卫星通信抗干扰技术综述

姚力



卫星通信抗干扰技术综述

姚力

南京莱斯信息技术股份有限公司，江苏 南京 210007

在地面环境特殊性的影响下，在地面网络内不能将安全机制直接用在卫星通信系统中，提升卫星通信系统的干扰性特征具有一定的意义。基于此，系统地分析与综述了卫星通信系统面临的各类干扰，并对当前应用的卫星通信抗干扰技术的原理、特征以及相关的研究现状进行了简单的论述，包含扩频技术、星上处理技术及天线抗干扰技术等。在此基础上，探讨了该项技术研究的发展方向以及今后需要进一步研究的相关内容，进而促进我国卫星通信抗干扰技术的提高。

卫星通信；抗干扰技术；通信技术

引言

卫星通信系统是具有较好的传输质量、覆盖面积广等特征，在一定的空间内具有一定的通信能力的星座，能够有效地与用户终端以及路面站进行合作，进而实现对气象的测绘、导航定位、全球化移动通信以及军事国防等多个类型的网络系统。因此，当今在卫星导航系统，在人们的生活中，已是一个重要的组成部分。

1 卫星通信系统抗干扰技术的概述

卫星针对各类复杂的干扰性，难以对全球卫星导航系统进行合理的应付。所以，我们首先应该了解所干扰的因素，分析有效的应对措施，运用抗干扰技术保障卫星系统的稳定运行。根据调查，近十年来，世界多个国家提出的综合性的卫星宽带业务的方案已经达到了80～100个，能够看出在新的社会发展趋势下，新型的卫星通信系统将趋向综合性业务化、通信趋向宽带化以及互联网国际一体化、移动数据终端多样化的趋势发展。因此，在这样的背景下，互联网通信系统面临着一定的挑战。由于受到空间地域通信环境的影响，当今已有的互联网技术难以适用于卫星通信系统。本次研究主要是对通信卫星的各类抗干扰技术进行综述。抗干扰是为了能够对干扰方的方向以及电磁能进行有效的控制，另外能够供给微波电磁频谱，提升空间信息系统的生存能力，因此运用反对抗的方式和手段[1]。它的主要目的是最大限度抵制非认证访问身份对系统信息的获取、传输、处理以及分配等能力的攻击，进而采取良好的防护措施，确保我方空间信息系统的安全性。总体来说，运用卫星能保障通信任务，具有强大的抗干扰性质，为此应针对抗干扰技术进行深刻的研究，从而提升抗干扰能力与抗摧毁性。

2 卫星通信系统所面对的干扰性问题

卫星通信系统包含较为脆弱的信道，容易受到干扰和欺骗。当前存在各类干扰方式与手段，包含上行、下行与星间信道三个部分。所以，该系统当前面对的干扰，也来自这三个方面。

2.1 上行信道干扰

针对上行道的干扰来说，卫星通信接收机是在地面的发射机与干扰机大气层中。电磁干扰卫星包括车载式、固定式以及航载移动式、机载式干扰卫星。在针对上行信道进行干扰的过程中，为了能够在通信发射机的输出位置，获取1∶1的干扰信号比率，并且干扰机能够有效地进行发射，将发射功率有效的控制，为此应远远大于通信干扰机。在通信的位置，可以运用扩频、调频的方式，与干扰信号相比能够获得几十个dB功率，卫星接收机可以降低干扰的效果[2]。

2.2 星间信道干扰

组网卫星通信中，为了能够达到环球目的，因此通信卫星间应存有一定的通信信道，在一般情况下是运用在毫米波与微米之间，并且其干扰在一般情况下会出现在通信接收与发送的途径中。抗干扰方式不仅具有扩频与调频性质，还具备非常强大的通信天线方向图，能够进行有效的选择[3]。

2.3 下行信道干扰

下行信道的干扰环境中，通信发射机是在卫星的上方。通信干扰机与通信接收机在接触地面的空气中。一般情况下电磁干扰源包含伞挂式、飞航式等干扰机[4]。对于卫星转发器来说，干扰源可在视距内的距离进行干扰。因此，在距离和功率上具有一定的优势。但是其在信号的发射和信号的覆盖面积上具有一定的劣势。除了以上干扰形式外，一般在无线通信系统中的干扰技术也可以应用在卫星通信对抗中，运用在通信系统中，也能将其运用在通信系统的干扰之中，能够将其干扰划分成许多种分类方式。例如，按照干扰的形式，能够分成搅扰式、压制式与欺骗式干扰；根据引导的方式，又可以分成连续搜索、重点搜索以及扩频跟踪干扰等[5]。各类通信干扰一方面具备物理上的共同性质；另一方面又存在着较大的差异性，并且能够对通信信号产生一定的影响，具有不同的形式。因为，为了能够更好地保障通信正常运行，不是依靠单一的或是几类处理方式，而是要全面系统地使用多类抗干扰的手段[6]。

3 卫星通信中应用的抗干扰技术

3.1 天线抗干扰技术

在卫星通信技术中运用的天线抗干扰技术，是一种极为常见的抗干扰方式，它包含智能天线、调零等。另外，自适应调零运行原理，使用星上大型并且具有多道波束接收天线，能够构成赋形天线，并且能够将其照射到某一空间。卫星检测到干扰信号时，将会自动关闭干扰方向的点波，为此能够实现抗干扰动机；智能天线抗干扰原理，可以运用到敌我双方的信号中，进行编码、幅度以及频谱等，或是针对空间方位特点的不同，运用信号处理器的作用，做出自适应的处理，对天线阵的方向图，进行自动控制与优化，可以让天线的增益作用，最大限度体现在我方的信号方向上，能够使波束覆盖范围随用户运动作相应变化，还可恰当对卫星天线波束形状进行选择，进而能够提高通信系统抗干扰性。例如，图1卫星通信系统可用于不同的空间、地域中，容易受到不同技术的干扰，可达成最初干扰的动机，进而充分体现出卫星通信系统的灵活性，另外也能促使卫星接收线最大限度接收我方信号。此外，能够有效控制敌方对我方的干扰。

图1 卫星通信抗干扰技术

3.2 星上处理技术

该项技术可以减小上行链路对于下行链路的干扰，与此同时制定出相应的措施，防止转发器出现饱和的现象。星上处理技术在一般情况下包括将信号再生进行调节、多波束交换、速率变换等[7]。为此能够将其充分运用到行波管的放大器上，当功率增大时能够将有效降低客户端的天线尺寸，另外上行功率不需要很大，就能够满足相应的需求，也能降低对地面站的设备需求。

3.3 扩频技术

扩频技术这一抗干扰技术，已成为当今卫星通信中的一项通用技术。它属于一种新型的传输方式，它应用与它自身无关系的序列码以及扩展频谱，进而在提升使用大宽带传输时，可在最小宽带中传输；接收终端的位置运用同样的序列码，可以对它一同进行接扩，能使通信信号恢复到原始状态[8]。其优点是具有很好的安全保密性，不会对其他的电信设备产生干扰，而且它的抗干扰性、抗噪声性，也非常强大，无须担心衰落的问题，其频率还能够重复使用。根据不同的频谱扩展方法，可以分为直接序列扩频和跳变频率方法。另外，前者可以直接应用于具有高概率扩频的序列。如图2信号频谱可以在发送端扩展，并且相同的扩频码序列用于在接收端位置解扩，但是在接收端，后者是根据一开始建立的规则接收和发送双方传输信号的载波频率，以制定合理的离散变化通信模式，并使用载频进行通信，能够随机更改控制编码以及将要出现跳转的情况。从完成模式的角度来看，它是一种使用代码序列来完成多频移位键的通信模式。因为卫星工作的频带较宽，为了能够在不同的转发器间正常工作，在一般的情况下需要在地面设备覆盖超过500 Hz的宽带。想要在这样宽的频带当中，完成快速、精细的跳频，可以说存在着极大的难度。

图2 扩频技术

3.4 限幅技术

该技术是当今普遍应用的一种干扰技术，其主要目的是为了能够防止转发器中的功率放大器出现问题。受到上行干扰的推动，使其处于边缘或者饱和的状态。最佳的限幅器，应具有一定特质的限幅性，当高功率信号输入时，信号递减度会逐渐升高，也就是较高的隔离度；而在低的时候仅仅有一种非常小的插入损耗。当前，发展最快的碳化硅第3代宽带隙半导体材料，是非常具有使用前景的微波功率器件材料，它的击穿电场强度、热导率性能及电子饱和漂移速度等，分别是硅的8倍、3倍和2倍。在对幅值进行限制的额过程中，由于具有一定的非线性的效果，会使较强的信号抵制较小的信号，因此信噪比会下降，它最大能够达到dB。与其相比，软线幅和硬线幅大约有4 dB的性能改良。

3.5 无线光通信技术

将无线光通信技术作为大气中的传输媒介，可有效传输成光信号，但是仅限接收与传输的过程中。在进行对点的传输过程中，每个终端都将配备接收机、光发射机，为此能够达到通信双工的效果[9]。除此之外，光发射的光源会受到电信号的控制和调节，将其作为天线的光学望远镜，通过大气信道对信号的传递，使信号反映在光学望远镜之上。在接收机中，望远镜收集到的信号，能够将其聚焦于光电检器之中，之后再将该信号转变成为电信号。该技术具有以下几种优势：频带宽、频率速度快，具有丰富的频谱资源，可以用于红外光的传输系统的工作频段上，一般会超过300 GHz。这一频段的使用在全球范围内，都不会受到管制；而且有着透明的协议、灵活便捷的架设、极强的安全保密性，从而与电波间，并不会存在干扰性的问题。除去美国之外，欧洲ESA、日本等发达国家，也在逐渐加深对无线光通信技术的研究。

3.6 自适应调制编码技术

该项技术具有信道自适应性质，可以运用到卫星当中，也能应用到无线信道通信传输技术，能够在估计信道的基础上，通过信道回传将信道所形成的信息，传送到发送的终端，可以将其根据不同的信噪比，调节方式和转变编码的自身适应能力，在信噪比较低时，应用较低的信息速率，为此能够使得整体的利用率，可以在固定的速率系统中获得较为显著的提升，进而让系统能够高效地进行可靠的传输，并起到总体性能实现最优的目的。

4 未来发展趋势

本文提到的卫星通信系统，能够适用于编码技术的调制，只能是在频域或是时域之内，针对不同类型的传输参数进行动态调整，为此能够更好地适用于信道变化。由于运用不同类型的发射天线，因此其所能够发射的信号会经历信号的衰落现象具有一定的差异性，实际上是为了能够将此类算法与多天线系统进行结合，从而提高卫星通信技术的精确度。随着科学技术的快速发展，目前新型的技术不断延伸于卫星技术中，并且结合多天线分集技术。无线光线技术具有一定的难点，一般表现在大气的粒子中，能够将光线散发与吸收，保障激光的安全性以及信号的传送效率与速度，但是信号质量和传输距离方面的矛盾，还依然存在。所以对这些问题的研究，已成为未来在卫星通信抗干扰技术方面，取得突破性进行进展的一个重要研究方向。

5 结论

综上所述，随着我国综合国力的不断增强，在卫星通信抗干扰技术方面的研究，也在逐渐深化。随着技术的进步和发展以及呈现出多网联合的趋势，卫星通信系统具有通信成本低、覆盖面广、不受空间地域的限制，能够应用的资源较为丰富，是建设全球化无缝隙互联网通信网络的重要构成部分，能够最大限度确保我方空间信息系统的安全。所以，本文对卫星通信抗干扰技术进行研究综述，便显得尤为重要。

[1]柴焱杰，孙继银，李琳琳，等. 卫星通信抗干扰技术综述[J]. 现代防御技术，2011，39（3）：113-117.

[2]关汉男，易平，俞敏杰，等. 卫星通信系统安全技术综述[J]. 电信科学，2013，29（7）：98-105.

[3]兰诗梅. 全球卫星导航系统中抗干扰技术综述[J]. 电脑与电信，2016（7）：12-14.

[4]李洪帆. 卫星通信干扰技术的研究概述[J]. 中国科技博览，2015（40）：310.

[5]董积平，闫忠文. 卫星通信系统中的电磁干扰及其抗干扰技术[C]//卫星通信技术研讨会论文集，2004.

[6]董积平. 卫星通信系统中的电磁干扰和抗干扰技术[J]. 安全与电磁兼容，2004（6）：17-18.

[7]丁舒羽，郭阳. 卫星通信抗干扰技术及其发展[J]. 信息通信，2015（4）：207-208.

[8]刘旭. 论卫星通信抗干扰技术[J]. 军民两用技术与产品，2017（4）：94.

[9]李鹏鸣. 卫星通信抗干扰技术研究[J]. 经济技术协作信息，2015（4）：207-208.

Summary of Anti-Jamming Technology for Satellite Communication

Yao Li

Nanjing LES Information Technology Co., Ltd., Jiangsu Nanjing 210007

Under the influence of the speciality of the ground environment, the safety mechanism cannot be directly used in the satellite communication system in the terrestrial network. It is of certain significance to enhance the interference characteristics of the satellite communication system. Based on this, the paper systematically analyzes and reviews various types of interference faced by satellite communication systems, and briefly discusses the principles, characteristics and related research status of the currently applied satellite communication anti-interference technology, including spread spectrum technology, on-board processing technology and antenna anti-interference technology. On this basis, the development direction of this technology research and related content that needs further research in the future are discussed, and then the anti-jamming technology of satellite communication in China is promoted.

satellite communication; anti-jamming technology; communication technology

TN927+.2

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