卫星扩频通信干扰消除技术的研究

赵妍婷 武伟 张冰

（河北东森电子科技有限公司 河北省石家庄市 050200）

在世界军事领域中的信息情报传输中，信息的安全性及可靠性受到越来越高的重视，而卫星通讯在通信领域中占据很多优势，因此被广泛应用在军事领域的通信传输过程中。现阶段全球各个国家在发展过程中都运用了卫星扩频通信系统，但这个系统极易受到干扰，这对战时信息致胜完造成极大的影响，如何有效避免敌方干扰，准确进行定量分析、评估干扰效果，是目前一直亟待解决的问题。

1 卫星扩频通信系统

在本文的研究过程中，选择的卫星扩频通信干扰消除技术以是商用卫星为背景，为了对干扰消除技术进行更加深入与全面的介绍，本文首先从基本理论着手对商用卫星扩频通信系统进行了分析，并对其业务信号特点进行了重点研究。

1.1 扩频通信系统

扩频通信系统的概念：美军在进行第二次世界大战期间首次提出了扩展频谱通信，这一战略的提出主要是为了在战争中获得隐秘的通信优势。扩频通信信号相对于原始的信号来说，具有更宽的带宽优势，其抗干扰性能以及抗噪声性都更加显著，同时还可以做到多址接入，使其通信过程的保密性更强，测距能力更优异。当前，在数字通信应用过程中，扩频通信技术已经具有成熟的技术优势，成为了核心技术内容，在军事、民用、商用等方面都得到了广泛运用。扩频通信系统不同于普通数字通信系统，扩频信号是通过特殊的调制，使其将所发送的信号频谱进行显著扩展，在系统的接收端还特别增加了相应的信息接收模块。在进行信息捕获时，扩频伪码自相关特性相对较强，需要对扩频伪码及扩频信号二者之间的峰值进行计算，从而捕获信号。

1.2 扩频通信系统的种类

扩频通信在不同的应用中，其工作方式也存在较大差异，如跳频扩频系统(FHSS)、直接序列扩频系统(DSSS)、线性调频扩频系统(Chirp)以及跳时扩频系统(THSS)等，此外还存在一些组合式的扩频方式，比如FHDSTH/DS 等。

1.2.1 DSSS

作为一种应用最为广泛的扩频系统，DSSS 是通过一个高速离散的扩频序列调制的低速率的数据序列，调制方式包括振幅键控、相移键控、和频移键控等，DSSS 是一种随机序列的扩频序列，相对于原数据的速率具有明显的速率优势，通过扩频调制之后的信号进行信号处理。DSSS 利用伪随机序列所具有的特性显著增加了系统的抗干扰能力与扩频信号捕获能力。

1.2.2 FHSS

FHSS 是基于已设置好的信号传播载波频率规律变化进行通信的一种方式，通过频域角度分析可以得出，受到扩频调制的伪随机序列影响，跳频信号的频率发生规律性的变化，受到同一个伪随机序列控制影响，系统接收端的接收机自身本振信息频率同样发展改变，由此实现与发送频率同步的目的。与DSSS 存在一定差异性，FHSS 的频率处于不断变化的过程中，从而对干扰进行规避，因此在军事通信系统中的应用更加广泛。

1.2.3 Chirp

Chirp 是指在已经给定的脉冲信号周期之中，载波频率线性出现减少或者增大，此类扩频系统不用伪码序列来对信息进行调制。

1.2.4 THSS

THSS 和FHSS 较为相似，其信号传输主要是基于时间轴进行跳变而产生的通信方式，通过细分时间轴，由伪随机序列决定THSS 传输信号的传输时间，跳频信号从时间域角度来看时有时无。同时，在系统的接收端，利用与发送端相同的伪随机序列来解扩处理传输信号。

1.2.5 混合系统

混合系统的产生主要为了打破单一系统带来的局限性，在实际运用过程中，为了确保不同环境下通信的正常，扩频通信系统中经常会出现几种扩频方式混合使用的情况。比如FH/TH 系统能够解决通信系统中存在的远近效应问题；FH/DS 混合系统能够使系统实现高增益。混合系统能够在一定程度上增强通信系统的性能，可在有限的硬件资源下解决复杂环境内有关的通信问题，但混合系统的应用需要较为复杂的技术支持，混合系统也会存在一定程度的稳定性。

直接序列扩频系统作为一种扩频通信系统，在卫通信领域应用最为广泛，在本次研究过程中，为了对卫星扩频通信系统的干扰消除技术进行有效分析，本文以序列扩频系统(DSSS)为例进行了深入分析。

1.3 扩频通信系统的特点

随着信息时代的到来，扩频通信系统的应用更加广泛，作为一种高技术的通信方式在民用、商用乃至军事领域中都得到了有效应用，与其它通信技术相比，其优势显而易见。

1.3.1 抗干扰能力强

扩频通信技术能够把信号拓展至更为宽大的频带，以此分离有用信息技干扰信号，显著降低干扰频率，提高抗干扰能力。

1.3.2 保密性强

扩频通信系统中的扩频信号的功率谱密度如果比较低的话，很容易遭受细微噪声的淹没，一定程度上保证了信号的隐秘性，扩频通信信号的获取需要经过信号的伪随机序列了解并基于相关计算公式进行严谨计算才能得到，因此，在保密性上，扩频通信系统具有较高优势。

1.3.3 能实现多址通信

在扩频通信技术中，多址通信是一项关键的因素，多址通信决定了移动通信系统中扩频通信技术的广泛应用，扩频信号在系统的发送端运用伪随机序列处理，之后系统的收端对所需要的信息进行解扩处理，信号的恢复是通过一样的伪随机序列来进行，由此实现信号接收。其中，如果不能使用相同的伪随机序列，通过不同的伪随机序列特性，还可以区分信号。

1.3.4 抗多径效应

多径效应主要是指传输由于山体以及建筑物等物体阻挡造成的电磁波散射、反射等现象，由此造成了信号达到接收端的时间出现差异，信号接收情况发生异常。但扩频通信技术不会出现上述问题，它能够在捕获信号之时，先分离出最强的信息，之后依据相干累加算法来将不同强度的信号剖离获得。

2 目前我国卫星扩频通信易遭受干扰的原因分析

卫星通信技术是运用卫星向地面进行信号发射，从而帮助地面的人们实现通讯联系，该项通信技术的备覆盖范围极广，通讯速度极快，且不会受到周围环境的限制。但卫星是在天上向地面发射通信信号，这极易受到多种因素的干扰，尤其是军用飞机、卫星设施的干扰。卫星扩频通信受到干扰的原因有多种，干扰信号的类别也存在相对应的区分，如压制性干扰、欺骗性干扰、瞄准式干扰、连续搜索干扰等。犹豫卫星自身转发器影响，但卫星的下行链路受到了某些因素的干扰之时，就算干扰信号具有良好的干扰距离、干扰功率，都能被地面上应用的抗干扰措施消除。但如果是卫星的上行链路受到某些因素的干扰，就较难消除这些干扰，这一直是人们亟待解决的卫星扩频通信干扰问题。因此，如何解决卫星通信上行链路受到干扰的问题需要做进一步调查。

3 卫星扩频通信抗干扰技术对策分析

因国外众多国家研发出许多源电子干扰技术，导致干扰源的干扰频率范围显著增大，同时研发出更多不同类型的干扰源，致使卫星扩频通信所受到的干扰越来越严重。目前，想要有效消除卫星扩频通信的干扰问题最有效的方式是对抗干扰技术进行不断的优化、创新，注意增强抗干扰的容限，以此有效解决干扰难题。

3.1 天线抗干扰技术

目前，我国卫星扩频通信抗干扰技术最常用到的方式为天线抗干扰技术，实践可知，我国目前应用的卫星扩频通信覆盖范围极广，这样极易遭受许多干扰源的干扰破坏。而天线抗干扰技术可以具体依据信号覆盖范围来开展抗干扰工作，灵活性强，让信号能最大限度的被接收。这样，就算某一个方向的信号被干扰了也不影响信号的接收。天线抗干扰技术中，包括即智能天线技术、多波束天线技术与自适应调零天线技术等内容，其中智能天线技术首先要在卫星的信号入口接上一种天线，运用这种具有特殊性的天线来防止信号被干扰，并可以对卫星的天线阵列信号进行优化，对天线阵列的方向实施控制，显著增强卫星的抗干扰能力。多波束天线技术能够对卫星的发射天线进行控制，调节天线方向，同时还能调节卫星天线的波束，提高卫星自身的抗干扰性能。自适应调零天线也能够优化及控制天线阵元，调整信号的干扰力为零，具备显著的抑制干扰性能。我们常用到的智能天线技术就是在自适应调零天线技术基础上不断深化而来的。

3.2 编码调制抗干扰技术

卫星实施通信时，其控制通信数据不可避免会出现一些差错，但是我们利用编码调制抗干扰技术能够解决这一难题，编码调制抗干扰技术中的前向纠错功能能免受干扰源发出的干扰信息，通过级联编码方式解决这一干扰难题。编码调制抗干扰技术可通过对卷积码进行译码，显著增加编码增益。且随着时代科学技术不断发展，数字化卫星扩频通信更加广泛的使用了级联码。编码调制技术可显著提高卫星通信技术的抗干扰容限。

3.3 扩展频谱抗干扰技术

在卫星扩频通信抗干扰技术，被学者认为是最为重要的技术是扩展频谱抗干扰技术，该技术中包含直接序列扩频技术与跳频扩频技术，其中直接序列扩频技术可以对信号进行解扩并形成了窄带信号，此后在利用解扩窄带干扰信号来形成有用的宽带信号，通过对窄带滤波器过滤信号时形成的能量来降低对信号的干扰程度，直接序列扩频技术具备极为成熟的理论，因此被广泛的应用在卫星扩频通信抗干扰系统中。跳频扩频技术可以切换对多种载波频率，以一种随机应变的方式来提高卫星扩频通信的抗干扰能力，且跳频扩频技术的带宽更为宽，比要直接序列扩频技术的实用性更高。

3.4 卫星处理抗干扰技术

在卫星扩频通信的抗干扰技术中，具有一种特殊的物质，透明转发器，其发挥着最为重要的作用，但也较为脆弱，但透明转发器受到干扰时不及时处理极易被摧毁。而卫星处理抗干扰技术则能够针对透明转发器的弊端进行处理，可将卫星的上行链路与下行链路实施去耦处理，将两者关联消除，确保透明转发器在受到干扰时仍旧可以推向饱和，避免其被摧毁。目前，卫星处理抗干扰技术被当做卫星扩频通信系统抗干扰技术一个极为关键、重要的发展方向，其将是卫星扩频通信抗干扰技术中最为关键的技术。

4 卫星扩频通信抗干扰技术的发展前景及优化策略

卫星扩频通信中的抗干扰技术能进一步提升卫星扩频通信的能力，使卫星扩频通信具有更加优异的稳定性，更加突出抗干扰性能，且也是全世界各国军事卫星扩频通信未来的重要目标。我国想要构建更为完善的健全的卫星扩频通信抗干扰体系，应当要给予本国国情基础上，灵活结合多种抗干扰技术，建立完善、可靠的抗干扰体系网络，以此构建全面的抗干扰技术体系。应当进一步优化智能天线抗干扰技术，创新研究波多束天线技术，使波束最为理想化。对于扩展频谱抗干扰技术的创新研究，可创新加入自适应扩频技术、混合扩频技术，显著提高对卫星扩频通信抗干扰的性能。增进对卫星扩频通信信道的建设，不断创新相关信号调制方式。总之，应当有效结合多种卫星扩频通信抗干扰技术，构建更加完善的卫星扩频通信抗干扰技术，促进卫星扩频通信能力的稳定发展。

5 结束语

卫星扩频通信系统的信号覆盖范围极广，信号传输质量高，部署速度快，组网方便，且不受通信距离、四周环境的限制，且在军事上具有极高的应用价值，是信息传输的重要通道。但卫星扩频通信在运行的时候会受到窄带信号、强宽带业务信号等的干扰，因此必须要综合分析对卫星扩频通信产生干扰的各种因素，创新卫星扩频通信抗干扰技术，优化抗干扰对策，最大限度保障卫星扩频通信信号的保密性、安全性。