卫星通信抗干扰体制及关键技术研究＊

2013-07-11于夫董鑫

舰船电子工程 2013年4期

于夫董鑫

（1.葫芦岛市92941部队96分队葫芦岛 125000）（2.葫芦岛市林业局葫芦岛 125000）

1 引言

卫星通信以其通信距离远、覆盖范围大、传输稳定可靠、线路建立灵活方便、不受地理条件和环境限制以及可实现多址通信等许多优点，为人类文明，社会进步，经济发展起到了积极的推动作用。在军事上，由于卫星通信独特的方式和特点，已使它成为现代高技术战争或局部冲突中通信指挥控制和信息传递最为重要的通信方式之一，也是实现未来军用通信网无缝互连的基本的和主要的技术保证。近年来，对军事卫星通信技术的研究在许多方面已得突破性进展，极大地提高了部队通信指挥能力和战斗力水平，但是针对卫星通信的抗毁性、抗干扰体制以及关键技术的研究目前还不够充分，作为未来军事信息网络重要组成部分，要使卫星通信在较强的电子战和复杂的电磁环境下顺利完成赋予它的使命，建立起具有较强抗干扰能力的卫星通信系统是十分必要的，本文拟就这方面的问题进行初步的研究和探讨，为今后对这一课题作进一步全面深入的研究做好必要的准备。

2 军用卫星通信技术发展现状

随着通信新理论、新技术、新器件的不断出现和发展，给军用卫星通信系统技术带来了新的发展机遇，使它进入了成为未来战术通信又一杀手锏的发展阶段。军用卫星通信技术的发展主要体现在以下几个方面［1］。

1）采用了先进的数字通信技术，包括数据编码压缩、处理等；

2）点波束和多波束卫星天线的研制及实用化，使军事卫星通信更具吸引力；

3）全新的多址方式使军用卫星通信更适合未来战术通信的要求；

4）先进的星上处理技术使卫星通信技术本身也发生了质的飞跃；

5）新的传输与交换体制使其向综合业务网过渡具有现实可能性；

6）智能化、轻型化、小型化（甚至手持化）的终端技术较好地解决了未来作战 “动中通”的问题；

7）卫星通信新体制与新频段的研究与开发又赋予卫星通信新的发展活力。

上面几个方面的技术发展对提高卫星通信的业务质量，系统容量、组网技术等方面都起到很好的促进作用。

3 卫星通信的抗干扰问题

目前，虽然卫星通信抗干扰体制还未完善，但是一些相对独立的卫星通信抗干扰技术的研究已取得了显著成就，如猝发通信抗干扰技术、扩频通信抗干扰技术、干扰自适应抵消技术、天线自适应调零和旁瓣自适应抵消技术、新的调制解调技术、在中频或在射频级进行对强干扰具有很强抑制能力的SMARTAGC技术等［2］。这些技术大都是首先在地面网中发展起来而后应用到卫星通信中去的，是通信新技术、新理论、新器件在卫星通信中的具体体现，提高了卫星通信抗干扰的能力。但是它们各自又存在一定的局限性，尤其在未来以信息战为特征的高科技战争中，卫星通信的主导作用还不能充分有效地发挥，要解决这个问题，就必须从卫星通信抗干扰体制和抗干扰技术两个方面同时进行。

4 卫星通信抗干扰体制问题

对卫星通信抗干扰体制问题的研究主要是要找到适合卫星通信特点、具有较强抗干扰能力、对各类人为干扰都有效的抗干扰技术。本文所指的干扰主要是针对军事目的的干扰［3］。

从通信电子对抗角度来看，用于军事目的的干扰主要有同频窄带干扰、宽带强功率干扰、跟踪瞄准式干扰等。对卫星通信而言，我们认为要实施干扰，只有在卫星通信的上行链路进行，从技术、经济及效果等方面来看，对卫星的上行信号进行侦察、跟踪及测位等，进而对它释放干扰信号应当是未来军事卫星通信最常用的也是最有效的通信对抗手段，因此，研究卫星通信抗干扰体制就应以此为出发点进行研究论证，这样方能达到事半功倍的效果。

从技术角度上看，目前抗拒用于军事目的的各类人为干扰最常用同时也是最有效的方法是扩展频谱通信方式，包括跳频通信（FH）、直接扩谱通信（DS）以及两者组合（FH／DS），现在在地面网中这种技术已日趋成熟，毫无疑问，它也将是卫星通信抗干扰最主要的技术方式之一，但是要将这一技术移植到卫星通信网中去尚有一些理论和技术问题需要研究解决。

另外，合理的组网方式，有效的网管网控技术对实现卫星通信网抗干扰也是有积极作用的，对于地面站而言，要实现卫星通信系统的抗干扰也有许多技术体制需要深入研究，如扩频码的选择、跳频图案的设计，与现有卫星网的兼容，与其它战术网的互连以及数字化、软件化终端的研制等。经过充分的研究、分析和论证，我们提出如下卫星通信抗干扰体制。

1）技术上以扩谱技术为主，辅以其它抗拒强干扰的技术，如SMARTAGC技术，自适应天线调零技术等，使系统整体抗干扰能力达到55dB以上；

2）上行信号为扩谱信号，下行信号为TDM信号，这样可以简化终端接收设备，同时也使卫星通信抗干扰技术容易实现；

3）信号的扩频过程由地面站来完成，而解扩过程则由星上处理转发器来完成，因此必须进行星地一体化的设计［6］；

4）信号的扩谱与解扩在70MHz或140MHz中频上进行，转发器宽为36MHz或72MHz，这样可利用现有的技术和器件；

5）目前可同时对8～16路信号进行分析研究，每路信号速率选择 4.8kbit／s、9.6kbit／s、14.4kbit／s、19.2kbit／s等，信道可按申请分配也可随机占用；

6）频段选择考虑到今后向EHF段发展需要。

5 卫星通信抗干扰的关键技术

本文提出的体制是基于如图1来实现的。

图1 卫星抗干扰体制基础

上行信号的扩谱与星上解扩是该体制的关键技术，尤其是要求它达到35dB以上抗干扰处理增益，对于卫星信道而言必须采用跳频与直扩相结合的方式，其中直扩方式能提供20dB以上处理增益，跳频方式应能提供15dB左右的处理增益。

地面站功能框图如图2所示。

图2 地面站功能框图

由图中可以看出该体制采用的是先扩后跳方式，这主要是考虑星上解跳解扩实现技术的方便，信息及其码变换主要是将含有控制信息、路由信息及信息净荷的基带信号变换成适合于卫星信道传输的码型，目前，可用专用芯片、软件和协议来共同完成。直接扩谱功能模块是完成对信号直接扩谱，主要是利用基带信号与PN码的模二加来实现，可用硬件电路来完成，但我们建议用软件来实现，可使其具有更好的灵活性和较强的通用性。码速率和信息速率的选择可根据下式关系给出，即：

式中RPN是伪码速率，RS是信息速率，同时还要考虑信道容量、跳频方式等因素。

跳频模块完成对直扩信息的变中频功能，主要由伪码产生器、频率合成器以及模拟乘法器来完成，其处理增益为15dB以上，即：10logN＞15或N＞32，即跳频点数不少于32个，跳频间隔大于直扩信号带宽，跳速不超过100次／秒，这主要考虑星上解扩的可实现性。另外，直扩码型的选择和跳频图等的设计是一个重要的理论和技术问题，对于直扩伪码主要是考虑自相关特性、互相关特性以及码长问题，对于跳频码及跳频图案设计主要考虑容量、邻站干扰度及击中概率等。

星上处理转发器要对8～16路扩谱信号同时解扩，目前考虑是分路后解扩，实现框图如图3所示。

预处理包括下变频、抑制较强干扰等功能，数字分路主要是利用数字滤波技术和软件来对8～16路信号进行分离，接下来各路分别进行解跳与解扩，恢复出各路的基带信号，再进行成帧和上变频，最后以TDM数据流以广播形式向地面发送，关键技术主要有数字分路技术，现在我们已进行了计算机模拟和仿真，且取得了令人满意的效果，解扩主要是要解决伪码恢复和系统同步，包括跳频码同步和直扩码同步，考虑用软件和硬件方式来共同完成，其中跳频码同步采用同步字头法，即在通信之前首先进行收发同步信息的传递，经过星上收端探索跟踪使其进入锁定状态，而后进入同步保持状态，这样可完成跳频码同步。直扩码采用自同步方式，即利用发端发送的数字信息序中隐含的同步信息在收端将其提取出来获得同步。存在的难度主要是要求星上要具有精确的定时系统，卫星链路间的时延及抖动、多普勒频移等对同步都有严重的影响，使卫星通信抗干扰能力大大降低，这个问题还在研究之中。成帧问题主要是把解扩后的各路基带信号根据它们所提供的路由和控制信息将它们输到相应的存贮器，然后由定时信号控制分别读出，组成下行帧，这项工作目前已通过计算机仿真完成。