GEO卫星受IGSO卫星干扰情况分析研究

杨 娟，鲁 煜，王 孟

（国家无线电监测中心乌鲁木齐监测站，新疆 乌鲁木齐 830054）

0 引言

近年来，伴随着空间技术的不断发展，卫星数量倍增，据初步统计，目前人类发射到空中的各种卫星和航天器已达3万余颗，截至2019年12月31日，仅在轨运行的GEO卫星达550多颗。不论是对地静止轨道卫星还是目前在世界范围内广泛兴起的大型低轨卫星星座，它们所运行的轨道资源都是有限的，卫星频率轨道资源供需矛盾日显突出已成为不争的事实[1]。同时卫星受到干扰问题也尤为突出，每年由于卫星受干扰投诉达数百起，如何有效避免干扰是无线电管理机构和卫星操作者面临的挑战。本文根据实际监测工作中遇到的IGSO卫星地面站上行信号干扰GEO卫星信号问题，结合监测到的干扰信号出现的时间变化规律，分析了IGSO的运行轨迹以及干扰信号出现的原理，提出避免干扰出现的建议。

1 倾斜地球同步轨道

倾斜地球同步轨道（Inclined GeoSynchronous Orbit, IGSO），又名GIO（Geosynchronous Inclined Orbit），高度与GEO相同，轨道高度约35 700 km，因倾角与地球赤道面存在夹角，其地面星下点轨迹不再是一个静止的点，而是呈“8”字形[2]。当前，世界上越来越多的国家和地区选择采用IGSO轨道类型的卫星实现区域性导航定位服务，我国北斗系统部分卫星就使用该轨道（见图1）。此外，日本、印度和韩国正在发展的区域卫星导航系统均采用了该轨道类型。例如，印度的NavIC（Navigation With Indian Constellation）已发射7颗卫星（其中3颗GEO、4颗IGSO），计划还将发射4颗IGSO卫星，形成4条“8”字形轨迹[3]。日本的准天顶系统（Quasi-Zenith Satellite System, QZSS）（见图2）有3颗倾斜同步轨道的卫星在日本上空工作，8小时轮换交替[4]。韩国政府在其第三次空间发展基本计划中决定于2018年2月规划自己的区域卫星导航系统，类似于NavIC系统和QZSS系统，由3颗GEO卫星和4颗椭圆IGSO卫星组成[5]。GEO的轨道倾角为0°，而IGSO的轨道倾角是大于0°的任何轨道，我国的北斗系统IGSO卫星的轨道倾角为55°，星下点轨迹为“8”字形轨迹[6]。如图3所示。

图1 北斗系统卫星轨道星座（图片来自网络）

图2 当前的QZSS星座[7]

图3 北斗某IGSO卫星星下点轨迹呈“8”字

2 干扰案例分析

2.1 干扰问题描述

2021年9月，处于静止轨道某颗卫星受到相邻轨位IGSO卫星地球站干扰，干扰信号出现时间段为凌晨1:50-3:00和中午13:50-15:00（北京时间），处于不同纬度的三个地面监测站（均在可视弧内）监测到干扰信号的出现时间和消失的时间不尽相同，处于纬度低的监测站在中午时段最早收到信号，信号消失时间最早，最高纬度的监测站最晚收到信号，信号消失时间最迟，凌晨时段相反。

2.2 干扰信号监测情况分析

根据干扰信号出现的时间规律，监测人员利用3.7米静止轨道卫星监测天线在某IGSO卫星过赤道前后半小时（每天两次，中午大约在13:15-14:15；凌晨在1:15-2:15）时段内对某GEO卫星的左旋、右旋圆极化下行信号进行监测，在预测时间内，某卫星C频段下行信号受到了某IGSO卫星C频段下行信号干扰，信噪比约10 dB，带宽约为10 MHz，未受干扰和受干扰卫星的频谱图分别如图4、图5和图6所示。

图4 干扰信号未出现时的信号频谱图（上午9:50-13:00）

图5 中午左旋圆极化方式下受干扰信号出现的频谱图（中午13:15-14:15）

图6 凌晨左旋圆极化受干扰信号出现时的频谱图（凌晨1:00-2:00）

2.3 干扰原理分析

根据干扰情况的描述，本文采用STK软件进行卫星运行干扰仿真，在软件上显示某GEO卫星（图7中a所示）和某IGSO卫星（图7中b所示）的轨道运行情况，通过仿真可见，当IGSO某卫星经过赤道轨道附近时，其地球站（图7中c所示）所发的上行信号（图7中d所示）被某GEO卫星接收并转发从而产生干扰信号。具体情况如图7所示。

图7 IGSO卫星地球站干扰附近某GEO卫星

由于两颗卫星的转发器本振频率不同，因此得到两个不同的下行频率。IGSO卫星过境赤道时对GSO卫星的干扰原理如图8所示，图中A、B、C分别表示IGSO卫星过赤道前后的时刻，随着某IGSO卫星离开赤道，受干扰信号逐渐消失。如图9所示。

图8 IGSO对GSO卫星的干扰原理

图9 受干扰信号消失（监测时间为15:50）

3 消除干扰方法

按照当前国际电联关于卫星频轨资源分配的主要原则，先向ITU申报卫星频轨资源的国家享有优先使用权，按申报时间的先后顺序确定优先地位，后申报的国家或者部门应采取一定的措施确保不能对先报国家的卫星产生干扰，若相关国家之间的卫星网络出现干扰问题，应按照国际规则开展国际频率协调。

近年来，由于卫星数量不断增加，邻星干扰问题时有发生，既有因邻星系统个别用户天线口径偏小、上行电平过大以及功率谱密度超限值而产生的上行干扰，也有如本文出现的这种由于受扰卫星和干扰卫星存在部分重叠覆盖区域，导致受扰地球站在接收正常信号时，它的旁辦会接收到邻星干扰信号的下行干扰。通常，按照国际协调规则，若某IGSO卫星发射时间晚于某GEO卫星，为了避免对该GEO卫星造成干扰，根据相关协调标准，可采取以下措施：一是当某IGSO卫星接近赤道时，可以采取关闭地面站发射设备或降低其发射功率的措施消除干扰；二是采用其他技术手段对星上接收设备进行信号滤波，滤掉不需要接收的信号。

4 结束语

我国的北斗全球导航卫星系统采用IGSO+MEO+GEO混合星座，目前印度、日本以及韩国均在建设服务于本国或者本地区的区域卫星导航系统，之所以均采用IGSO与GEO卫星相结合的星座，主要是因为IGSO卫星能够拥有GEO卫星覆盖范围广的优点，同时能够在其覆盖的高纬度区保持低仰角，在覆盖范围上，IGSO和GEO卫星就形成了很好的优势互补[8]。越来越多的IGSO卫星与相邻GEO卫星就不可避免地会出现干扰问题。本文以某IGSO卫星地球站干扰相邻GEO卫星为例，分析了IGSO和GEO卫星的轨位特点，结合对干扰信号的监测分析情况，得出干扰信号出现的特点，并最终提出了干扰规避措施，为以后面临同样问题的卫星操作者或者相关部门提供参考。■