卫星通信抗干扰技术研究

张华媛

（中电防务科技有限公司，南京 210007）

在当前通信工作中，卫星通信的应用十分普遍，充分发挥了中继站和地面站的作用，实现无线电信号的快速传输，满足了人们的高效化通信需求。相较于传统通信模式而言，卫星通信的优势显著，不仅能够有效拓展传输的距离和范围，而且有效扩充了传输容量，能够在多种业务模式下实现高效化传输，系统灵活性和可操作性更强。但是，通信环境是影响通信质量的主要因素，如果在通信中受到其他因素的干扰，则会导致接收机难以获得准确的信息，严重时会出现中断的情况，无法保障信息质量及安全。因此，需要在卫星通信中采取切实有效的抗干扰措施，创造良好的通信环境，为综合信息网的建设和发展奠定可靠基础。

1 卫星通信抗干扰概述

全球卫星导航系统在运行中对于卫星通信的质量要求越来越高，但是随着干扰源复杂性的提升，导致系统运行状态受到威胁，只有在了解干扰因素及其规律、特点的基础上，才能采取有效的应对措施，以改善卫星系统的运行条件，真正发挥其实用价值。卫星宽带业务方案逐渐增多，而且在全球化发展趋势下，呈现出一体化和综合化的特征，有助于提升卫星通信抗干扰工作的整体水平。但是，通信环境变化多样，因此给卫星通信抗干扰工作带来了新的挑战，除了要控制电磁能和干扰源方向外，还应该实现微波电磁频幅的有效供给，以确保空间信息系统的安全性及稳定性[1]。在系统运行中采用科学合理的抗干扰措施，可以有效降低非认证访问身份的攻击力度，满足信息传输、处理和获取等工作需求，防止造成严重的信息泄露、中断和丢失等问题。目前，主要是通过对接收机干信比、系统干扰容限度实施控制来降低系统干扰，要结合不同的干扰源类型及干扰方式选择恰当的抗干扰技术手段。

2 卫星通信干扰的主要类型

2.1 地面干扰

微波干扰是造成卫星通信质量下降的主要原因，包括了电磁干扰、杂波干扰和交叉极化干扰等类型，主要受到调频广播、雷达、系统设备性能、电噪声、参数设置和天馈线系统性能等因素的影响。在设置卫星天线的过程中，没有合理控制仰角大小，同时接收天线周围存在较多的微波干扰，这就会导致地面干扰的强度增大，无法达到预期信息传输要求。有效屏蔽接收天线，可以起到良好的预防作用，降低微波对天线运行状态的影响，当前防干扰装置的性能也得到优化，为抗干扰实践工作的实施提供了可靠保障[2]。此外，也应该做好设备性能改进，积极实施运维管理，降低地面干扰的威胁。

2.2 自然干扰

自然因素也会导致卫星通信受到不同程度的影响，比如在恶劣天气下会导致信号出现衰减的情况，包括了雨衰和雪衰等；电离层、日凌和太阳活动等，也会干扰卫星通信系统的正常运行，需要对各类自然因素的影响特点及规律实施评估，确保抗干扰措施的可行性。比如在降雨天气下，雨滴会造成电波的散射和吸收，因此出现严重的衰减现象，接收到的信号缺乏完整性。不同波段的电波受到降雨的影响程度也存在差异性，相较于C波段而言，Ku波段的波长十分接近雨滴的线度，因此受到的干扰也会相应增大。接收站在运行中会受到太阳辐射的影响，随着辐射能量的增大，导致信号受到严重干扰，无法快速识别重要信息，这是日凌对卫星通信的影响机理。

2.3 空间干扰

为了满足不同领域的通信需求，往往会设置数量较多的卫星，但是其彼此之间也会存在相互干扰的情况，这也会对卫星通信产生干扰。而且在同一个卫星当中，未能合理设置载波频率，会引发邻频干扰的现象，属于空间干扰中的常见类型[3]。此外，反极化干扰和交调干扰等，也会对卫星通信产生威胁。对于邻频干扰的处理往往需要控制功率，防止功率过大而导致干扰增大。

2.4 人为干扰

除了上述客观因素的干扰外，人为干扰也是卫星通信干扰的主要形式，用户转发器会受到不法分子的恶意攻击，小信号则会受到大信号的干扰，当前主要干扰形式分为地面干扰和星上干扰。通过对信号屏蔽器实施干扰，会导致地面信号接收的质量下降，在实践工作中往往需要做好微波控制。卫星转发器会受到地面干扰，导致频道信号中断，这是常见的星上干扰形式，也会威胁下行接收的质量效果[4]。

3 卫星通信抗干扰技术要点

3.1 天线抗干扰技术

由于卫星分布范围较广，因此受到来自多方面的干扰，在抗干扰工作中需要采用天线抗干扰技术，在保障扩大覆盖范围的同时，确保信号能够被天线及时接收，同时对干扰信号实施弱化和消除，这是改善卫星通信质量的关键途径。其中，自适应调零措施的应用较多，充分发挥了多波束天线的作用，能够及时关闭电波束，降低外部干扰，实现深度调零的目标。比如中数据率调零天线就是利用该原理实施抗干扰的典型代表，对于干扰的消除作用显著。在技术革新速度逐渐加快的当下，智能电线的应用也越来越多，方向图会参照环境状况发生不同程度的变化，因此可以保障天线的良好运行状态，而且对于干扰信号的抑制作用十分显著，智能天线也可以有效提升信干比。干扰信号和卫星通信信号的方位、编码和幅度等有所差异，因此能够满足加权处理的要求，实现方向图的自动化控制，达到信号增益的效果，空间滤波作用较好[5]。信号通道、天线阵列和自适应信号处理单元等，是智能天线中的主要组成部分，其中处理单元是保障天线自适应功能的关键，能够提高定位的速度，测频功能更加强大，提升了卫星通信的保密性，而且电磁兼容效果较好，因此可以满足各类设备的使用需求。此外，相控阵天线对于干扰问题的处理作用也十分优越，可以引入免疫遗传算法来优化调零功能。

3.2 星上处理技术

去耦处理可以改进上行链路和下行链路的运行状态，能够有效抑制干扰作用，也可以为转发器的运行创造良好条件，这是星上处理的基本原理。目前，星上处理技术类型较多，包括了译码/编码技术、信号解调再生技术、多波束交换技术、解扩/再扩技术和智能自动增益控制技术等。快速调频和TDMA可以应用于下行链路当中，全频带调频和FDMA可以应用于上行链路当中，有效提升功率的同时，可以控制天线大小，因此对于地面设备性能的要求下降，起到良好的抗干扰作用。

3.3 扩频技术

无关码序列的引入，能够对频谱实施扩展处理，宽带逐渐增宽，在信号接收和解扩的过程中运用同样的码序列，以得到想要的通信内容。该技术不仅能够降低外界设备的干扰，而且有助于降低衰落问题的影响，确保整个卫星通信过程的安全性，频率复用效果也更好。跳变频率和直接序列扩频等，是目前常用的扩频技术类型。采用跳频通信时，伪随机变化码会对载波频率产生影响，采用码序列达到多频频移键控的目的，在应用该技术时需要确保跳频控制器的良好性能，满足同步控制和自适应控制的要求。该扩频方式的保密性较强，但是对于地面设备的性能要求更高，宽度覆盖范围要超过500 MHz[6]。采用直接序列扩频的方式时，可以获得丰富的抗干扰经验，操作方式也较为简单，比如星上解扩技术和扩频多址技术等应用较多。随着干扰源强度的增大，会造成低SNR的情况，因此应该引入盲处理算法实施抑制。

3.4 限幅技术

在星上抗干扰领域中，限幅技术的应用也十分广泛，功率放大器是转发器的主要组成部分，运用该技术可以防止在上行干扰作用下出现饱和的情况，这是抗干扰的基本原理。在设置限幅器的过程中，需要确保高功率信号输入过程中，信号衰减相应提高，隔离度达到抗干扰工作的要求。同时，输入信号功率不大时，也应该对插入损耗实施控制。硬限幅技术和软限幅技术是目前限幅技术的2种基本形式。在采用软限幅技术时，需要确保在限幅区内和线性区内维持软限幅转发器的良好运行状态，干扰源的基本形式和干信比等，会对压缩比产生影响，而且也会受到限幅门限的影响。采用非线性的形式，小信号会受到强信号的干扰，信噪比降低，增益效果达到4 dB左右。在采用硬限幅技术时，采用了非线性的工作形式，会造成连续波干扰的情况[7]。微波信号和泄露功率等，会对接收机电路产生一定程度的威胁，因此可以设置PIN限幅器，碳化硅第三代宽带隙半导体材料在微波功率器件中的应用较多，击穿电场强度和热导率性能更强，而且有效提升了电子饱和漂移速度，因此抗干扰性能得到改善，在多种温度环境下可以保持良好的工作状态。

3.5 无线光通信技术

无线光通信技术即FSO技术，在传输光信号的过程中以大气为媒介，需要确保光发射功率达到要求，而且收发端之间避免出现遮挡物，可以有效提高卫星通信的质量。物理层传输设备的可靠性更强，满足了多种传输协议的使用需求，能够更快地传输图像、语音等。信道、发射机和接收机等，是无线光通信系统的主要组成部分，光接收机和发射机设置在每一端当中，提高了点对点传输的速率和质量，全双工通信效果更好。电信号对光源实施调制处理，在信道中完成信号传输并由接收机快速接收，再通过光电检测器完成信号形式的转换，从而达到抗干扰的作用。运用无线光通信技术不仅能够有效拓展频带、加快信号的传输速率，而且可以获得更多的频谱资源，工作频段更高，红外光传输的可靠性也明显增强[8]。采用了透明的传输协议，因此能够保障信号传输的安全性和保密性，电波干扰对无线光通信的影响作用明显下降，而且有助于降低整体成本投入。在实践工作当中，激光空间链路技术的融合应用逐渐增多，可以满足长距离传输和大容量传输的要求，降低了通信设备的整体体积，具有便携性和一体化的特点。

3.6 自适应调制编码技术

自适应调制编码技术即ACM技术，提高了无线信道传输的可靠性，自适应能力较强，以信道估计为核心，状态信息可以在回传信道的作用下被发送端接收，通过分析当前信噪比情况，对调制方式和编码方式进行优化，也成为当前卫星通信抗干扰中的常用技术手段。如果信噪比较高，那么信息速率也会相应提升，增强系统运行高效性和可靠性，对于整体性能的优化作用十分明显；如果信噪比较低，那么信息速率也会相应降低[9]。自适应调制编码技术的应用会受到多种因素的影响，除了链路状态估计算法外，自适应回路的延时情况和调制编码方案粒度等，也会对系统的运行状态产生影响。在传统运行模式下往往采用非自适应调制编码方式，功率增益效果欠佳，而该技术的应用则能够将功率增益提高20 dB左右。由于自适应调制编码技术的应用，频带利用率也随之上升，功能效能提高，在实践应用中需要对调制编码方案实施优化，以体现该技术的独特优势[10]。Turbo码自适应调制编码技术、自适应网格调制编码技术和自适应比特交织调制编码技术等，是当前实践中常用的几种技术措施。

4 卫星通信抗干扰技术的未来发展方向

在科学技术日新月异的当下，只有不断加快技术革新，才能增强国家在卫星通信领域的竞争力，这也是提高社会发展动力的关键途径。对于通信天线波瓣控制和微反射弧等领域的研究，是未来卫星通信发展的主要趋势，需要确保卫星天线开发利用率达到标准要求，避免出现资源浪费的情况。在智能化时代背景下，智能化抗干扰技术的发展也是主要方向，能够全面改善卫星通信的质量效果。在选择卫星抗干扰调制器时，应该做好性能的优化与改进，确保抗干扰能力适应目前的卫星通信环境特点。尤其是外部环境呈现出多变性和复杂性的特点，单一化的算法无法达到抗干扰的高标准要求，因此要在未来工作中注重抗干扰算法的优化，在保障通信质量的前提下加快传输速率。无线通信技术是未来卫星通信领域发展中的主要研究对象，要实现频谱资源的拓展，利用其宽带优势增强整体抗干扰性能[11]。信号调制方式也需要进行改进，确保调制解调器的数据率更高，制式选择更加多元，增强控制灵活性。以神经网络为核心的抗干扰技术也是未来研究的重点，充分发挥机器深度学习的作用，为文本翻译和自动跟踪等提供支持，防止卫星通信的质量受到威胁。在发挥神经网络的智能化控制作用的同时，还应该强化反馈功能和记忆功能，在偏差计算中根据精确性，有助于模型的进一步优化[12]。在数据信息采集中应该发挥干扰检测模块的作用，同时发挥LSTM深度学习神经网络的作用，实现不同类型信息的筛分处理和提取处理，为深度融合奠定基础。在深度学习中明确各类干扰特征，增强系统对各类干扰源的抑制作用。

5 结束语

卫星通信是目前一种常用的通信方式，确保良好的通信质量，是维持社会生产生活正常运转的关键。但是，由于卫星通信受到诸多干扰因素的威胁，包括了地面干扰、自然干扰、空间干扰和人为干扰等，因此会导致通信安全性和可靠性下降，无法满足实际使用需求。为此，应该在卫星通信发展中积极创新抗干扰技术，降低外界因素的负面影响。其中，天线抗干扰技术、星上处理技术、扩频技术、限幅技术、无线光通信技术和自适应调制编码技术等，可以起到良好的抗干扰作用，维持良好的通信状态。在未来发展中，也应该注重前沿技术的融合应用，提高抗干扰系统的智能化水平。