將信道所形成的信息，傳送到發(fā)送的終端，可以將其根據(jù)不同的信噪比，調(diào)節(jié)方式和轉(zhuǎn)變編碼的自身適應(yīng)能力，在信噪比較低時，應(yīng)用較低的信息速率，為此能夠使得整體的利用率，可以在固定的速率系統(tǒng)中獲得較為顯著的提升，進而讓系統(tǒng)能夠高效地進行可靠的傳輸，并起到總體性能實現(xiàn)最優(yōu)的目的。

4 未來發(fā)展趨勢

本文提到的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，能夠適用于編碼技術(shù)的調(diào)制，只能是在頻域或是時域之內(nèi)，針對不同類型的傳輸參數(shù)進行動態(tài)調(diào)整，為此能夠更好地適用于信道變化。由于運用不同類型的發(fā)射天線，因此其所能夠發(fā)射的信號會經(jīng)歷信號的衰落現(xiàn)象具有一定的差異性，實際上是為了能夠?qū)⒋祟愃惴ㄅc多天線系統(tǒng)進行結(jié)合，從而提高衛(wèi)星通信技術(shù)的精確度。隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，目前新型的技術(shù)不斷延伸于衛(wèi)星技術(shù)中，并且結(jié)合多天線分集技術(shù)。無線光線技術(shù)具有一定的難點，一般表現(xiàn)在大氣的粒子中，能夠?qū)⒐饩€散發(fā)與吸收，保障激光的安全性以及信號的傳送效率與速度，但是信號質(zhì)量和傳輸距離方面的矛盾，還依然存在。所以對這些問題的研究，已成為未來在衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)方面，取得突破性進行進展的一個重要研究方向。

5 結(jié)論

綜上所述，隨著我國綜合國力的不斷增強，在衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)方面的研究，也在逐漸深化。隨著技術(shù)的進步和發(fā)展以及呈現(xiàn)出多網(wǎng)聯(lián)合的趨勢，衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有通信成本低、覆蓋面廣、不受空間地域的限制，能夠應(yīng)用的資源較為豐富，是建設(shè)全球化無縫隙互聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的重要構(gòu)成部分，能夠最大限度確保我方空間信息系統(tǒng)的安全。所以，本文對衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)進行研究綜述，便顯得尤為重要。

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Summary of Anti-Jamming Technology for Satellite Communication

Yao Li

Nanjing LES Information Technology Co., Ltd., Jiangsu Nanjing 210007

Under the influence of the speciality of the ground environment, the safety mechanism cannot be directly used in the satellite communication system in the terrestrial network. It is of certain significance to enhance the interference characteristics of the satellite communication system. Based on this, the paper systematically analyzes and reviews various types of interference faced by satellite communication systems, and briefly discusses the principles, characteristics and related research status of the currently applied satellite communication anti-interference technology, including spread spectrum technology, on-board processing technology and antenna anti-interference technology. On this basis, the development direction of this technology research and related content that needs further research in the future are discussed, and then the anti-jamming technology of satellite communication in China is promoted.

satellite communication; anti-jamming technology; communication technology

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