RDSS系统幅差法入站干扰源定位方法

严银江，刘安斐

(北京环球信息应用开发中心，北京100094)

0 引言

对于采用透明转发器的卫星系统而言，影响卫星系统正常工作的主要威胁是来自地面的有意干扰。一旦地面干扰源发射大功率的上行信号，将对卫星透明转发器造成干扰，严重影响卫星信号的正常传输［1，2］。因此，需具备干扰源快速定位手段。

基于邻星的联合时差频差的双星定位法是目前地面干扰源定位的主要方法。但是该方法要求邻星与受干扰卫星相隔角度必须小于8°，并且要求邻星应具备与受干扰卫星同频段同极化的卫星转发器［3］。因此，应用该方法进行干扰源定位具有很大局限性。

本文针对RDSS系统入站透明转发器易受干扰问题［4］，根据 RDSS 系统［5］多波束覆盖特点，提出了一种RDSS系统幅差法入站干扰源定位原理及其实现方法并给出相应的试验验证结果。

1 RDSS系统幅差法入站干扰源定位原理

1.1 RDSS系统工作原理

根据国际无线电规则，无线电测定业务是通过卫星无线电传播特性来确定一个物体位置、速度及其他特性卫星业务。RDSS组成与定位原理图图1所示。

典型RDSS系统是以2颗卫星为参考点，2个用户至卫星的距离为观测量的双星定位系统，该系统的每颗卫星均分多个入站波束覆盖服务区。

RDSS系统由空间段静止轨道同步卫星、地面段测量控制中心(Measure Control Center，MCC)和用户设备共同构成，其定位原理是通过用户应答，由用户以外MCC完成卫星至用户的距离测量和位置解算［6］，然后再将定位结果发送给用户［5，7］。

图1 RDSS组成与定位原理

1.2 幅差法干扰源定位原理

对于RDSS系统的每颗卫星而言，同一卫星2个波束上行接收天线G/T差值相同的点，应当分布在一条闭合曲线上(即等差值曲线)。若2个波束的下行频点频率接近，地面天线和低噪声场放等射频接收设备采用2个频点共用方式，则2个波束空间损耗和地面设备增益相同，可认为2个波束间干信比差值只与RDSS卫星对应波束2个天线G/T差值有关。幅差法定位原理如图2所示。

图2 幅差法定位原理

式中，EIRPJAM为干扰源等效全向辐射功率;EIRPSAT为卫星等效全向辐射功率;Lu、Ld为上行和下行空间损耗;[G/T]SAT、[G/T]EAR为卫星接收天线和地面接收天线品质因数;k为波尔兹曼常数，k=1.38×10-23;G1、Gtran和G2分别为卫星接收天线、转发器以及发射天线增益。

考虑到同一卫星2个波束接收天线距离相近，则可认为干扰信号经2个入站波束的上行链路损耗相同，则有

因此，可得出同一卫星2个波束干信比差值与卫星2个波束天线G/T差值相同重要结论。通过分析卫星G/T值差值分布，即可利用波束间干信比差值进行干扰源定位:若1颗卫星2个波束同时接收到入站干扰，则干扰源定位在该卫星波束间G/T差值曲线交点处;若多颗卫星2个波束同时接收到入站干扰，则干扰源定位在多星波束间G/T差值曲线交点处。

2 RDSS系统幅差法干扰源定位方法

基于上述原理的RDSS干扰源定位系统的工作流程如图3所示。

图3 干扰源定位流程

首先对于RDSS系统每颗卫星入站频谱实时监测;当出现干扰时，实时测量受干扰入站波束干信比，同时通过计算获取同一卫星2个波束间的干信比差值;然后再根据干信比差值，按一定搜索宽度，与卫星G/T差值参考数据库进行比较，最终解算出干扰源所在位置或区域。

2.1 参考数据库

根据卫星天线G/T值分布点的理论值，建立初始参考数据库。参考数据库以分布点的经度、纬度以及卫星2个波束间G/T值差值为字段覆盖整个服务区。

考虑到RDSS系统运行以后，卫星的轨道倾角等技术状态会发生变化，引起卫星G/T值分布点发生相应变化。由上述公式有:

因此，可利用RDSS系统用户实时入站载噪比信息对参考数据库予以更新。利用RDSS用户入站信息数据对参考数据库进行更新包括无效点剔除、位置分割、均值处理、统计改进和整合修正等过程。

2.1.1 无效点剔除

原始的用户入站信息数据主要包括用户定位信息。但是该信息可能出现无定位结果的情况，也可能会出现定位结果超出服务区以外的情况。因此在数据处理过程当中首先应将以上用户入站信息数据剔除，以免影响参考数据库正确性。

2.1.2 位置分割

按照最初定义的初始参考数据库格式，将RDSS系统服务区以0.5°间隔进行分割，对用户入站信息数据按照定位结果进行位置划分。位置划分前后，经纬度关系为:

式中，floor(·)为取整函数，经过转换，用户入站信息数据均被划分到距离定位结果最近的栅格点上。

2.1.3 均值处理

将位置划分后的用户入站信息数据按照卫星波束进行拆分，拆分后再逐一进行单波束入站情况剔除和差值求解，最终得到载噪比差值表。考虑到用户设备性能差异的影响，应区分不同用户和不同位置进行均值处理，即将同一位置且属于同一用户的入站载噪比差值进行平均，得到用户在某一栅格点上的载噪比差值参考值。

2.1.4 统计改进

经上述处理之后，载噪比差值数据表中同一栅格点可能对应多个载噪比差值，原因可能是由于同一栅格点的附近区域存在多个用户或是用户定位结果有误造成的。因此，在确定最终载噪比参考值之前，还应当对于用户定位信息进行以下分析:

①用户入站数据获取时是以时间先后顺序提取的，一般认为用户在一定时间以内位置变化范围不大。因此若存在同一用户的定位结果不同时可认为该用户入站信息数据有误，则剔除野值点后求均值;若同一用户定位信息较少且定位结果不稳定可认为用户设备性能较差，则剔该用户全部入站信息。

②对同一用户同一位置载噪比差值求均值的同时，进行方差计算，对于方差较大的用户可认为该用户设备性能较差，则对其均值数据予以剔除。

经过上述均值筛选后的用户入站信息数据，再对同一栅格点不同用户入站载噪比差值均值再次求均值，最终得到载噪比差值参考值。

2.1.5 整合修正

通过积累一定时间的用户入站载噪比差值，按栅格点将所有卫星波束参考数据整合，并对参考数据表中相应卫星对应位置载噪比差值参考值进行替换，即可得到更新后的参考数据表。

2.2 获取干信比差值

利用频谱采集设备对RDSS系统的入站信号进行实时采集和参数测量，获得实时入站信号功率和噪声功率，通过比较入站频谱功率峰值和噪声功率，判别和捕捉干扰信号。

确认干扰信号后，自动测量和计算同一卫星2个波束间干信比差值，然后进行干扰源定位计算，得到干扰源可能位置区域。

2.3 排除多值点

根据幅差法干扰源定位原理，定位结果为多星等差值曲线的相交区域。由于等差值曲线均为2次以上曲线，通常曲线相交区域不止一个，定位结果存在着多值性，可采用神经网络法(BP 网络)［9，10］结果引导的方式进行多值点排除。首先利用初始参考数据训练BP网络得到网络参数，在进行干扰源搜索定位的同时，利用神经网络进行曲线拟合得到一个引导位置点的经纬度信息，然后选择与引导位置点最相近的相交区域作为干扰源定位区域。

3 干扰源定位方法的试验验证

基于以上的幅差法干扰源定位方法，在多个地点采用单载波信号作为干扰源，进行干扰源定位试验。结果表明:所有干扰源从捕获、测量到最终定位耗时均小于1 min;所有干扰源定位精度均优于200 km，个别地区优于100 km，详细结果如表1所示。

表1 定位精度评估表

分析以上试验结果可知，RDSS系统幅差法干扰源定位方法区域定位性能存在差异，原因分析如下:

①干信比差值测量存在误差，且根据覆盖区分布情况，相同误差对各地区的影响不同;

②RDSS系统用户机分布可能不均，比如某些地区用户机数量过少，而系统服务区边缘覆盖性能相对较弱，导致参考数据库相应地区的参考数据更新修正值存在误差，从而对定位精度产生直接影响。

4 结束语

根据具有多个入站波束RDSS系统的特点，提出了一种适合RDSS系统的幅差法干扰源定位方法。该方法与其他干扰源定位方法相比，具有快速定位的显著特点:实时获取多波束干信比数据后，最短可在数秒钟内完成干扰源的定位。尤其通过入站信号频谱采集、干扰识别、参数测量和干扰源定位等过程程序控制，可实现全天候不间断对包括突发和短暂干扰信号在内所有干扰信号的监测和干扰源定位。上述幅差法干扰源定位方法为具有多个入站波束的RDSS系统干扰源的快速定位提供了有效的技术手段。

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［3］朱 锐，朱 莉.谈卫星干扰源双星定位法中的邻星选择 ［J］.卫星与网络，2007(8):16-17.

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