衛(wèi)星定位通信中的干擾及解決措施分析

宋 堅(jiān)

（福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 福州 350108）

1 衛(wèi)星定位通信系統(tǒng)概述

衛(wèi)星信號傳輸過程中，人造地球衛(wèi)星作為中繼站負(fù)責(zé)信號的連接和傳輸，完成建立在地面上的多個(gè)地面站之間的信號傳輸，如圖1所示?？臻g和地面是衛(wèi)星信號傳輸體系的主要傳播范圍。衛(wèi)星定位通信系統(tǒng)比普通的無線通信系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢，可以與地球上的任何地方進(jìn)行長距離通信。但是，在實(shí)際的工作過程中，衛(wèi)星通信信號易受多種因素的影響，降低了通信傳輸質(zhì)量，因此衛(wèi)星通信發(fā)展有必要加強(qiáng)通信信號傳輸?shù)目垢蓴_能力，提高通信質(zhì)量，保證信號的傳輸安全[1]。

2 衛(wèi)星定位通信系統(tǒng)中遭受的干擾類型

2.1 地面與近地空間干擾

圖1 衛(wèi)星信號傳輸過程

隨著人類科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，地球上存在大量的微波無線電信號，如雷達(dá)、廣播以及電視信號等。它們都是衛(wèi)星定位通信系統(tǒng)中的干擾源，會(huì)造成衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)干擾，使衛(wèi)星無法準(zhǔn)確和清晰地傳輸數(shù)據(jù)或信息。針對此類干擾，主要的處理措施是選擇正確的位置。例如，在建造衛(wèi)星地球站時(shí)，位置選擇要符合環(huán)境電磁場接收信息和數(shù)據(jù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)衛(wèi)星地球站的建設(shè)位置環(huán)境需達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。但在持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)條件下，居民生活與工作的范圍不斷擴(kuò)大，會(huì)導(dǎo)致某些符合電磁環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的衛(wèi)星地球站建設(shè)范圍內(nèi)的電磁信號干擾問題越來越嚴(yán)重。因此，衛(wèi)星地球站科學(xué)合理選擇位置時(shí)，需要考慮社會(huì)不斷進(jìn)步過程中電磁環(huán)境的發(fā)展規(guī)劃。隨著不同國家發(fā)射的衛(wèi)星數(shù)量的持續(xù)增加，地球同步軌道上衛(wèi)星之間的距離越來越小，導(dǎo)致了相鄰衛(wèi)星之間的通信干擾。一些衛(wèi)星使用孔徑相對較小的天線，可能會(huì)出現(xiàn)較高的上行電平并破壞衛(wèi)星通信系統(tǒng)的上行電路。如果相鄰衛(wèi)星覆蓋的區(qū)域存在高度重疊，則衛(wèi)星地球站會(huì)接收到來自相鄰衛(wèi)星的信號，從而干擾衛(wèi)星通信系統(tǒng)的下行傳輸。

2.2 自然因素干擾

衛(wèi)星定位通信系統(tǒng)易遭受的自然干擾主要包括雨雪衰、太陽運(yùn)動(dòng)（日凌）、電離閃爍以及衛(wèi)星蝕等，如圖2所示。雨雪衰是指在通信電波傳輸過程中與雨雪相遇，而雨雪對無線電波具有一定的吸收和散射作用，導(dǎo)致無線電波能量信號衰減。每年的3月21日和9月23日前后，當(dāng)衛(wèi)星運(yùn)行在太陽和地球之間時(shí)，地球站天線會(huì)同時(shí)面向衛(wèi)星和太陽，此時(shí)太陽產(chǎn)生的輻射噪聲會(huì)影響衛(wèi)星通信信號的有效接收，被叫做日凌。電離閃爍是指當(dāng)無線電透過不均勻的電離層時(shí)，信號的幅度和相位會(huì)受到很大的影響，并且發(fā)生不規(guī)則的變化，導(dǎo)致電離層閃爍。衛(wèi)星蝕大部分發(fā)生在春季和秋季。在此期間，衛(wèi)星位于地球與太陽之間的直線端，這時(shí)衛(wèi)星進(jìn)入地球的陰影區(qū)無法獲得太陽能，只能用電池為衛(wèi)星提供動(dòng)力。上述這些情況不可避免，但是可以采取一些方法來最小化其對衛(wèi)星定位通信的影響[2]。

圖2 衛(wèi)星信號受干擾的因素

2.3 人為因素干擾

有些不法分子會(huì)為了個(gè)人利益而干擾衛(wèi)星通信系統(tǒng)，并竊取衛(wèi)星通信系統(tǒng)的傳輸頻率和功率資源。不法分子不僅能夠使用衛(wèi)星地球站的上行天線獲取靜止衛(wèi)星發(fā)射的經(jīng)過處理的射頻信號，竊取靜止衛(wèi)星的傳輸頻率和資源傳輸自己的違規(guī)信號，還可以將未處理的超功率信號發(fā)送到選定的對地靜止衛(wèi)星，從而干擾靜止衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的正常工作，使之無法使用正常頻率發(fā)送信號。不法分子還可能會(huì)將經(jīng)過處理的超高功率射頻信號傳輸?shù)竭x定的對地靜止衛(wèi)星，從而使衛(wèi)星能夠傳輸未經(jīng)審核的信息，還可以對信息進(jìn)行加密并允許地面用戶解密加密的代碼，以接收其非法傳輸?shù)男畔ⅰＡ硗猓环ǚ肿油ㄟ^大功率信號發(fā)射器發(fā)射大功率信號，干擾衛(wèi)星的正常下行信號，使衛(wèi)星地球站無法清晰和準(zhǔn)確接收衛(wèi)星的下行信號，影響衛(wèi)星定位通信系統(tǒng)的正常工作。

2.4 互調(diào)干擾

互調(diào)干擾通常發(fā)生在衛(wèi)星多載波工作條件下。當(dāng)出現(xiàn)互調(diào)干擾因素時(shí)，需要了解發(fā)射功率和超標(biāo)的問題，同時(shí)需要考慮衛(wèi)星轉(zhuǎn)換器和本地空間交換的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)換器從線性工作區(qū)域轉(zhuǎn)換為非線性工作區(qū)域時(shí)，衛(wèi)星通信的互調(diào)特性會(huì)發(fā)生變化。因此，在判斷衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的訪問測試方法時(shí)，需要確保三階互調(diào)抑制比滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 針對衛(wèi)星定位通信系統(tǒng)干擾問題的解決措施

3.1 處理干擾源

從目前的技術(shù)水平來看，人們很難避免自然現(xiàn)象引起的干擾效應(yīng)，只能采取一些措施來減少干擾。第一，針對地面電磁干擾的情況，可以在天線周圍放置金屬屏蔽層，以屏蔽電磁干擾源，然后在反射后解決干擾波。在鋪設(shè)金屬屏蔽層前，采用電磁檢測可以有效了解干擾波源的方向。屏蔽層的高度必須高于高頻頭，并且不能阻擋衛(wèi)星信號的傳輸路徑。第二，對于上行鏈路干擾，需要相關(guān)機(jī)構(gòu)來協(xié)調(diào)相鄰衛(wèi)星運(yùn)營商，以有效解決相鄰衛(wèi)星干擾的問題。第三，唯一解決衛(wèi)星設(shè)備故障造成的干擾影響問題的方法是切換備用設(shè)備或更換應(yīng)答器。第四，地面設(shè)備故障問題引起的信號影響，可以通過提高維修人員的專業(yè)技能，使其嚴(yán)格按照設(shè)備說明進(jìn)行操作，優(yōu)化設(shè)備工作點(diǎn)，以做好維護(hù)設(shè)備的日常工作。第五，對于下行站而言，可以提升接收GT值，留下足夠的冗余度以實(shí)現(xiàn)非衰減功能。此過程中還可以優(yōu)化衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的天線波束圖，通過合理設(shè)計(jì)衛(wèi)星接收系統(tǒng)來減少降雨或降雪的影響。第六，雨雪衰隨機(jī)性強(qiáng)且區(qū)域之間的差異較大，因此難以有效避免，只有通過衛(wèi)星信號傳輸路徑及其特性改善才能給予有效補(bǔ)償。其中，上行鏈路的雨雪衰損失可以通過上行鏈路站進(jìn)行補(bǔ)償，同時(shí)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器也可以適當(dāng)補(bǔ)償上行鏈路的雨雪衰損失。第七，接收天線的頻率越高，孔徑越大，3 dB波束就會(huì)越窄。此時(shí)，日凌會(huì)持續(xù)很短的時(shí)間，因此可以選擇增大天線的孔徑以強(qiáng)化地球站的靈敏度，減少日凌的干擾時(shí)間。對于經(jīng)度相對較高的衛(wèi)星，日凌的干擾時(shí)間會(huì)加快。根據(jù)地球站和衛(wèi)星的特定位置，能夠測算出日凌的干擾時(shí)間，并及時(shí)切換信號來降低干擾。

3.2 利用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)

通過使用高碼率信號序列，可極大擴(kuò)展衛(wèi)星發(fā)送的信號頻譜，從而使衛(wèi)星定位通信系統(tǒng)發(fā)送的信號能夠以低密度功率譜發(fā)送，有效減小了衛(wèi)星在通信地址頻帶中發(fā)送的功率。因?yàn)樾l(wèi)星通信系統(tǒng)的信號被傳輸過程中產(chǎn)生的信道噪聲掩蓋，所以很難搜索信號。衛(wèi)星地面站接收到這些擴(kuò)頻信號后會(huì)對超頻信號進(jìn)行解擴(kuò)，使其可以正常接收和使用。這種方法可以有效增加衛(wèi)星通信系統(tǒng)的隱蔽性，減少衛(wèi)星通信信號的干擾因素。

3.3 提高硬件設(shè)備的性能

為了保證衛(wèi)星定位通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行，有必要從相關(guān)設(shè)備硬件出發(fā)，提高硬件設(shè)備的技術(shù)含量，使衛(wèi)星通信系統(tǒng)可靠運(yùn)行，并快速和準(zhǔn)確地傳輸數(shù)據(jù)信號。設(shè)計(jì)衛(wèi)星時(shí)，可以適當(dāng)減小衛(wèi)星的固定天線接收范圍，并增加移動(dòng)單點(diǎn)信號接收天線和固定多點(diǎn)信號接收天線，以最大化衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器接收的頻率波動(dòng)范圍，從而保證不被干擾。衛(wèi)星地球站需要采用更高功率的信號發(fā)射器和發(fā)射天線，使之可以發(fā)射和接收高功率的上行鏈路衛(wèi)星通信信號，以避免受到高功率衛(wèi)星通信信號的干擾。同時(shí)，衛(wèi)星地球站要高強(qiáng)度加密所發(fā)送的衛(wèi)星信號，以防止敵對勢力截獲衛(wèi)星發(fā)送信號而導(dǎo)致信息損失[3]。

3.4 加大法制管控力度

加大法制管控力度，嚴(yán)厲打擊信號不法分子，升級衛(wèi)星信號，采取措施保護(hù)衛(wèi)星通信功能，嚴(yán)格監(jiān)督衛(wèi)星通信方式，及時(shí)查找并關(guān)閉非法信號源。

4 結(jié) 論

衛(wèi)星信號干擾的類型多種多樣且不可避免。為了提高衛(wèi)星通信的質(zhì)量和效率，相關(guān)人士需要不斷研究衛(wèi)星的抗干擾能力，采用最先進(jìn)的技術(shù)手段和維護(hù)措施，保障衛(wèi)星定位通信中的正常運(yùn)行。