GEO卫星通信系统中常见干扰信号类型及定位方法分析

庞 京，魏泽华，武迎兵

（国家无线电监测中心，北京 100037）

电波卫士

GEO卫星通信系统中常见干扰信号类型及定位方法分析

庞 京，魏泽华，武迎兵

（国家无线电监测中心，北京 100037）

本文介绍了GEO卫星通信系统中常见的干扰信号类型，以及目前用于卫星干扰定位的双星和三星定位的原理和方法，最后针对不同类型的干扰信号提出了合理的定位方法。

GEO卫星通信系统；干扰信号；定位方法

1 引言

地球同步轨道（GEO）卫星通信系统具有通信距离远、通信方式灵活等优点，在日常通信、广播电视等领域被越来越广泛地应用。由于卫星转发器的开放性、透明性特点，用户只要具备发射卫星信号的一整套设备，便可利用卫星进行通信，因此针对GEO卫星通信系统的干扰时有发生。目前，我国投入使用的民用GEO卫星共有14颗，仅2015年，国家无线电监测中心累计收到我国卫星运营商干扰申诉案件110多起，干扰涉及11颗卫星，累计受扰带宽超过1000MHz，对我国经济增长和社会稳定等方面造成严重影响。

2 GEO卫星通信系统常见干扰信号类型

GEO卫星通信系统中的干扰主要来源于人为干扰、设备故障和自然现象等等[1,2]。常见的干扰信号类型有常规调制载波、单载波、扫频信号、同频干扰、杂散波、时分信号等。

2.1 常规调制波信号

常规调制波主要是指采用频分多址技术，并通过QPSK，BPSK，MSK等方式进行调制的载波。由于其系统具有设备简单、容易实现、信号稳定等特点，频分多址方式是卫星通信系统中应用最早、使用最多的一种多址方式。典型的常规调制波干扰信号频谱图如图1所示。

图1 常规调制干扰信号典型频谱图

这种干扰信号的频点、占用带宽、功率等参数比较稳定，通常是某些单位或个人在未取得卫星运营商的许可情况下，为实现自己的通信目的，私自占用卫星资源；或者是由于用户疏忽，在不该发射的频点或时段将信号误发上星，造成对星上正常业务的干扰。

2.2 单载波干扰信号

单载波信号是卫星上较常见的一类干扰信号，常见的单载波干扰信号如图2所示。此类信号通常不携带通信内容，一般用于选频测试（图2上）或对正常业务信号进行恶意干扰和压制（图2下）。

图2 单载波干扰信号典型频谱图

2.3 扫频干扰信号

图3 扫频干扰信号典型频谱图

扫频干扰在卫星通信中出现较少，一般是由某些单位进行测试时产生的，也有个别案例是由设备故障引起的。此类干扰的特点是干扰信号在某个频段内反复快速扫描，通常占用带宽较宽，对正常用户载波影响较大。典型的扫描信号频谱如图3所示。左图所示扫频信号在3647～3650MHz间反复扫描，占用带宽为3MHz；而右图扫频信号占用带宽较宽，为6MHz。有些扫频信号占用带宽可达到十几MHz甚至更宽。

2.4 同频干扰信号

卫星上常见的同频干扰信号如图4所示。左图所示干扰信号（中心频点12346.5MHz、带宽0.5MHz）功率较小，完全隐藏在正常业务载波（中心频点12347MHz、带宽2MHz）下，无法在频谱仪上直接观察到，需使用专用仪器进行分析；右图所示干扰信号（中心频点4012.62MHz、带宽200kHz）位于业务载波（中心频点4000MHz、带宽40MHz）高端，虽然带宽比业务载波小很多量级，但功率比业务载波高出6dB左右，可以从频谱仪上直接观测到。

图4 同频干扰信号典型频谱图

2.5 杂散波干扰

杂散信号通常是由于发射机故障产生的，主要来源包括功率放大器以及其内部的热噪声、系统互调产物和接收频率范围内收到的其他干扰信号等被发射上星，典型信号频谱如图5所示。由于杂散干扰信号的频点、带宽、功率等参数不固定，严重影响了合法用户之间的通信以及卫星转发器的正常使用。

图5 杂散波干扰信号典型频谱图

3 不同信号类型的定位方法分析

目前，我国对干扰GEO卫星的上行站采用的定位技术包括双星时频差（TDOA/FDOA）、双星频差（FDOA/FDOA）以及三星时差（TDOA/ TDOA）定位[3,4,5]方法。

3.1 定位原理及方法

3.1.1 双星定位原理及方法

典型的双星TDOA/FDOA定位原理如图6所示。干扰信号由上行站天线发射后同时被主星（受扰卫星）和邻星（与主星轨道间隔一定距离用于辅助定位的卫星）转发，最后由接收站的天线接收。信号经过不同的传播路径产生TDOA，由卫星转发时因卫星摄动以及转发器本振漂移等产生FDOA。根据TDOA，FDOA分别在地球上画出一条曲线，两线交点即为干扰上行站位置。

在选择双星定位方法时，需要至少4个已知地理位置和发射频点的上行站作为定位参考站，用于抵消由于卫星星历精度差引起的测量误差。4个参考站的选取要符合一定的规则，确保至少一个参考站地理位置与干扰上行站位置接近，其他参考站均匀分布在干扰上行站周围，参考站位置选择不合理会对定位结果带来较大误差。

3.1.2 三星定位基本原理

三星定位基本原理如图7所示，主要由干扰上行站、受扰主星、两颗邻星、地面接收站以及参考站组成。干扰信号由三颗卫星转发，并分别由3个地面接收天线接收。定位系统测量出主星与邻星1、主星与邻星2产生的两个TDOA值，两条时差线在地面上的交汇区域即为上行站位置。在选择三星定位方法时，需要两颗邻星以及一个参考站辅助定位。参考站的位置要与干扰上行站尽可能接近；两颗邻星的轨道位置需要存在一定间隔，并且转发器的配置与被干扰转发器相近。

图7 三星定位基本原理图

3.2 常规调制信号干扰上行站定位

常规调制信号如图1所示，这种信号一般采用频分多址方式，并通过QPSK、BPSK等方式进行调制，信号稳定，较容易定位。由于信号含有TDOA、FDOA分量，因此可以选择双星TDOA/FDOA和三星TDOA/TDOA进行定位。通常情况下，由于FDOA受多普勒频移、卫星本振漂移、定位时间和卫星星历等较多因素影响，因此其测量误差比TDOA值的误差大。三星定位由于未使用FDOA值进行计算，通常存在较小误差，因此在邻星条件充足情况下，优先使用三星定位方法进行定位。

此外，定位时要根据干扰信号的频点、带宽、功率以及邻星的载波情况进行灵活的参数设置。例如，图1所示干扰信号带宽为1～2MHz，功率大小20dB左右，通常可设置采集带宽为300～1000kHz，采集时长可设置为5～20s。

3.3 单载波干扰上行站定位

单载波信号如图2所示。由于单载波不含有时间分量信息，因此无法获取其TDOA参数，只能利用两条FDOA线进行定位，即双星FDOA/FDOA方法。双星FDOA/FDOA原理与双星TDOA/FDOA原理类似，不同之处在于，双星FDOA/FDOA方法利用两条频差线得到干扰上行站位置。

由于一次定位只能得到一条频差线，因此利用该方法时，需要进行两次定位，测量出两条频差线，两线相交则得干扰上行站位置。两次定位需要间隔较长时间，间隔时间越长，两条频差线夹角越大，定位结果越准确。最后综合两次定位结果的频差值进行计算得到上行站位置。

3.4 扫频信号干扰上行站定位

扫频信号如图3所示。这种类型的信号占用带宽较宽，信号扫描速度较快且出现时间较短，因此在定位时，应尽量选择较大的采集带宽，以及延长采集时间，使系统尽可能多地采集到信号信息。此外，由于扫频信号频点变化快且出现时间较短，采用三星定位方式则可以明显节省定位所需时间，提高定位精度。

3.5 同频信号干扰上行站定位

同频干扰信号如图4所示。在业务载波正常发射情况下，业务载波和干扰载波被同时采集，导致出现两个定位结果，此时若业务载波位置已知，则可通过排除法得到干扰上行站位置。然而当业务载波功率较大时，会使得系统采集到的干扰信号分量微弱，无法得到干扰信号上行站结果。这种情况下，可利用定位系统的“同频对消”功能，生成一个与业务载波中心频点、带宽均相同的调制载波，将业务载波“抵消”，使干扰信号完全“暴露”出来。

若某同频干扰信号为调制波信号，则可采用双星TDOA/FDOA以及三星TDOA/TDOA方法，参考常规调制干扰信号定位方法进行定位；若干扰信号为单载波信号，则采用双星FDOA/FDOA方式进行定位。

3.6 杂散波干扰上行站定位

杂散波干扰如图5所示。杂散信号频点、带宽等参数不稳定，但其经卫星转发器转发且由地面站接收后，存在时间差以及频率差信息，仍可以使用常规调制干扰信号的定位方法，即双星TDOA/FDOA以及三星TDOA/TDOA方法。

由于干扰信号的频点、带宽等参数不固定，且经卫星转发器转发后有较大的频率偏移，因此定位时需提高采集带宽及采集时长，选用耗时较少的三星TDOA/TDOA方法进行定位，这样可以有效避免因频率差引入的较大误差，提高定位结果精度。

4 结束语

本文对GEO卫星通信系统中常见的干扰信号类型及定位方法进行了简单分析，在实际定位工作中，要灵活选择邻星、参考站及定位方法等。此外，卫星通信技术的发展会促生出更复杂的干扰信号，因而针对卫星干扰信号的监测和定位方法还需要进一步的研究。

[1] 闫肃，刘海洋．卫星频段常见干扰类型及其监测、查找方法[J]．中国无线电管理，2010(11):52-55

[2] 刘武兵．卫星特殊干扰信号监测方法的研究[J]．中国无线电管理，2007(1):44-47

[3] 叶尚福，孙正波，夏畅雄．卫星干扰源双星定位技术及工程应用[M]．北京：国防工业出版社，2013:11～37

[4] 楚恒林，李献球．卫星网络干扰信号的监测与定位技术[J]．无线电通信技术，2010(3):48-50

[5] 程丽娜．基于三星定位的TDOA参数估计方法的研究[D]．北京交通大学，2008

CCBN2017新闻发布会在京举行

2月23日下午，CCBN2017组委会在北京举行发布会通报了展览会的筹备情况。在本次发布会上，国家新闻出版广电总局科技司副司长孙苏川介绍了总局推进科技创新工作的情况，国家新闻出版广电总局广播科学研究院院长邹峰释义了CCBN2017展会主题，国家新闻出版广电总局广播科学研究院副院长杜国柱点出了CCBN2017展会亮点。

第二十五届中国国际广播电视信息网络展览会（CCBN2017）将于2017年3月23日-25日，在北京中国国际展览中心隆重举行。CCBN2017以“视界融合，智享未来”为主题，深入阐释广电媒体深度融合发展的全新内涵，着重展现广电科技全媒体聚合、泛在化网络、智能化传播的最新进展，致力于加快推进广电行业全面战略转型。本届展会的精彩亮点主要聚焦在以下几个方面：一是融汇新资源，搭建共享新平台；二是荟萃新科技，融合视界新发展；三是探讨新理念，打造产业新生态；四是推动新合作，拓展国际新空间；五是诠释新内涵，体验服务新品质；六是整合新渠道，传播展会新精彩。

CCBN2017的举办恰逢十三五发展规划实施承上启下的关键之年。中国广播影视将迎来一个机遇与挑战并存，希望与困难同在的新阶段。CCBN将继续秉承“融合、创新、服务”的发展理念，以融合发展为引领、以科技创新为导向、以品质服务为核心，推动中国广电深入融合一体化发展，推动全行业生态创新和战略转型。 “视界融合，智享未来”，让我们共同期待和见证CCBN2017的精彩！

Analysis of the Common Interference Signal Types and Location Method of GEO Satellite Communication Systems

Pang Jing, Wei Zehua, Wu Yingbing
(State Radio Monitoring Center, Beijing, 100037)

This paper introduces the common types of interference signals in GEO satellite communication systems and the current methods of geolocation, then give the reasonable location methods according to different types of interference signals.

GEO Satellite Communication Systems; Interference Signals; Location Method

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.03.015

TN927+.2文献标示码：A

1672-7274（2017）03-0054-05

庞 京，女，硕士研究生，现任职于国家无线电监测中心北京监测站，助理工程师，主要从事卫星信号定位方面工作。

魏泽华，男，硕士研究生，现任职于国家无线电监测中心北京监测站，助理工程师，主要从事卫星信号监测分析方面工作。

武迎兵，男，硕士研究生，现任职于国家无线电监测中心北京监测站，助理工程师，主要从事超短波信号监测及定位方面工作。