趙憲章，李永安，馬曉遠(yuǎn)

（河北東森電子科技有限公司，河北 石家莊 050200）

1 背景

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人類正逐步從工業(yè)時(shí)代向信息時(shí)代過渡，信息的傳遞對(duì)于現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展有著舉足輕重的作用，誰(shuí)在信息傳遞上領(lǐng)先，誰(shuí)就處于發(fā)展的有利地位。因此，當(dāng)前各式各樣的通信工具和通信手段成為了各國(guó)研發(fā)機(jī)構(gòu)的重點(diǎn)領(lǐng)域。目前的信息傳遞手段以無線衛(wèi)星通信為主，所以無線通信的安全性顯得尤為重要，特別是在信息化戰(zhàn)場(chǎng)中，復(fù)雜的信息化戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，敵方的電子干擾裝備和手段頻出，無線通信的安全性成為了戰(zhàn)爭(zhēng)勝利的關(guān)鍵所在。作為一種重要的通信手段，衛(wèi)星通信在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境中有著至關(guān)重要的地位和作用，是戰(zhàn)場(chǎng)指揮與控制的重要橋梁。

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的干擾識(shí)別技術(shù)也會(huì)不斷提升，未來的衛(wèi)星通信系統(tǒng)將會(huì)面臨日益復(fù)雜的電磁干擾環(huán)境。因此，為了保證我方在衛(wèi)星通信領(lǐng)域取得優(yōu)勢(shì)，必然要對(duì)干擾識(shí)別技術(shù)進(jìn)行更深入的研究。

2 衛(wèi)星通信系統(tǒng)整體方案介紹

衛(wèi)星通信是地面利用太空人造通信衛(wèi)星作為中繼站而進(jìn)行的無線電通信，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語(yǔ)音等的傳播。衛(wèi)星通信系統(tǒng)由人造通信衛(wèi)星、衛(wèi)星地球站以及用戶終端組成，實(shí)質(zhì)上是一種微波通信。其中，人造通信衛(wèi)星的主要作用是轉(zhuǎn)發(fā)各衛(wèi)星地球站的信號(hào)；衛(wèi)星地球站的作用是接收和發(fā)射用戶終端的信號(hào)。

目前，衛(wèi)星通信系統(tǒng)在我國(guó)國(guó)民的生產(chǎn)、工作、生活當(dāng)中發(fā)揮著日益重要的作用，特別是對(duì)維護(hù)國(guó)家安全有著不可替代的作用。衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要有以下特色：

（1）覆蓋面積大：衛(wèi)星通信系統(tǒng)受自然環(huán)境和地理位置的影響小，在失去地面通信的情況下，特別是在地面通信無法到達(dá)的區(qū)域，在衛(wèi)星通信的覆蓋面積內(nèi)均不受影響，且一顆衛(wèi)星可以覆蓋地球三分之一的面積，通信的距離與通信成本并沒有直接關(guān)聯(lián)，通信成本低。

（2）工作頻帶寬：衛(wèi)星通信系統(tǒng)的可用頻段為150MHz-30GHz。

（3）通信質(zhì)量好：衛(wèi)星通信中電磁波主要在大氣層以外傳播，電波傳播非常穩(wěn)定。雖然在大氣層內(nèi)的傳播會(huì)受到天氣的影響，但仍然是一種可靠性很高的通信系統(tǒng)。

（4）網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度快、運(yùn)營(yíng)成本低：衛(wèi)星通信除了建設(shè)地面站以外，無需進(jìn)行其他地面施工，運(yùn)營(yíng)維護(hù)的成本較低。

（5）信號(hào)傳輸時(shí)延大：與地面通信不同，為了保證衛(wèi)星通信的暢通，高軌道衛(wèi)星的雙向傳輸時(shí)延往往達(dá)到秒級(jí)，在進(jìn)行語(yǔ)音傳輸時(shí)會(huì)有比較明顯的延時(shí)。

（6）控制復(fù)雜：衛(wèi)星通信技術(shù)作為一項(xiàng)高精尖技術(shù)，其控制要求相對(duì)較高，因?yàn)樵谛l(wèi)星通信系統(tǒng)中，所有的鏈路都是無限鏈路，而且太空中的人造通信衛(wèi)星是在不斷移動(dòng)的，因此控制系統(tǒng)較為復(fù)雜。

3 衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的干擾識(shí)別技術(shù)

隨著衛(wèi)星通信系統(tǒng)的廣泛使用，衛(wèi)星信號(hào)的傳輸面臨著越來越復(fù)雜的電磁環(huán)境。為了更好地應(yīng)對(duì)復(fù)雜的干擾環(huán)境，特別是在多變的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，保障我方衛(wèi)星通信系統(tǒng)的正常使用，需要長(zhǎng)期對(duì)存在的各式干擾信號(hào)進(jìn)行采集、提取和分析，從而采取正確的應(yīng)對(duì)措施。而且，識(shí)別技術(shù)越先進(jìn)，更能夠越快、越準(zhǔn)確地作出應(yīng)對(duì)，取得衛(wèi)星通信的優(yōu)勢(shì)。

目前針對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的干擾信號(hào)自動(dòng)調(diào)制識(shí)別的方法主要是兩類：分別是決策論法和統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別法。

而衛(wèi)星通信系統(tǒng)中干擾信號(hào)的特征識(shí)別主要是指對(duì)干擾信號(hào)調(diào)制方式的識(shí)別，即調(diào)制識(shí)別，其作用主要是識(shí)別不同干擾信號(hào)的調(diào)制種類。目前已有大量的研究成果，識(shí)別方法包括：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（應(yīng)用最廣泛的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）、決策樹（直觀運(yùn)用概率分析的一種圖解法）、SVM（由模式識(shí)別中廣義肖像算法發(fā)展而來的分類器）等。

4 衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的干擾信號(hào)分類

衛(wèi)星通信系統(tǒng)的種種優(yōu)勢(shì)讓其在當(dāng)今社會(huì)得到了廣泛應(yīng)用，但是也正是由于這些優(yōu)勢(shì)，如通信覆蓋面積廣等，就很容易遭受各類電磁干擾。目前，衛(wèi)星通信系統(tǒng)的干擾因素主要有以下幾類：

（1）傳輸路徑上的干擾。衛(wèi)星通信信號(hào)在從人造通信衛(wèi)星傳輸?shù)叫l(wèi)星地球站時(shí)會(huì)遭受各種各樣的外來因素干擾，包括電離層（含平流層）延遲干擾、對(duì)流層延遲干擾、多路徑誤差干擾等。電離層（含平流層）延遲干擾是指高度在60-1000千米間的大氣層，在太陽(yáng)紫外線、X射線、γ射線和高能粒子的作用下，該區(qū)域內(nèi)的氣體分子和原子將產(chǎn)生電離，形成自由電子和正離子，從而影響到衛(wèi)星通信信號(hào)的傳輸；對(duì)流層延遲干擾是指在10-20千米的對(duì)流層，受地球天氣影響較大，包括雨、云、霧等，都能對(duì)衛(wèi)星通信信號(hào)產(chǎn)生一定的影響；多路徑誤差干擾是指在地面環(huán)境復(fù)雜的衛(wèi)星地球站，某些物體所產(chǎn)生的信號(hào)與通信衛(wèi)星所傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行重疊后共同由衛(wèi)星地球站接收，影響了衛(wèi)星通信的質(zhì)量。

（2）同類系統(tǒng)間的干擾。在衛(wèi)星通信信號(hào)傳輸?shù)倪^程中，如果周邊有同類通信系統(tǒng)，且傳輸頻率類似，就可能會(huì)出現(xiàn)相互干擾的情況，比如地面通信系統(tǒng)、衛(wèi)星電視等，但是這類干擾一般持續(xù)時(shí)間較短，也影響較小。

（3）人為電磁干擾。這類干擾信號(hào)主要出現(xiàn)在通信戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，用于敵我雙方對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)上通信信號(hào)的爭(zhēng)奪。

以上是目前出現(xiàn)衛(wèi)星通信干擾信號(hào)的主要成因，而這些出現(xiàn)的干擾信號(hào)又有以下幾類典型：

（1）寬帶噪聲干擾信號(hào)和窄帶噪聲干擾信號(hào)。這是根據(jù)在通信全頻范圍內(nèi)，干擾頻帶的占比來進(jìn)行分類的，占比較大或全頻段干擾的是寬帶噪聲干擾信號(hào)，占比較小的是窄帶噪聲干擾信號(hào)。

（2）單音干擾信號(hào)和多音干擾信號(hào)。指針對(duì)通信頻帶的單個(gè)或多個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行干擾的信號(hào)。

（3）脈沖干擾信號(hào)。大多是認(rèn)為的電磁干擾，主要應(yīng)用于敵我雙方對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)上通信信號(hào)的爭(zhēng)奪，通常會(huì)對(duì)通信質(zhì)量產(chǎn)生巨大影響。

5 干擾識(shí)別技術(shù)研究現(xiàn)狀

衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的干擾識(shí)別技術(shù)實(shí)質(zhì)上也是一種模式識(shí)別，對(duì)衛(wèi)星通信干擾信號(hào)的識(shí)別可分為以下三個(gè)步驟：

第一，首先針對(duì)通信系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和信號(hào)進(jìn)行提前處理，將內(nèi)容從信號(hào)空間轉(zhuǎn)移到觀察空間；

第二，對(duì)通信系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和信號(hào)進(jìn)行特征選擇，將其從觀察空間轉(zhuǎn)移到特征空間，并對(duì)這些信號(hào)的各類特征與參數(shù)進(jìn)行選擇與甄別，這一步驟是整個(gè)過程的關(guān)鍵與核心。

第三，通過前兩個(gè)步驟的實(shí)施已經(jīng)可以識(shí)別出干擾信號(hào)的各類數(shù)據(jù)。最后一個(gè)步驟的作用主要是針對(duì)已識(shí)別出的干擾信號(hào)，進(jìn)行針對(duì)性的應(yīng)對(duì)。如果是曾經(jīng)遇到過的干擾信號(hào)，只需要根據(jù)以往的應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行布置與安排，如果是未知信號(hào)，則需要對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入與分析，得出最科學(xué)的應(yīng)對(duì)措施。

目前雖然有很多通信專家都進(jìn)行了此類技術(shù)的研究，但是考慮到衛(wèi)星通信領(lǐng)域的特殊性與敏感性，事實(shí)上公開報(bào)道出來的衛(wèi)星通信系統(tǒng)干擾識(shí)別技術(shù)還比較缺乏，大多數(shù)是針對(duì)特定環(huán)境或特定項(xiàng)目的干擾技術(shù)研究。

本文根據(jù)眾多專家學(xué)者的研究成果，主要提出以下兩類干擾識(shí)別技術(shù)：

（1）基于特征提取的干擾識(shí)別技術(shù)研究。目前，基于特征提取的干擾識(shí)別技術(shù)研究已有大量成果，其算法也是多種多樣，比如：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（應(yīng)用最廣泛的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）、決策樹（直觀運(yùn)用概率分析的一種圖解法）、SVM（由模式識(shí)別中廣義肖像算法發(fā)展而來的分類器）等等。

（2）基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的干擾識(shí)別技術(shù)研究。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一類包含卷積計(jì)算且具有深度結(jié)構(gòu)的前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是深度學(xué)習(xí)的代表算法之一。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有表征學(xué)習(xí)能力，能夠按其階層結(jié)構(gòu)對(duì)輸入信息進(jìn)行平移不變分類，因此也被稱為“平移不變?nèi)斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)”。

6 干擾識(shí)別技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)

通過對(duì)當(dāng)前衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)分析，未來的衛(wèi)星通信干擾識(shí)別技術(shù)將有以下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：

（1）小型微型化。未來的衛(wèi)星通信領(lǐng)域，特別是通信戰(zhàn)場(chǎng)，在不具有大型專業(yè)化的抗干擾監(jiān)測(cè)設(shè)備的情況下，特別需要小型微型化尤其是能夠單人攜帶的手持檢測(cè)設(shè)備，來應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的產(chǎn)生，保持衛(wèi)星通信的通暢。

（2）高性能化。隨著衛(wèi)星通信和信號(hào)干擾技術(shù)的發(fā)展，未來一定會(huì)產(chǎn)生大量具有高破壞力的干擾信號(hào)發(fā)射設(shè)備，比如已經(jīng)面世的電磁脈沖技術(shù)，而且這些技術(shù)和設(shè)備只會(huì)向更加便捷化、小型化發(fā)展，干擾的功率也會(huì)越來越高，因此需要高性能和的抗干擾技術(shù)與設(shè)備來與之對(duì)抗。

（3）復(fù)合化。未來的衛(wèi)星通信系統(tǒng)干擾識(shí)別技術(shù)不僅僅是要實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾信號(hào)的監(jiān)測(cè)，更需要能夠處理這些干擾信號(hào)的能力，包括提取、識(shí)別、破壞等，同時(shí)也要提高預(yù)防能力，可以實(shí)現(xiàn)全天候不間斷地監(jiān)。

7 結(jié)束語(yǔ)

衛(wèi)星通信系統(tǒng)的干擾識(shí)別技術(shù)研究，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各類型干擾信號(hào)的甄別與應(yīng)對(duì)，有效保障了衛(wèi)星通信系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于維護(hù)國(guó)家安全、保障民生有著重大的戰(zhàn)略意義。