衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)發(fā)展趨勢

朱紅新

中國民用航空新疆空中交通管理局 830016

衛(wèi)星通信系統(tǒng)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中起著重要的作用，加強(qiáng)對衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)的研究具有重要的意義。下面，我們將對衛(wèi)星通信系統(tǒng)可能存在的干擾種類、常用的干擾技術(shù)以及抗干擾技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)可能存在的干擾種類

衛(wèi)星通信系統(tǒng)可能存在的干擾種類主要有以下四種：一是衛(wèi)星通信系統(tǒng)之間的干擾。雖然是使用相同的頻段并且距離很近的不同的衛(wèi)星通信系統(tǒng)之間也可能產(chǎn)生干擾；二是地面無線電系統(tǒng)與衛(wèi)星通信系統(tǒng)之間的電磁干擾。這類干擾涉及的內(nèi)容較多，主要包括由雷達(dá)系統(tǒng)產(chǎn)生的信息干擾，由廣播電視系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾，與地面相同頻段的微波通信系統(tǒng)之間產(chǎn)生的干擾，還有來自工、科、醫(yī)等機(jī)械設(shè)備的干擾，或者是相同頻道工作的地球站由于質(zhì)量不符合規(guī)定產(chǎn)生的干擾，或是由于實(shí)際操作失誤而造成的干擾等；三是來自自然界的天電干擾。這種類型的干擾的內(nèi)容主要包括：太陽系的星體發(fā)生爆炸以及太陽黑子爆炸而產(chǎn)生的宇宙射線以及流星雨從而產(chǎn)生干擾，或者是電離層閃爍以及衛(wèi)星蝕等情況。以上幾種類型的干擾都屬于天文自然現(xiàn)象，是無法避免的。另外一種重要的干擾類型就是人為干擾。主要包括人們對衛(wèi)星通信上行信號以及下行信號的各種干擾，比如，頻率阻礙或者是盜用等情況。這幾種類型的信息干擾的特性存在較大的差距，對衛(wèi)星通信系統(tǒng)也產(chǎn)生了不同的影響。因此，為了有效地保證衛(wèi)星通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要全面地綜合地采取各種抗干擾措施，加強(qiáng)對干擾因素的對抗，從而有效地避免衛(wèi)星通信系統(tǒng)遭受干擾，主要從降低干擾壓制比以及提高干擾系統(tǒng)的容限兩個(gè)方面著手。

2 衛(wèi)星通信中常用的抗干擾技術(shù)

2.1 天線抗干擾技術(shù)

由于衛(wèi)星通信系統(tǒng)分布的范圍比較廣泛，并且涉及的空間地域比較大，因此，很容易受到干擾。而抗干擾的首要目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的、靈活的衛(wèi)星銅系系統(tǒng)的覆蓋，促使衛(wèi)星接收天線能夠在最大的限度上接收我方的衛(wèi)星信號，并且能夠“零化”敵方的干擾。衛(wèi)星通信系統(tǒng)中最常見的一種抗干擾技術(shù)就是天線抗干擾技術(shù)，天線抗干擾技術(shù)主要包括智能天線技術(shù)、自適應(yīng)調(diào)零技術(shù)以及相控陣天線技術(shù)等。自適應(yīng)調(diào)零技術(shù)工作的原理是：主要是利用一些大型的，并且具有多波束的衛(wèi)星接收天線，將一個(gè)賦形的衛(wèi)星天線照射到某個(gè)指定的區(qū)域，一旦衛(wèi)星信息系統(tǒng)檢測到干擾信息，就會自動(dòng)地將干擾方向的點(diǎn)波束關(guān)閉，最終實(shí)現(xiàn)抗干擾的目的，使用自適應(yīng)調(diào)零多波束天線能夠在一定程度上減輕干擾信號的電平。智能天線主要是根據(jù)無線信道環(huán)境的具體變化，自動(dòng)地調(diào)整天線圖的實(shí)際方向，從而保證天線性能保持在最佳狀態(tài)。使用智能天線，能夠同時(shí)抵御各個(gè)不同方向的干擾，甚至能夠?qū)⑿盘柋忍岣叩綆资蹲笥?。采用智能天線抗干擾時(shí)，主要是充分地利用敵方和自身的信號幅度、編碼、空間方位或者是頻譜的不同特點(diǎn)，通過信號對各陣元進(jìn)行自適應(yīng)處理，自動(dòng)調(diào)整和優(yōu)化天線陣的方向圖，有效地增加我方的天線信號，最終實(shí)現(xiàn)空間濾波的目的。智能天線主要是由天線陣列、自適應(yīng)信號處理以及信號通道三個(gè)部分組成。相控陣天線技術(shù)也是一種抗干擾的重要措施。相控陣天線技術(shù)在運(yùn)行時(shí)，是根據(jù)戰(zhàn)場形勢的具體變化，加強(qiáng)對衛(wèi)星發(fā)射天線指向的有效控制，最終促使波束的覆蓋面積隨著用戶運(yùn)動(dòng)的變化而變化，而且衛(wèi)星天線波束的形狀與衛(wèi)星通信系統(tǒng)的抗干擾能力有著直接的關(guān)系，因此，需要選擇具有高抗干擾能力的波束形狀。同時(shí)，我們還面臨一個(gè)重要的問題，就是如何在盡可能短的時(shí)間內(nèi)判斷出多個(gè)干擾方向然后自動(dòng)進(jìn)行調(diào)零。許多專家提出采用免疫遺傳算法的自適應(yīng)天線調(diào)零方法，在低SNR，快拍數(shù)少的條件下，對收斂速度、精度以及波束形狀上進(jìn)行改進(jìn)。

2.2 星上處理技術(shù)

星上處理技術(shù)主要是利用上、下行鏈路之間去耦，有效地減少或者是完全消除上行干擾對下行鏈路的干擾，同時(shí)，有助于避免轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)入飽和狀態(tài)。星上處理技術(shù)涉及的內(nèi)容比較廣，主要包括：星上信號解調(diào)再生、解跳／再跳、解擴(kuò)／再擴(kuò)、速率的轉(zhuǎn)換、多波束轉(zhuǎn)換、智能自動(dòng)增益的有效控制以及譯碼／編碼等內(nèi)容。

2.3 自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)

自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)具有明顯的通信自適應(yīng)特征，可以應(yīng)用在一些使用無線信道通信的傳輸技術(shù)上。在使用自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)時(shí)，首先需要對信道進(jìn)行估計(jì)，主要是通過回傳信道將信道的具體狀態(tài)信息傳輸?shù)桨l(fā)送端，然后根據(jù)不同的信噪比自適應(yīng)地調(diào)整編碼方式以及調(diào)制方式。如果信噪比過低，則需要使用比較低的信息速率；如果信噪比比較高時(shí)，則應(yīng)該采用比較高的信息速率，只有這樣，才能有效地提高信道利用率比固定速率的系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)信道傳輸?shù)目煽啃?。科學(xué)性，從而優(yōu)化信道的整體性能。自適應(yīng)編碼調(diào)制系統(tǒng)性能受到多種因素的影響，比如自適應(yīng)回路延時(shí)、鏈路狀態(tài)估計(jì)算法以及調(diào)制編碼方案的粒度等因素。相對于自適應(yīng)方案而言，自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)能夠有效地提高功率增益，為了更好地提高自適應(yīng)編碼調(diào)制系統(tǒng)的性能，需要盡量選擇一些具有較大功率并且具有更高頻利用率的編碼調(diào)制方案。

2.4 無線光通信技術(shù)

無線光通信技術(shù)是通過大氣這種傳輸媒介進(jìn)行光信號傳輸，如果信號收發(fā)的兩個(gè)端機(jī)之間存在無遮擋的視距路徑，并且具有足夠的光發(fā)射功率，則可以使用無線光通信技術(shù)。FSO屬于一種物理層的傳輸機(jī)械設(shè)備，可以在任何的傳輸協(xié)議上進(jìn)行疊加，并且可以對聲音、數(shù)據(jù)信息以及圖像等業(yè)務(wù)進(jìn)行透明傳輸。一個(gè)無線光通信系統(tǒng)都是由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)以及信道等三個(gè)基本部分組成的。在進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)傳輸時(shí)，每一端都需要設(shè)置相應(yīng)的光發(fā)射機(jī)以及光接收機(jī)，從而可以實(shí)現(xiàn)全雙工的通信的目的。光發(fā)射機(jī)的光源受到電信號調(diào)整的影響，主要可以利用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，利用大氣信道將光信號傳輸?shù)浇邮諜C(jī)望遠(yuǎn)鏡里；在光接收機(jī)里，可以通過望遠(yuǎn)鏡收集光信號，緊接著將光信號積聚在光點(diǎn)檢測器中，通過光檢測器將光信號轉(zhuǎn)化成電信號。FSO明顯具有速率高、頻譜資源豐富以及頻帶寬等顯著特征，F(xiàn)SO一般是利用紅外光線進(jìn)行傳輸，通信系統(tǒng)的工作頻端基本保持在300GHz以上，這種工作頻端是不受到限制的；FSO的相關(guān)協(xié)議實(shí)現(xiàn)透明化，具有較高的安全性和保密性，而且各個(gè)電波之間不存在干擾的情況；FSO的架設(shè)比較靈活多變，并且快捷，使用的成本相對比較低。目前，許多發(fā)達(dá)國家都在大力研究光通信技術(shù)，比如，美國，英國以及歐洲其他國家等。激光空間鏈路技術(shù)取得了較大的成就，并且逐漸向長波長、大容量、遠(yuǎn)距離、低功耗、小型化、一體化以及星間組網(wǎng)的方向發(fā)展。

2.5 限幅技術(shù)

限幅技術(shù)是目前使用范圍最廣泛的一種抗干擾技術(shù)，限幅技術(shù)能夠有效地避免轉(zhuǎn)發(fā)器中的功率放大器受到通信的上行干擾的影響進(jìn)入飽和狀態(tài)。對于理想中的限幅器而言，需要具備特定的限幅特性：在輸入高功率信號時(shí)能夠具備很高的信號衰減功能，在輸入低信號功率時(shí)，應(yīng)該只存在一個(gè)很小的插入損耗。通信限幅主要分為軟限幅以及硬限幅兩個(gè)方面。硬限幅轉(zhuǎn)發(fā)器主要是在非線性的狀態(tài)下開展工作，大信號壓縮小信號，如果發(fā)生連續(xù)波干擾時(shí)，此時(shí)的壓縮比是最嚴(yán)重的。PIN限幅器的主要功能是避免發(fā)生后面的靈敏接收機(jī)電路受到自身發(fā)射脈沖泄漏功率以及其他靠近的大功率微波信號損壞重要的器件的情況?，F(xiàn)階段，碳化硅第3代寬帶隙半導(dǎo)體材料是發(fā)展最為迅速，并且應(yīng)用前景最為廣泛的微波功率器件材料，碳化硅的擊穿電場強(qiáng)度比較高，大約是硅的8倍，其熱導(dǎo)性能大約是硅的3倍，電子飽和漂移速度是硅的兩倍左右，因此，碳化硅有助于提高相關(guān)器件的抗輻射功能。軟限幅轉(zhuǎn)發(fā)器的工作區(qū)域主要分布在在線性區(qū)以及限幅區(qū)兩個(gè)區(qū)域，其壓縮比與干信比、干擾類型以及限幅門限關(guān)系密切。在限幅的過程中，由于受到非線性的影響，會產(chǎn)生強(qiáng)信號，從而抑制小信號，促使信噪比不斷下降，最大時(shí)可以達(dá)到6dB，相比較而言，軟限幅較硬限幅有大約4dB的性能改善。

3 衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)的發(fā)展趨勢

衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)的研究是一項(xiàng)長期而艱巨的任務(wù)，在進(jìn)行衛(wèi)星通信技術(shù)研究的過程中，需要特別關(guān)注以下問題的研究：在加強(qiáng)新的衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，積極探索出更多的新的科學(xué)的通信體制，設(shè)計(jì)出一套預(yù)測能力強(qiáng)，并且具有最低限度保障的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。這種衛(wèi)星通信系統(tǒng)不僅需要具備信號處理技術(shù)，而且能夠在衛(wèi)星上綜合使用各種不同的抗干擾技術(shù)抵抗各種類型的干擾，同時(shí)，需要在組網(wǎng)能力和業(yè)務(wù)支持種類方面具備很高的靈活性。以下加強(qiáng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的研究主要可以在以下方面努力：一是加強(qiáng)智能天線技術(shù)的研究。智能天線技術(shù)主要包括天線反射面的形狀設(shè)計(jì)，將獲得理想波束作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，加強(qiáng)對微帶平面天線的深入研究，相控陣Mt3A技術(shù)以及盲波束形成技術(shù)的研究等；二是加強(qiáng)對混合擴(kuò)頻技術(shù)以及自適應(yīng)擴(kuò)頻技術(shù)的研究。比如，可以根據(jù)混沌序列以及密碼序列設(shè)計(jì)的相關(guān)原理，找尋性能較好的跳擴(kuò)頻碼；三是根據(jù)衛(wèi)星信道的特征，找尋最佳的信號調(diào)整方式，加強(qiáng)對多制式、多數(shù)據(jù)率的調(diào)制解調(diào)器的研究。

4 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)階段，衛(wèi)星通信系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)的種類比較豐富，比如，天線抗干擾技術(shù)、無線光通信技術(shù)、限幅技術(shù)等。加強(qiáng)對衛(wèi)星通信系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)的研究，提高其抗干擾的實(shí)際操作能力，最終促使衛(wèi)星通信系統(tǒng)在軍事活動(dòng)中發(fā)揮更加重要的作用。

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