成思玥，劉 燕

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

1 研究背景

衛(wèi)星通信發(fā)展至今，以通信范圍廣、質(zhì)量高等優(yōu)勢，在日常生活和各行各業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。C、Ku 頻段的靜止軌道衛(wèi)星通信發(fā)展較為成熟，承擔(dān)的通信業(yè)務(wù)繁多，衛(wèi)星通信系統(tǒng)復(fù)雜，當(dāng)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(wèi)星頻段的頻率資源被盜用和干擾案件頻發(fā)且數(shù)量呈上升趨勢，嚴(yán)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(wèi)星干擾信號，定位干擾信號上行站是加強衛(wèi)星頻譜資源管理的必要技術(shù)手段之一。

本文針對當(dāng)前存在的問題，結(jié)合實際工作，基于衛(wèi)星干擾源雙星定位技術(shù)原理，深入研究了衛(wèi)星通信系統(tǒng)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(jié)合實際案例分析，驗證了這兩種方法的準(zhǔn)確性和可靠性，滿足我們當(dāng)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(yè)務(wù)信號的發(fā)射頻率相同或部分相同，形成干擾信號和合法業(yè)務(wù)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(yè)務(wù)信號下，且?guī)捙c合法業(yè)務(wù)信號相近，這類干擾嚴(yán)重影響了合法用戶的通信質(zhì)量，如果受干擾的是廣播電視信號，嚴(yán)重的會造成廣播電視節(jié)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(wèi)星干擾信號上行站的定位的主流技術(shù)是雙星定位技術(shù)，同頻干擾信號的定位也是通過雙星定位實現(xiàn)，但由于干擾信號與業(yè)務(wù)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(wèi)星軌道位置相近且參數(shù)相似的衛(wèi)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(wèi)星和定位鄰星的信號，建立定位接收鏈路，受擾衛(wèi)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(fā)射天線的主瓣由受擾衛(wèi)星接收并轉(zhuǎn)發(fā)，旁瓣由定位鄰星接收并轉(zhuǎn)發(fā)，同一信號經(jīng)由2顆不同的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)，到達接收站。不同的轉(zhuǎn)發(fā)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(wèi)星攝動和轉(zhuǎn)發(fā)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(fā)射天線的位置。可以說，確定受擾衛(wèi)星和定位鄰星后，地球上每個位置都對應(yīng)唯一的一組TDOA和FDOA。

圖2 雙星定位原理示意圖

定位系統(tǒng)在完成信號采集后，利用正交模糊函數(shù)對來自受擾衛(wèi)星信號和定位鄰星的同一個頻率的采集信號進行相關(guān)計算，得到相關(guān)峰，即TDOA 和FDOA。正交模糊函數(shù)如下：

式中，τ 為時間差；v 為頻率差；T 為相關(guān)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(fā)射功率也遠(yuǎn)小于受擾信號，在頻譜監(jiān)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(guān)時會得到多個相關(guān)峰，正確提取干擾信號的相關(guān)峰是同頻干擾定位的難點。經(jīng)過多品牌定位系統(tǒng)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(dāng)干擾信號帶寬小于受擾信號時，利用常規(guī)定位技術(shù)手段解決同頻干擾定位。通常，在定位過程中，可控制的參數(shù)有，采集信號的頻率、帶寬、相關(guān)時長、地理區(qū)域（即TDOA 和FDOA的范圍）等，可以在定位過程中，利用上述可調(diào)參數(shù)對同頻干擾定位。具體步驟為：一是對受擾信號進行相關(guān)計算，得到受擾信號的TDOA 和FDOA 數(shù)值；二是調(diào)整地理區(qū)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(guān)計算，可以獲得干擾信號的TDOA 和FDOA 數(shù)值，完成定位。

3.2.2 解決方法二

當(dāng)干擾信號帶寬小于受擾信號時，利用信號對消技術(shù)解決同頻干擾定位。在干擾信號發(fā)射功率小，信噪比遠(yuǎn)低于受擾信號時，無法通過增加相關(guān)時長獲得干擾信號的相關(guān)峰時，或干擾信號與受擾信號發(fā)射位置接近，無法通過調(diào)整地理區(qū)域的方法獲得干擾信號的相關(guān)峰時，可通過信號對消技術(shù)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(shù)；二是在此基礎(chǔ)上，對干擾信號進行定位，獲得相關(guān)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(shù)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(tǒng)的硬件要求更高，其不僅需要定位系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的要求不高，不需要具備更多地功能模塊，傳統(tǒng)的定位系統(tǒng)就可以實現(xiàn)。

當(dāng)干擾信號帶寬等于受擾信號時，無法通過上述兩種技術(shù)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(wèi)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(yīng)用中，由于各衛(wèi)星定位系統(tǒng)有差異，可根據(jù)實際情況，選擇上述2種解決方法實現(xiàn)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(tǒng)可通過雙星定位實現(xiàn)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(guī)定位技術(shù)解決同頻干擾的問題，實際案例為亞洲5號衛(wèi)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(wèi)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(chǔ)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(yè)務(wù)信號進行相關(guān)計算，得到相關(guān)峰1，位于中國境內(nèi)，如圖4所示，位于地圖中明亮色區(qū)域內(nèi)。

圖4 TLS2000定位系統(tǒng)界面

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

圖5 TLS2000定位結(jié)果

3.3.2 案例二

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

圖6 自發(fā)實驗頻譜圖

定位流程如下：

（1）將系統(tǒng)切換至CSA 模式分析，對同頻業(yè)務(wù)信號進行信號分析，包括中心頻率、帶寬和調(diào)制方式等，分析結(jié)果如圖7所示。

圖7 CSA信號分析結(jié)果

（2）對同頻業(yè)務(wù)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(biāo)信號進行定位，得到干擾信號的唯一相關(guān)峰，從而得到上行站位置。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合實際情況，對衛(wèi)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(wèi)星干擾定位工作具有很大的指導(dǎo)作用；在實際應(yīng)用中，可參考文中提出的兩種解決方法，結(jié)合實際條件，選擇適當(dāng)方法來解決此類問題，以便更加準(zhǔn)確、可靠地完成同頻干擾定位工作。