卫星通信抗干扰技术的发展及应用研究

（中电科卫星导航运营服务有限公司，河北 石家庄 050000）

0 引言

卫星通信系统的抗干扰技术主是要对信息、信息载体、传播方式等用特定的方法进行处理，以提高通信接收端的输出信干比，增强通信接收端区分有效信号的能力，降低解调后误码率，保证接收端接收到的信号正确性。

1 卫星通信系统的干扰类型

在卫星通信过程中，同频电磁波会对微波波段的通信产生干扰，实际工作中干扰手段、干扰方法有很多种，按照不同分类的方式也可以分成不同的类型[1]。卫星通信的链路包括三种，由地面到卫星平台的信道为上行链路，卫星到地面接收站的信道为下行链路，组网的卫星星座之间进行的星间协同通信为星间链路，本研究就根据卫星的通信链路将干扰源分为以下几种类型：

（1）上行信道干扰。上行信道的干扰主要来自于地面的自然干扰或人为干扰，其接收机位于卫星平台上，由于卫星通信本身是依存于宇宙环境工作的，因此宇宙范围内的各种自然现象都会影响到正常的信号传输，比如星球碰撞、太阳周期性运动、太阳黑子活动等，且自然因素的干扰是客观存在的、不可避免的，解决之道就是不断提高抗干扰技术的性能。人为干扰主要是利用岸基固定干扰源、移动式干扰机、空载平台干扰源等对卫星通信数据进行干扰，目的是为了窃取信号达到一些不法目标，也有一些不法分子利用特定的技术手段对信号进行改路，大大影响了卫星通信传输的安全性与稳定性[2]。此外，人们大日常生活中会应用到大量的电磁设备，这些设备会发出大量的电磁信号，也会对卫星通信产生较强的电磁干扰。

（2）下行信道干扰。下行信道包括岸基、船基、机载、车载等位于地面的接收端，只要卫星与接收机平台之间存在干扰源，就会干扰到卫星信号的正常传输。通常来说相比于卫星平台，干扰源信号增益大、损耗低，具有极强的干扰能力，不过由于微波波段只能在视距范围内传播，距离会对干扰范围产生很大限制，通常不会超过100km，因此不会产生大面积的影响，针对性更强。

（3）卫星通信星间信道干扰。现在的卫星通信系统都是以多颗卫星在空间内组网运行，以实现通信卫星在全球范围内的通信能力，于是空间内各卫星通过微波、毫米波实现卫星间发射指令、信息中继等信息交互，由于多数卫星的工作频率都相同，因此星间的收发信道会互相收到干扰[3]。

2 卫星通信抗干扰技术分析

目前卫星通信系统中常用的抗干扰技术主要包括以下几种：

2.1 扩展频谱技术

扩展频谱技术是将与信号无关的编码序列进行频谱拓展，使其带宽远远超出所需最小范围。目前扩展频谱技术是应用最广泛的抗干扰技术，按照不同的扩频方式可以将扩展频谱技术分为三种，即直接序列扩频、跳频、混合扩频等[4]。其中直接序列扩频技术是在信号发送端用较大速率的伪随机码序列直接扩展信号的频谱，降低单位频带内的功率谱密度，将信号淹没在噪声里；信号接收端再用与发送端相同的伪随机码解扩频，可在恢复信号的同时抑制干扰能量，从而提高信号的噪声比，达到门限值。在该技术中伪随机序列长度越长，信号顽存能力就越强，如果干扰源较弱，信道质量好，可以减少扩频比以提高信息速率，反之如果干扰源较强则可增加扩频比，以提高系统的抗干扰能力，因此直接序列扩频技术体现出频谱隐蔽性好、信号不易被干扰的优势。按照预设好的跳频图案使信号随机在多个载波频率间跳变即为跳频技术，该模式下载波频率不断进行动态切换，在突发传输送态下工作可以大大提高卫星通信系统的抗干扰能力，跳频技术适用于扩频带宽较宽的情况[5]。目前工程实践中智能跳频技术的应用非常广泛，因此加强跳频技术的研究具有重要意义，通过研究跳频速率可以改善卫星信号的抗干扰性能，通过研究跳频带宽范围可以改善卫星通信系统的抗干扰处理增益，如果干扰因素影响到跳频系统中某个频率，可以应用智能跳频技术将被跟踪的频率识别出来，并改变跳频频率，因此智能跳频技术的抗干扰性能十分优越。

混合扩频技术是指直接序列扩频技术与跳频技术的结合，融合了两种扩频方式的优点，增加了信道频率变换的功能，因此混合扩频技术具有更高的抗干扰性能[6]。直扩通信中扩频频谱中心频率一直按照预定的跳频图案在相对扩频带宽内快速抖动，虽然混合扩频技术不像直接序列扩频通信那样具备额外的抗干扰能力，但是却具备较佳的抗截获能力及抗干扰能力。不过混合扩频技术对系统硬件及软件设计要求都非常高，因为混合扩频技术对接收端载波捕获及定时同步的要求较高，如果系统硬件或软件性能不佳，则无法捕获快速跳变的载波信号，正是由于这一问题，目前实际工程中还未应用混合扩频技术。

2.2 天线抗干扰技术

天线抗干扰技术是指通过波束成形及灵活覆盖技术提高天线接收信号的能力，天线抗干扰技术包括智能调零天线及多波束天线等。在邻星干扰、同频干扰、宽带干扰及窄带干扰等场景中，由于干扰信号与正常信号振幅不同、频率与空间方位不同，利用正常信号与干扰信号的这些差异，智能调零天线对各单位阵列进行加权处理，通过改变开线方向图的方法调整卫星信号的起始位置，天线面向干扰信号方向降低旁瓣波束，可以实现抗干扰的目的，为干扰信号源制造深度调零，降低旁瓣信号，最终达到抑制干扰、提高卫星信号系统的抗干扰能力，整个过程实现了智能化控制[7]。

多波束天线主要有三种类型，即防范设施多波束天线、透射式多波束天线、直接辐射相控阵多波束天线等，其技术原理是在实际应用场景中根据频谱特性把波束自动转换成正常卫星信号的频率需求范围，实际运行过程中利用该技术检测出一个或多个卫星通道受到干扰后可以立即停用，保留卫星通道，将干扰因素对卫星通信系统的影响降至最低。

2.3 卫星载荷抗干扰技术

小幅度提高卫星载荷技术水平，可以使整个卫星通信系统的各项性能得到成倍提升，因此卫星载荷抗干扰技术的应用也十分普遍，是目前提高整个卫星系统抗干扰能力最直接、最有效的手段[8]。卫星载荷抗干扰技术不仅可以抑制干扰信号影响转发器的正常工作，而且可以防止信道堵塞。根据是否处理接收到的信号不同，卫星载荷转发器可以分为两种，即星上透明转发器与星上处理转发器，星上透明转发器抗干扰处理主要采用可置换智能包络的Smart AGC技术，该技术可以自动检查链路是否受到干扰信号的影响，并根据检查结果智能做出包络处理的决定，将Smart AGC技术应用于卫星转发器前端，可有效降低上行强干扰对转发器功放功率的掠夺，从而大幅提高卫星通信系统的抗干扰能力[9]。星上处理转发器的抗干扰性能要优于星上透明转发器，星上处理转发器可以识别上行干扰，并进行智能处理，以减少或者消除干扰信号的影响。

3 卫星通信抗干扰技术的发展趋势

一直以来业内专家对于卫星通信抗干扰技术的研究都十分重视，尤其是卫星通信系统受到一些不法分子的人为恶意干扰，这些人为干扰多采用堵塞式干扰及插播式干扰。针对这类干扰，国内专家与学者也开展的大量的研究，比如可以加强卫星信号的上行功率，卫星通信系统发射的信号强于干扰信号，即可抑制干扰信号的影响；或者针对卫星通信信号进行加密处理，非法用户就无法采用非法的手段接收信号，不过信号加密处理技术容易出现黑屏的问题。

4 结语

目前我国针对卫星通信系统的抗干扰设计多遵循“以天线为主、以转发器部件为辅、关注空间分隔”的原则，以减少抗干扰技术在某些方面的限制，提高抗干扰效果；还要针对卫星通信系统构建对应的监测中心，通过实时、智能的监测更加全面掌握卫星通信系统对应的频谱数据及信息，通过客观分析及时发现干扰问题，及时采取有效的抗干扰措施。除此以外，要提高卫星通信系统的支持业务种类及组网的灵活程度。加强智能天线的研究，比如天线反射面形状的研究、理想波束的设计研究、微带平面天线的研究、盲波束形成技术等，都是后续重点研究的课题。加强自适应扩频技术及混合扩频技术的研究，目前混合扩频技术还未应用于实际工程中，科研人员可以通过研究密码序列与混沌序列的设计原理，寻找传输性能更好、发射频率更高的跳扩频码；跟据卫星传输系统信号的特性，寻找最好的、最合适的信号抗干扰的方式，同时增强研究多数据率和多制式调制解调器的技术。