对卫星通信系统中的干扰识别技术分析

赵宪章，李永安，马晓远

（河北东森电子科技有限公司，河北 石家庄 050200）

1 背景

随着计算机技术的发展，人类正逐步从工业时代向信息时代过渡，信息的传递对于现代社会的发展有着举足轻重的作用，谁在信息传递上领先，谁就处于发展的有利地位。因此，当前各式各样的通信工具和通信手段成为了各国研发机构的重点领域。目前的信息传递手段以无线卫星通信为主，所以无线通信的安全性显得尤为重要，特别是在信息化战场中，复杂的信息化战场环境下，敌方的电子干扰装备和手段频出，无线通信的安全性成为了战争胜利的关键所在。作为一种重要的通信手段，卫星通信在现代战争环境中有着至关重要的地位和作用，是战场指挥与控制的重要桥梁。

随着通信技术的不断发展，卫星通信系统中的干扰识别技术也会不断提升，未来的卫星通信系统将会面临日益复杂的电磁干扰环境。因此，为了保证我方在卫星通信领域取得优势，必然要对干扰识别技术进行更深入的研究。

2 卫星通信系统整体方案介绍

卫星通信是地面利用太空人造通信卫星作为中继站而进行的无线电通信，可实现数据、语音等的传播。卫星通信系统由人造通信卫星、卫星地球站以及用户终端组成，实质上是一种微波通信。其中，人造通信卫星的主要作用是转发各卫星地球站的信号；卫星地球站的作用是接收和发射用户终端的信号。

目前，卫星通信系统在我国国民的生产、工作、生活当中发挥着日益重要的作用，特别是对维护国家安全有着不可替代的作用。卫星通信系统主要有以下特色：

（1）覆盖面积大：卫星通信系统受自然环境和地理位置的影响小，在失去地面通信的情况下，特别是在地面通信无法到达的区域，在卫星通信的覆盖面积内均不受影响，且一颗卫星可以覆盖地球三分之一的面积，通信的距离与通信成本并没有直接关联，通信成本低。

（2）工作频带宽：卫星通信系统的可用频段为150MHz-30GHz。

（3）通信质量好：卫星通信中电磁波主要在大气层以外传播，电波传播非常稳定。虽然在大气层内的传播会受到天气的影响，但仍然是一种可靠性很高的通信系统。

（4）网络建设速度快、运营成本低：卫星通信除了建设地面站以外，无需进行其他地面施工，运营维护的成本较低。

（5）信号传输时延大：与地面通信不同，为了保证卫星通信的畅通，高轨道卫星的双向传输时延往往达到秒级，在进行语音传输时会有比较明显的延时。

（6）控制复杂：卫星通信技术作为一项高精尖技术，其控制要求相对较高，因为在卫星通信系统中，所有的链路都是无限链路，而且太空中的人造通信卫星是在不断移动的，因此控制系统较为复杂。

3 卫星通信系统中的干扰识别技术

随着卫星通信系统的广泛使用，卫星信号的传输面临着越来越复杂的电磁环境。为了更好地应对复杂的干扰环境，特别是在多变的战场环境下，保障我方卫星通信系统的正常使用，需要长期对存在的各式干扰信号进行采集、提取和分析，从而采取正确的应对措施。而且，识别技术越先进，更能够越快、越准确地作出应对，取得卫星通信的优势。

目前针对卫星通信系统的干扰信号自动调制识别的方法主要是两类：分别是决策论法和统计模式识别法。

而卫星通信系统中干扰信号的特征识别主要是指对干扰信号调制方式的识别，即调制识别，其作用主要是识别不同干扰信号的调制种类。目前已有大量的研究成果，识别方法包括：BP神经网络（应用最广泛的神经网络）、决策树（直观运用概率分析的一种图解法）、SVM（由模式识别中广义肖像算法发展而来的分类器）等。

4 卫星通信系统中的干扰信号分类

卫星通信系统的种种优势让其在当今社会得到了广泛应用，但是也正是由于这些优势，如通信覆盖面积广等，就很容易遭受各类电磁干扰。目前，卫星通信系统的干扰因素主要有以下几类：

（1）传输路径上的干扰。卫星通信信号在从人造通信卫星传输到卫星地球站时会遭受各种各样的外来因素干扰，包括电离层（含平流层）延迟干扰、对流层延迟干扰、多路径误差干扰等。电离层（含平流层）延迟干扰是指高度在60-1000千米间的大气层，在太阳紫外线、X射线、γ射线和高能粒子的作用下，该区域内的气体分子和原子将产生电离，形成自由电子和正离子，从而影响到卫星通信信号的传输；对流层延迟干扰是指在10-20千米的对流层，受地球天气影响较大，包括雨、云、雾等，都能对卫星通信信号产生一定的影响；多路径误差干扰是指在地面环境复杂的卫星地球站，某些物体所产生的信号与通信卫星所传输的信号进行重叠后共同由卫星地球站接收，影响了卫星通信的质量。

（2）同类系统间的干扰。在卫星通信信号传输的过程中，如果周边有同类通信系统，且传输频率类似，就可能会出现相互干扰的情况，比如地面通信系统、卫星电视等，但是这类干扰一般持续时间较短，也影响较小。

（3）人为电磁干扰。这类干扰信号主要出现在通信战场环境下，用于敌我双方对战场上通信信号的争夺。

以上是目前出现卫星通信干扰信号的主要成因，而这些出现的干扰信号又有以下几类典型：

（1）宽带噪声干扰信号和窄带噪声干扰信号。这是根据在通信全频范围内，干扰频带的占比来进行分类的，占比较大或全频段干扰的是宽带噪声干扰信号，占比较小的是窄带噪声干扰信号。

（2）单音干扰信号和多音干扰信号。指针对通信频带的单个或多个频点进行干扰的信号。

（3）脉冲干扰信号。大多是认为的电磁干扰，主要应用于敌我双方对战场上通信信号的争夺，通常会对通信质量产生巨大影响。

5 干扰识别技术研究现状

卫星通信系统中的干扰识别技术实质上也是一种模式识别，对卫星通信干扰信号的识别可分为以下三个步骤：

第一，首先针对通信系统传输的数据和信号进行提前处理，将内容从信号空间转移到观察空间；

第二，对通信系统传输的数据和信号进行特征选择，将其从观察空间转移到特征空间，并对这些信号的各类特征与参数进行选择与甄别，这一步骤是整个过程的关键与核心。

第三，通过前两个步骤的实施已经可以识别出干扰信号的各类数据。最后一个步骤的作用主要是针对已识别出的干扰信号，进行针对性的应对。如果是曾经遇到过的干扰信号，只需要根据以往的应对措施进行布置与安排，如果是未知信号，则需要对其进行数据录入与分析，得出最科学的应对措施。

目前虽然有很多通信专家都进行了此类技术的研究，但是考虑到卫星通信领域的特殊性与敏感性，事实上公开报道出来的卫星通信系统干扰识别技术还比较缺乏，大多数是针对特定环境或特定项目的干扰技术研究。

本文根据众多专家学者的研究成果，主要提出以下两类干扰识别技术：

（1）基于特征提取的干扰识别技术研究。目前，基于特征提取的干扰识别技术研究已有大量成果，其算法也是多种多样，比如：BP神经网络（应用最广泛的神经网络）、决策树（直观运用概率分析的一种图解法）、SVM（由模式识别中广义肖像算法发展而来的分类器）等等。

（2）基于卷积神经网络的干扰识别技术研究。卷积神经网络是一类包含卷积计算且具有深度结构的前馈神经网络，是深度学习的代表算法之一。卷积神经网络具有表征学习能力，能够按其阶层结构对输入信息进行平移不变分类，因此也被称为“平移不变人工神经网络”。

6 干扰识别技术的未来发展趋势

通过对当前卫星通信系统的发展现状及技术分析，未来的卫星通信干扰识别技术将有以下几个发展趋势：

（1）小型微型化。未来的卫星通信领域，特别是通信战场，在不具有大型专业化的抗干扰监测设备的情况下，特别需要小型微型化尤其是能够单人携带的手持检测设备，来应对突发情况的产生，保持卫星通信的通畅。

（2）高性能化。随着卫星通信和信号干扰技术的发展，未来一定会产生大量具有高破坏力的干扰信号发射设备，比如已经面世的电磁脉冲技术，而且这些技术和设备只会向更加便捷化、小型化发展，干扰的功率也会越来越高，因此需要高性能和的抗干扰技术与设备来与之对抗。

（3）复合化。未来的卫星通信系统干扰识别技术不仅仅是要实现对干扰信号的监测，更需要能够处理这些干扰信号的能力，包括提取、识别、破坏等，同时也要提高预防能力，可以实现全天候不间断地监。

7 结束语

卫星通信系统的干扰识别技术研究，能够实现对各类型干扰信号的甄别与应对，有效保障了卫星通信系统的正常运转，对于维护国家安全、保障民生有着重大的战略意义。