摘要：隨著全球信息化進(jìn)程的加速，衛(wèi)星通信在我國國防、航空航天、海洋監(jiān)測等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。然而，衛(wèi)星通信系統(tǒng)在運(yùn)行中會受到各類干擾的嚴(yán)重影響。針對這一問題，文章提出了一種基于頻譜感知的移動衛(wèi)星干擾監(jiān)測系統(tǒng)，對其進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計與驗(yàn)證。該系統(tǒng)利用先進(jìn)的頻譜感知技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對衛(wèi)星通信頻段的實(shí)時監(jiān)測，有效提高了干擾監(jiān)測的準(zhǔn)確性和實(shí)時性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有良好的監(jiān)測性能和實(shí)用性，為我國衛(wèi)星通信系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了有力保障。

關(guān)鍵詞：頻譜感知；移動衛(wèi)星；干擾監(jiān)測

中圖分類號：TN927" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著全球信息化進(jìn)程的加速，衛(wèi)星通信系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。在海洋通信、邊遠(yuǎn)地區(qū)通信以及應(yīng)急通信等應(yīng)用場景中，移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)都發(fā)揮著不可替代的作用。然而，衛(wèi)星通信系統(tǒng)由于開放性和廣播性，極易受到惡意干擾，這不僅影響了通信質(zhì)量，還可能造成嚴(yán)重的通信事故。因此，文章研究了一種能夠?qū)崟r監(jiān)測和識別移動衛(wèi)星通信干擾的系統(tǒng)，對于保障衛(wèi)星通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的實(shí)際意義。

1 相關(guān)工作與技術(shù)分析

1.1 頻譜感知技術(shù)原理

頻譜感知技術(shù)是指在無線電頻譜范圍內(nèi)，對電磁波信號進(jìn)行檢測、分析、識別和定位的一種技術(shù)。其目的是有效利用頻譜資源，提高頻譜利用率，減少頻譜浪費(fèi)。頻譜感知技術(shù)主要包括頻譜檢測、頻譜分析、頻譜識別和頻譜定位。頻譜檢測是指對無線電頻譜進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測并發(fā)現(xiàn)異常信號；頻譜分析是指對檢測到的信號進(jìn)行詳細(xì)分析，提取信號特征；頻譜識別是對分析結(jié)果進(jìn)行判斷，識別出信號類型；頻譜定位則根據(jù)信號特征確定信號的來源位置。

1.2 干擾監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀

干擾監(jiān)測技術(shù)是保障移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)之一。當(dāng)前，干擾監(jiān)測技術(shù)主要分為2種：一種是基于地面的干擾監(jiān)測技術(shù)；另一種是基于衛(wèi)星的干擾監(jiān)測技術(shù)?；诘孛娴母蓴_監(jiān)測技術(shù)主要通過地面監(jiān)測站對衛(wèi)星通信信號進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)并分析干擾信號?；谛l(wèi)星的干擾監(jiān)測技術(shù)則是利用衛(wèi)星上的設(shè)備，對無線電頻譜進(jìn)行監(jiān)測、發(fā)現(xiàn)并定位干擾源。

1.3 相關(guān)算法分析

在移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)對干擾信號的有效檢測和識別，研究人員提出了許多相關(guān)算法。其中，常用的算法包括能量檢測算法、協(xié)同檢測算法、頻域分析算法和時域分析算法等。能量檢測算法是一種基于信號能量的檢測方法，原理簡單、計算復(fù)雜度低，但抗干擾性能較差。協(xié)同檢測算法是利用多個監(jiān)測站之間的協(xié)同作用，提高干擾檢測性能。頻域分析算法和時域分析算法則是通過對信號的頻域和時域特征進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對干擾信號的檢測和識別。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

基于頻譜感知的移動衛(wèi)星干擾監(jiān)測系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計采用了分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)主要由國內(nèi)監(jiān)測站、移動衛(wèi)星終端、地面數(shù)據(jù)處理中心和信關(guān)站4個部分組成。國內(nèi)監(jiān)測站負(fù)責(zé)收集和處理干擾信號，移動衛(wèi)星終端負(fù)責(zé)在空間范圍內(nèi)進(jìn)行信號監(jiān)測和數(shù)據(jù)傳輸，地面數(shù)據(jù)處理中心負(fù)責(zé)對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，信關(guān)站則用于存儲各類頻譜信息［1］ 。

2.2 功能模塊劃分

基于頻譜感知的移動衛(wèi)星干擾監(jiān)測系統(tǒng)的功能模塊分為天基網(wǎng)絡(luò)、空基網(wǎng)絡(luò)和地基網(wǎng)絡(luò)3個部分。三者各司其職，相互協(xié)作，共同守護(hù)著通信的藍(lán)天。

天基網(wǎng)絡(luò)時刻關(guān)注著全球衛(wèi)星的動向，確保其在正確的軌道上運(yùn)行。天基網(wǎng)絡(luò)通過協(xié)調(diào)異構(gòu)衛(wèi)星組網(wǎng)，可以讓不同類型的衛(wèi)星相互配合，從而發(fā)揮其最大效能。天基網(wǎng)絡(luò)還具備強(qiáng)大的衛(wèi)星接入和導(dǎo)航能力，可以為地面用戶提供精準(zhǔn)的定位服務(wù)。

空基網(wǎng)絡(luò)通過無人機(jī)形成了一個靈活多變的邊緣控制器。這些無人機(jī)在空基網(wǎng)絡(luò)的指揮下，不斷調(diào)整飛行軌跡，擴(kuò)大覆蓋范圍，為地面用戶提供優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。在應(yīng)急情況下，空基網(wǎng)絡(luò)能迅速組織無人機(jī)構(gòu)成臨時網(wǎng)絡(luò)，為救援工作提供通信保障。

地基網(wǎng)絡(luò)是整個系統(tǒng)的基石，分布在廣袤的地面，負(fù)責(zé)接入、組網(wǎng)和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。在地基網(wǎng)絡(luò)的支撐下，用戶可以享受到高速、穩(wěn)定的通信服務(wù)。

3 關(guān)鍵模塊設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

3.1 頻譜感知算法實(shí)現(xiàn)

頻譜感知算法是移動衛(wèi)星干擾監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分，主要任務(wù)是對衛(wèi)星信號進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，判斷是否存在干擾。本文中的移動衛(wèi)星干擾監(jiān)測系統(tǒng)采用基于能量檢測的頻譜感知算法，該算法具有操作簡單、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。該算法具體實(shí)現(xiàn)過程如下：首先，算法對輸入的衛(wèi)星信號進(jìn)行濾波處理，以去除噪聲和干擾；然后，算法通過計算信號的功率譜，提取衛(wèi)星信號的特征參數(shù)；最后，算法會根據(jù)特征參數(shù)判斷是否存在干擾。

3.2 干擾監(jiān)測與識別算法實(shí)現(xiàn)

干擾監(jiān)測與識別算法的主要任務(wù)是對監(jiān)測到的干擾進(jìn)行分類和識別。該系統(tǒng)采用基于支持向量機(jī)的干擾監(jiān)測與識別算法，該算法具有較好的分類性能和泛化能力。該算法的具體實(shí)現(xiàn)過程如下：首先，算法模型對監(jiān)測到的干擾信號進(jìn)行預(yù)處理，包括去噪和特征提??；然后，算法模型通過支持向量機(jī)算法對干擾信號進(jìn)行分類并識別出干擾信號的類型；最后，算法模型根據(jù)干擾信號的類型和強(qiáng)度，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行干擾信號抑制［2］ 。

3.3 移動性管理模塊設(shè)計

移動性管理模塊主要負(fù)責(zé)處理移動衛(wèi)星用戶的動態(tài)信息，包括用戶的地理位置、速度等。該模塊采用基于全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）和移動網(wǎng)絡(luò)的雙重定位技術(shù)，以提高定位的準(zhǔn)確性和可靠性。具體設(shè)計方案如下：首先，移動性管理模塊利用GPS定位技術(shù)獲取用戶的當(dāng)前位置信息；然后，模塊結(jié)合移動網(wǎng)絡(luò)信號強(qiáng)度信息，通過多傳感器數(shù)據(jù)融合算法，計算出用戶的速度和方向；最后，移動性管理模塊將定位結(jié)果實(shí)時傳輸給其他模塊，以供其他模塊使用。

3.4 系統(tǒng)性能評估

為了驗(yàn)證移動衛(wèi)星干擾監(jiān)測系統(tǒng)的性能，本研究設(shè)計了一系列的性能評估指標(biāo)，包括干擾檢測率、干擾識別準(zhǔn)確率、系統(tǒng)響應(yīng)時間等。設(shè)計人員通過仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際測試，對系統(tǒng)性能進(jìn)行全面評估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所設(shè)計的系統(tǒng)在干擾檢測和識別方面具有較高的準(zhǔn)確率和響應(yīng)速度，能夠有效地保障移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。同時，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，該系統(tǒng)還存在一些不足之處，如算法復(fù)雜度較高、系統(tǒng)資源消耗較大等。在未來的研究中，研究人員須要對其進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。

4 系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境與數(shù)據(jù)集

為了驗(yàn)證基于頻譜感知的移動衛(wèi)星干擾監(jiān)測系統(tǒng)的有效性，本實(shí)驗(yàn)在一個模擬的真實(shí)環(huán)境中建立了實(shí)驗(yàn)平臺。實(shí)驗(yàn)環(huán)境包括一個移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)和一個頻譜感知系統(tǒng)。移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)由多個移動衛(wèi)星終端和一個衛(wèi)星基站組成，而頻譜感知系統(tǒng)則由多個頻譜感知器和一個中心處理單元組成。

本實(shí)驗(yàn)使用了大量的衛(wèi)星通信實(shí)際數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括不同類型的干擾信號、噪聲信號以及正常的通信信號。為了保證實(shí)驗(yàn)的客觀性和可靠性，實(shí)驗(yàn)人員還對數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理，包括去噪、歸一化等操作。

4.2 仿真參數(shù)設(shè)置

在進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)之前，實(shí)驗(yàn)人員還須要設(shè)置一些仿真參數(shù)，包括干擾信號的類型、強(qiáng)度、分布等。本實(shí)驗(yàn)通過設(shè)置仿真時間，實(shí)驗(yàn)人員能夠觀察系統(tǒng)在不同時間內(nèi)的性能表現(xiàn)。

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過仿真實(shí)驗(yàn)，本文得到一系列的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠有效監(jiān)測和識別出移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的干擾信號，能夠根據(jù)干擾信號的特性進(jìn)行相應(yīng)處理，以保證通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行。此外，實(shí)驗(yàn)人員還對實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)分析、統(tǒng)計和比較，結(jié)果表明系統(tǒng)在干擾監(jiān)測和識別方面具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。

4.4 性能對比與分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證系統(tǒng)的性能，文章將所提系統(tǒng)與其他現(xiàn)有干擾監(jiān)測系統(tǒng)的性能進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該系統(tǒng)在干擾監(jiān)測和識別的準(zhǔn)確性和可靠性方面明顯優(yōu)于其他系統(tǒng)。此外，本研究還對該系統(tǒng)的實(shí)時性和穩(wěn)定性進(jìn)行了評估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r地響應(yīng)干擾信號，在長時間的運(yùn)行過程中能夠保持穩(wěn)定的性能。

5 未來發(fā)展方向與展望

5.1 技術(shù)層面的發(fā)展方向

隨著人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的不斷進(jìn)步，將更多的智能算法應(yīng)用于頻譜感知和干擾監(jiān)測中，可以提高系統(tǒng)的自動化程度和準(zhǔn)確性。例如：工程師可以使用深度學(xué)習(xí)算法來識別和分類干擾信號，從而實(shí)現(xiàn)更精確的干擾監(jiān)測。

本文將移動衛(wèi)星干擾監(jiān)測系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，研究人員可以將監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸?shù)皆贫嘶蚱渌嚓P(guān)設(shè)備，方便用戶隨時隨地了解干擾情況，采取相應(yīng)的措施。

研究人員還可以進(jìn)一步研究和開發(fā)新的頻譜感知技術(shù)和干擾監(jiān)測技術(shù)，以應(yīng)對未來衛(wèi)星通信系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的新的干擾源和干擾手段。例如：研究人員可以研究基于多重信號處理和大數(shù)據(jù)分析的干擾監(jiān)測技術(shù)，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力和魯棒性。

5.2 應(yīng)用層面的發(fā)展前景

基于頻譜感知的移動衛(wèi)星干擾監(jiān)測系統(tǒng)在應(yīng)用層面具有廣闊的發(fā)展前景。首先，該系統(tǒng)可以應(yīng)用于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行和維護(hù)中，幫助運(yùn)營商及時發(fā)現(xiàn)和解決干擾問題，提高通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。其次，該系統(tǒng)還可以應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，用于監(jiān)測和防御敵方的衛(wèi)星通信干擾。在軍事衛(wèi)星通信中，干擾監(jiān)測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和實(shí)時性至關(guān)重要，因此基于頻譜感知的移動衛(wèi)星干擾監(jiān)測系統(tǒng)可以為軍事通信提供有效的保護(hù)措施［3］ 。此外，該系統(tǒng)還可以應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，用于監(jiān)測和預(yù)警太空垃圾和太空碎片對衛(wèi)星的威脅。該系統(tǒng)通過實(shí)時監(jiān)測太空中的干擾源，及時采取相應(yīng)的避障措施，以確保衛(wèi)星的安全運(yùn)行。

5.3 潛在挑戰(zhàn)與應(yīng)對策略

盡管基于頻譜感知的移動衛(wèi)星干擾監(jiān)測系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用前景，但該系統(tǒng)也面臨著一些潛在的挑戰(zhàn)。首先，干擾信號的復(fù)雜性和多樣性使得干擾監(jiān)測和識別變得困難，這就須要開發(fā)更先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理和分析算法以應(yīng)對以上問題。其次，衛(wèi)星通信系統(tǒng)的動態(tài)性和變化性也給干擾監(jiān)測帶來了挑戰(zhàn)。衛(wèi)星的運(yùn)動和環(huán)境的變化可能會導(dǎo)致干擾信號的特性發(fā)生變化，這就須要實(shí)時自適應(yīng)的干擾監(jiān)測技術(shù)來適應(yīng)這些變化。

6 結(jié)語

本文提出了一種基于頻譜感知的移動衛(wèi)星干擾監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有實(shí)時性、準(zhǔn)確性、機(jī)動性和實(shí)用性等特點(diǎn)，為我國衛(wèi)星通信系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了有力保障。未來，研發(fā)人員還須繼續(xù)優(yōu)化該系統(tǒng)的性能，提高干擾檢測的準(zhǔn)確性和實(shí)時性，為衛(wèi)星通信干擾監(jiān)測領(lǐng)域的發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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［2］李興海，肖連.認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的參數(shù)優(yōu)化問題［J］.沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2018（5）：558-563.

［3］姚涉.衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)探究［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2023（3）：126-128.

（編輯 王永超）

Design and verification of mobile satellite interference monitoring system

based on spectrum sensing

ZHANG" Yi1， WANG" Baobao2， JIANG" Chenjiao3

（1.The 54th Research Institute of CETC， Shijiazhuang 050081， China; 2.Military Representative Office of Military Representative Bureau of Equipment Department of Aerospace Systems Ministry in Shijiazhuang，

Shijiazhuang 050081， China; 3.Unicom Xiongan Industrial Internet Co.， Ltd.， Shijiazhuang 050000， China）

Abstract： With the acceleration of the global information process， satellite communication is increasingly widely used in national defense， aerospace， ocean monitoring and other fields. However， the satellite communication system will be seriously affected by various kinds of interference in its operation. To solve this problem， this paper proposes a mobile satellite interference monitoring system based on spectrum sensing， and it is designed and verified in detail. The system uses advanced spectrum sensing technology to realize real-time monitoring of satellite communication frequency band， and effectively improves the accuracy and real-time monitoring of interference. The experimental results show that the system has good monitoring performance and practicability， which provides a strong guarantee for the safe operation of China’s satellite communication system.

Key words： spectrum sensing; mobile satellite; interference monitoring

作者簡介：張毅（1990— ），男，工程師，碩士；研究方向：通信對抗。