張任楠，王志濤

（北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心，北京 100094）

衛(wèi)星通信指的是利用地球軌道上的衛(wèi)星實現(xiàn)中繼通信的一種無線通信的方式。由于科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，加之通信需求日益增加，使得衛(wèi)星通信技術(shù)近年來發(fā)展迅速，技術(shù)的功能及成熟度也越來越高，因此，在世界范圍內(nèi)的應(yīng)用也越來越廣泛。但是，由于通信衛(wèi)星大多采用靜止同步軌道，同步軌道的惟一性的限制條件，使得衛(wèi)星部署數(shù)量受到了極大的限制，而且在頻率資源方面也有限，因此，面對目前爆發(fā)式增長的通信服務(wù)需求以及衛(wèi)星部署的現(xiàn)狀條件，在實際應(yīng)用的過程中不可避免的導(dǎo)致衛(wèi)星通信系統(tǒng)受到各種各樣的干擾，影響衛(wèi)星通信的安全和穩(wěn)定性。

1 干擾衛(wèi)星通信效果的主要因素

1.1 通信系統(tǒng)相互干擾

衛(wèi)星通信系統(tǒng)的整體運行利用通信轉(zhuǎn)發(fā)器上的通信信號處理設(shè)備，實現(xiàn)衛(wèi)星從地面站上行及下行傳輸信號。在近年來的實際應(yīng)用過程中，受限于技術(shù)部分技術(shù)瓶頸，導(dǎo)致目前通信衛(wèi)星的頻率資源仍存在一定缺陷，大多數(shù)在同一頻率獨立運行，因此，衛(wèi)星通信頻率復(fù)用以及臨近衛(wèi)星隔離度不夠?qū)е滦l(wèi)星系統(tǒng)之間的耦合影響則會加劇。

1.2 社會環(huán)境中電磁干擾

隨著科技不斷進步，使得目前越來越多的生活、醫(yī)療、研究領(lǐng)域應(yīng)用的設(shè)備產(chǎn)生著大量的電磁干擾，因此，對通信系統(tǒng)尤其是開放的通信系統(tǒng)產(chǎn)生的影響越來越大。電磁輻射引起的電磁干擾主要體現(xiàn)在衛(wèi)星通信系統(tǒng)到地面的信號傳輸過程中，使得其信號減弱、受損等。此外，一些大規(guī)模的醫(yī)療設(shè)備及高功率的無線電信號也是電磁干擾的重要干擾項來源。

1.3 自然環(huán)境干擾

自然環(huán)境的干擾是最常見也是不可避免的。主要原因在于衛(wèi)星通信存在于宇宙環(huán)境中，因此，宇宙中行星運動、太陽噪聲、大氣層微粒的散射等均對開放式的衛(wèi)星通信系統(tǒng)無時無刻都在產(chǎn)生著影響。

2 衛(wèi)星通信系統(tǒng)抗干擾技術(shù)

衛(wèi)星通信傳輸質(zhì)量和安全性的影響因素非常復(fù)雜，且具有極大的不確定性，因此，一直以來衛(wèi)星通信系統(tǒng)抗干擾技術(shù)是衛(wèi)星通信系統(tǒng)方面研究及攻關(guān)的重要方向，從而才能在未來不斷提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)的安全性與可靠性。

2.1 自適應(yīng)調(diào)零條線抗干擾技術(shù)

該技術(shù)是一種能夠有效解決天線問題的空間處理技術(shù)。能夠根據(jù)相關(guān)模式及算法，對優(yōu)化天線的功能和效率自適應(yīng)的調(diào)整其方向、頻譜等，從而實現(xiàn)每個天線進行均衡處理，最大限度地減少通信干擾，實現(xiàn)通信傳輸?shù)淖罴鸦?。適應(yīng)性天線主要分為相控陣天線和多波束天線兩種。

2.2 擴展頻譜抗干擾技術(shù)

主要包含DS與FH技術(shù)的擴展頻譜抗干擾技術(shù)是目前衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)的主要方向之一，對提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)的整體質(zhì)量發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。直接序列擴頻技術(shù)（DS技術(shù)），其主要是通過不斷的衛(wèi)星信號解擴處理，形成窄帶信號并對能量進行窄帶過濾，最終實現(xiàn)降低衛(wèi)星信號干擾。DS技術(shù)的應(yīng)用研究國內(nèi)已經(jīng)較為成熟，不管是在理論基礎(chǔ)還是在實踐應(yīng)用方面均形成了一定的成果，對衛(wèi)星抗干擾方面發(fā)揮了重要作用。跳頻技術(shù)（FH技術(shù)）的多種載波頻率隨機切換特性能有效提高衛(wèi)星通信的抗干擾能力。

2.3 自適應(yīng)編碼調(diào)制抗干擾技術(shù)

通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的適應(yīng)性編碼和模塊化技術(shù)，可以使通信渠道具有自適應(yīng)的特性。因此，可以提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)的效率，這一系統(tǒng)主要適用于使用無線通信的衛(wèi)星系統(tǒng)。如果信道計算準確，信道狀態(tài)將通過回收的信道數(shù)據(jù)發(fā)送給發(fā)送人，使發(fā)送人能夠根據(jù)信號和適應(yīng)功能改變調(diào)制和編碼方法，當(dāng)信號與噪音的比率很低時，信息水平很高，從而大大提高了信道的使用效率，從而也使得通信系統(tǒng)更加有效和可靠。

2.4 星上處理抗干擾技術(shù)

通用通信轉(zhuǎn)發(fā)器的功能是僅對傳輸?shù)纳舷滦行盘栠M行頻率變換和放大對外信號，是一種透明轉(zhuǎn)發(fā)器，其不像處理轉(zhuǎn)發(fā)器那樣對信號進行解調(diào)再生，而是對信號不作處理，因此，導(dǎo)致無法有效去除衛(wèi)星信號的干擾。利用目前先進的數(shù)字信號處理算法和快速發(fā)展的大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展而來的星上處理技術(shù)，通過轉(zhuǎn)發(fā)器進行科學(xué)濾波，對降低衛(wèi)星通信干擾起到了較好的效果。

2.5 限幅和線性化抗干擾技術(shù)

限幅和線性化抗干擾技術(shù)基于星上處理技術(shù)，其特點是能夠有效避免信號干擾上行鏈路對透明轉(zhuǎn)發(fā)器的影響。限幅技術(shù)分為軟限幅技術(shù)和硬限幅技術(shù)兩種，區(qū)別在于工作的線性區(qū)和非線性區(qū)，軟、硬限幅技術(shù)均能夠?qū)^大信號進行壓縮處理，但硬限幅轉(zhuǎn)發(fā)器受干擾信號的影響更大。限幅技術(shù)的應(yīng)用以降低頻譜傳播信號的抗干擾能力，并改善傳輸器的線性能范圍，以達到抗阻塞的目的。

3 衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)的發(fā)展趨勢

衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)近年來主要發(fā)展方向：攻關(guān)通信天線的波瓣控制和微反射弧創(chuàng)新研究，提高衛(wèi)星智能天線開發(fā)利用的效率和功能，保證傳輸速度；積極開發(fā)改進衛(wèi)星通信信號抗干擾算法，提高各種惡劣工況條件下的適用性及效率；從優(yōu)化改進衛(wèi)星抗干擾調(diào)制器方面，研究改進衛(wèi)星通信的抗干擾效率；在無線光通信技術(shù)方面積極拓展研究，將其在寬帶寬、高速度、豐富的頻譜資源、極強的抗干擾能力等方面的優(yōu)勢在擴展衛(wèi)星通信頻率方面充分利用，對提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)的抗干擾能力也具有極大的積極意義。

隨著人工智能（強化學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、機器學(xué)習(xí)）技術(shù)的飛速發(fā)展，使得衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)衍生了新的發(fā)展思路和方向，其中深度學(xué)習(xí)最具有代表性。深度學(xué)習(xí)是一種局域更深層次的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，近年來，其在自動駕駛、文本翻譯、多目標檢測跟蹤、語音識別等方面形成了大量的研究成果并得到了廣泛的應(yīng)用。而深度學(xué)習(xí)在衛(wèi)星通信抗干擾領(lǐng)域也具有很強的適用性，通過實現(xiàn)對衛(wèi)星通信干擾的自主感知，研發(fā)及應(yīng)用基于深度學(xué)習(xí)的衛(wèi)星通信抗干擾智能決策技術(shù)，將是未來衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)的一個主要發(fā)展方向。

深度學(xué)習(xí)是一種和人類學(xué)習(xí)過程非常相似的智能學(xué)習(xí)算法，智能體通過不斷地與環(huán)境進行交互，進而學(xué)習(xí)想要的知識，并在注意力機制下不斷提高對序列數(shù)據(jù)的記憶、關(guān)聯(lián)等功能。深度學(xué)習(xí)與機器學(xué)習(xí)不同，其不需要大數(shù)據(jù)的訓(xùn)練，僅通過對與環(huán)境的直接交互中不斷獲取數(shù)據(jù)并迭代算法，因此，非常適合應(yīng)用在衛(wèi)星通信領(lǐng)域。

通過分解和分析衛(wèi)星信號的干擾模式可知，信號干擾具有一定的連續(xù)性和時空相關(guān)性。因此，對其的研究有必要在一段時間內(nèi)迭代學(xué)習(xí)綜合狀態(tài)和特征，然后對關(guān)鍵特征及主要參數(shù)進行提取，且作為反饋的RNN深度學(xué)習(xí)算法在傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上增加了反饋，使得其在長短時記憶方面效果顯著。利用其提供的循環(huán)反饋和記憶服務(wù)，連續(xù)迭代地計算前后序列的特征數(shù)據(jù)，并預(yù)測條件誤差結(jié)果，以不斷調(diào)整和更新模型權(quán)重結(jié)構(gòu)。具體流程如下：（1）利用干擾檢測模塊對衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的每個通道進行實時數(shù)據(jù)采集；（2）構(gòu)建LSTM長短時深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器每個通道采集的數(shù)據(jù)在清洗篩分的基礎(chǔ)上進行自動特征提?。唬?）對衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器每個通道提取的特征進進行深度融合；（4）獲取最終衛(wèi)星干擾自主感知結(jié)果，即干擾特征；（5）將獲得的干擾特征反饋至LSTM深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)進行進一步迭代學(xué)習(xí)。

4 結(jié)束語

本文首先分析了衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的干擾因素，并在此基礎(chǔ)上討論了我國衛(wèi)星通信中通常使用的幾種干擾方法，以提高衛(wèi)星通信的抗干擾水平。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星通信系統(tǒng)的干擾因素不斷增加，需要在新時代進行各種抗干擾技術(shù)的創(chuàng)新、整合和優(yōu)化，建立一個系統(tǒng)、安全的抗干擾衛(wèi)星通信系統(tǒng)。