论文部分内容阅读
[摘 要]干扰监测是卫星通信系统建设中必不可少的一项内容，它可以有效改善卫星通信系统问题排查、提高卫星通信系统运行稳定性。本文简单介绍了卫星通信系统的构成，重点对卫星通信系统干扰监测的方法进行了探究，最后具体探讨了卫星通信系统干扰监测的关键技术，以期为相关技术人员提供参考。
[关键词]卫星通信系统；监测方法；关键技术
中图分类号：TN943.3；TN911.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0253-01
卫星通信具有通信距离远、覆盖面积大、不受地理条件限制、超视距通信能力，目前已被广泛应用在船舶、汽车、飞机以及军用设备中。与此同时，大量复杂的电磁干扰环境也在不断影响系统设备工作。在复杂电磁环境下，大量谐波信号及交调信号会侵入到卫星接收频段内，在部分范围内很容易超出系统干扰容限，严重时便会导致系统接收设备工作异常。提高卫星通信系统抗干扰性能成为目前卫星通信系统建设发展的重要内容。因此，加强有关卫星通信系统干扰监测技术的分析，对于改善系统工作质量具有重要的现实意义。
1 卫星链路
卫星通信系统一般由地面发射站、上行链路、卫星转发器、下行链路、地面接收站、跟踪遥控遥测系统以及监控管理系统等组成。干扰及卫星通信系统组成如图1所示。
图1 干扰及卫星通信系统组成
2 卫星通信系统干扰监测方法
依据卫星链路特征及干扰信号特点，在卫星干扰监测中可采用多种方法相结合的方式来改善系统干扰监测水平。具体方法如下。
1）AGC电平监测。地面测控站可以从测控系统的遥测解调数据中实时得到卫星转发器接收信号的AGC电平信号。不相关的AGC信号电平会随输入信号功率（有用信号、噪声和干扰3部分的功率和）的增加而上升，当输入信号功率达到正常接收门限值，而接收机不能正常锁定工作，说明接收机受到了异常干扰。相关的AGC信号电平随跟踪接收的有用信号功率的增加而上升，如果AGC信号电平较高，而误码率也很高，则可能是遭受到了同频干扰。应答机发生了错锁，跟踪的是干扰信号。
2）误码率监测。不同干扰的最终效果是影响信号的实际接收质量，所以利用误码率可有效、直接改善干扰大小及有无的判断效果。对于某一调制系统来说，设备自身出现的解调损失可实现进行测定，通常的信号噪声导致的接收信号信噪比恶化量也可以进行估计，因此利用实际接收信号的误码率便可分析计算系统的外部干扰。
误码率定义准确、便于测量、反应灵敏、定义的判断门限清晰明确，因此将误码率作为主要的监测参数是合适的。如果误码率很高就基本上表明信道受到了干扰，相反如果误码率不高也就基本排除了信道受干扰的可能性。
3）载波频谱监测。对于采用透明转发方式的卫星，如果干扰信号带宽落入转发器工作带宽之内，则地面接收到的信号必然携带有干扰信号成分。对转发器转发下来的信号进行频谱分析，也可以初步观察卫星受到干扰的情况。
对于窄带干扰，从接收频谱上看，可以较明显地看到干扰信号叠加在正常信号上。对于宽带干扰，从接收频谱上可以大致看到噪声基底增加。
4）载噪比监测。地面测控站可以从测控系统的遥测解调数据中实时得到卫星转发器接收信号的载噪比情况。如果载噪比较高，处于系统正常工作的门限范围内，而接收误码率很高，则可以初步推定有外来同频干扰信号。如果载噪比远远低于系统正常的接收载噪比值，则可以初步推定系统受到宽带噪声干扰。
5）螺流监测。地面测控站可以从测控系统的遥测解调数据中实时得到卫星转发器行波管的螺流值。在上行信号输入功率达到一定程度后卫星转发器的螺流值会达到饱和点。因此，进行螺流值的分析和处理，也可以初步判定系统受到的干扰。螺流处于安全区内，判定系统没有受到干扰，螺流超出安全工作区，可以判定系统受到干扰。
6）信号捕获监测。地面测控站可以从测控系统的遥测解调数据中实时得到卫星转发器的锁定状态，如果系统对信号的平均捕获时间变长、捕获时间方差变差，并且时常出现失锁现象，可以推断上行链路受到了干扰。
3 卫星通信系统干扰监测关键技术
1）干扰识别技术。在空间电磁环境中，并不是只有稳定的脉冲、宽带及窄带等类型，而是存在着各类复杂形势的干扰。①干扰识别的原理：为保证系统能够有效应对多变复杂的干扰，保证卫星通信系统在干扰条件中的工作稳定性，应依据对空间无线电信号的长期监测数据，利用干扰样本综合分析干扰信号特征，形成干扰数据库和干扰频谱模板，然后在识别干扰信号调制方式的过程中将实际干扰特征与数据库指标特征进行比较，以此提高干扰识别的效率及应对干扰反应的灵活性。②干扰信号自动调制识别通常采用统计模式识别和决策论两种方法，统计模式方法主要以模式识别作为理论基础，而决策论方法主要以假设检验作为理论基础。
2）干扰检测技术。作为干扰监测的基础工作，干扰检测是开展系统防干扰的重要依据。信号检测的方法主要有循环平稳特征检测法、匹配滤波器检测法与能量检测法，当前应用于干扰检测的方法主要有高阶统计量分析法、能量检测法、数字信号处理方法、循环平稳分析法、极化分析法及时频分析法等。
3）高质量数字接收机技术。接收机是干扰检测系统的关键，接收机的性能质量直接关系着卫星通信系统的整体质量。干扰监测系统需要接收现场导航各频段内的多种不同信号，且要估计分析信号空域、频域参数。通常地面接收到的卫星信号功率在-140dBm左右，而干扰比一般在-30～-120dB，相应的干扰功率一般在-110～-20dBm的范围内，这就要求干扰监测接收机具备两方面的性能：一是动态范围要大，以便能够对较大功率干扰信号进行监测；二是灵敏度较高，从而利于对较弱干扰信号实时有效监测。
在天线阵测向系统内部，各振源都与其信号通道一一对应，然而不同通道间却包含差别较大的特性，在实际分析中应采取校正措施才能获取较高的一致性。
4）干扰源定位技术。在对干扰实施监测、测向的同时，利用多台干扰监测接收机组网技术，完成对空间电磁环境的监测与干扰源的定位，进而实现控制周围电磁环境、检查及排除干扰源的功能。无线电定位通常包括有源定位与无源定位两种，对于通信频段干扰源的定位是无线电无源定位的一种。依据测向站的使用数量，无源定位一般又分为多站定位与单站定位，无线电干扰源定位通常使用多站定位方式，其往往通过三台以上的接收机组网，来降低定位模糊度对定位精度的干扰。采用的定位方法主要有FDOA、AOA、TDOA等，使用中将多种方法结合可有效提高定位精度。
4 结束语
干扰监测是卫星通信系统可靠运行的重要保障，加强对有关卫星通信系统干扰监测技术的研究，总结干扰监测技术方法及具体实施要点，有利于提高卫星通信系统的运行安全性与可靠性，从而为系统的抗干扰技术提供一定的参考和支持。
参考文献
[1] 王平.淺谈卫星通信系统干扰监测和处理[J].数字通信世界，2011，13（14）：74-75.
[2] 宋文玉.抑制卫星干扰遏制产业损失[J].卫星电视与宽带多媒体，2011，06（10）：61-62.
[3] 刘武兵.卫星特殊干扰信号监测方法的研究[J].中国无线电，20012，05（35）：57-58.
[关键词]卫星通信系统；监测方法；关键技术
中图分类号：TN943.3；TN911.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0253-01
卫星通信具有通信距离远、覆盖面积大、不受地理条件限制、超视距通信能力，目前已被广泛应用在船舶、汽车、飞机以及军用设备中。与此同时，大量复杂的电磁干扰环境也在不断影响系统设备工作。在复杂电磁环境下，大量谐波信号及交调信号会侵入到卫星接收频段内，在部分范围内很容易超出系统干扰容限，严重时便会导致系统接收设备工作异常。提高卫星通信系统抗干扰性能成为目前卫星通信系统建设发展的重要内容。因此，加强有关卫星通信系统干扰监测技术的分析，对于改善系统工作质量具有重要的现实意义。
1 卫星链路
卫星通信系统一般由地面发射站、上行链路、卫星转发器、下行链路、地面接收站、跟踪遥控遥测系统以及监控管理系统等组成。干扰及卫星通信系统组成如图1所示。
图1 干扰及卫星通信系统组成
2 卫星通信系统干扰监测方法
依据卫星链路特征及干扰信号特点，在卫星干扰监测中可采用多种方法相结合的方式来改善系统干扰监测水平。具体方法如下。
1）AGC电平监测。地面测控站可以从测控系统的遥测解调数据中实时得到卫星转发器接收信号的AGC电平信号。不相关的AGC信号电平会随输入信号功率（有用信号、噪声和干扰3部分的功率和）的增加而上升，当输入信号功率达到正常接收门限值，而接收机不能正常锁定工作，说明接收机受到了异常干扰。相关的AGC信号电平随跟踪接收的有用信号功率的增加而上升，如果AGC信号电平较高，而误码率也很高，则可能是遭受到了同频干扰。应答机发生了错锁，跟踪的是干扰信号。
2）误码率监测。不同干扰的最终效果是影响信号的实际接收质量，所以利用误码率可有效、直接改善干扰大小及有无的判断效果。对于某一调制系统来说，设备自身出现的解调损失可实现进行测定，通常的信号噪声导致的接收信号信噪比恶化量也可以进行估计，因此利用实际接收信号的误码率便可分析计算系统的外部干扰。
误码率定义准确、便于测量、反应灵敏、定义的判断门限清晰明确，因此将误码率作为主要的监测参数是合适的。如果误码率很高就基本上表明信道受到了干扰，相反如果误码率不高也就基本排除了信道受干扰的可能性。
3）载波频谱监测。对于采用透明转发方式的卫星，如果干扰信号带宽落入转发器工作带宽之内，则地面接收到的信号必然携带有干扰信号成分。对转发器转发下来的信号进行频谱分析，也可以初步观察卫星受到干扰的情况。
对于窄带干扰，从接收频谱上看，可以较明显地看到干扰信号叠加在正常信号上。对于宽带干扰，从接收频谱上可以大致看到噪声基底增加。
4）载噪比监测。地面测控站可以从测控系统的遥测解调数据中实时得到卫星转发器接收信号的载噪比情况。如果载噪比较高，处于系统正常工作的门限范围内，而接收误码率很高，则可以初步推定有外来同频干扰信号。如果载噪比远远低于系统正常的接收载噪比值，则可以初步推定系统受到宽带噪声干扰。
5）螺流监测。地面测控站可以从测控系统的遥测解调数据中实时得到卫星转发器行波管的螺流值。在上行信号输入功率达到一定程度后卫星转发器的螺流值会达到饱和点。因此，进行螺流值的分析和处理，也可以初步判定系统受到的干扰。螺流处于安全区内，判定系统没有受到干扰，螺流超出安全工作区，可以判定系统受到干扰。
6）信号捕获监测。地面测控站可以从测控系统的遥测解调数据中实时得到卫星转发器的锁定状态，如果系统对信号的平均捕获时间变长、捕获时间方差变差，并且时常出现失锁现象，可以推断上行链路受到了干扰。
3 卫星通信系统干扰监测关键技术
1）干扰识别技术。在空间电磁环境中，并不是只有稳定的脉冲、宽带及窄带等类型，而是存在着各类复杂形势的干扰。①干扰识别的原理：为保证系统能够有效应对多变复杂的干扰，保证卫星通信系统在干扰条件中的工作稳定性，应依据对空间无线电信号的长期监测数据，利用干扰样本综合分析干扰信号特征，形成干扰数据库和干扰频谱模板，然后在识别干扰信号调制方式的过程中将实际干扰特征与数据库指标特征进行比较，以此提高干扰识别的效率及应对干扰反应的灵活性。②干扰信号自动调制识别通常采用统计模式识别和决策论两种方法，统计模式方法主要以模式识别作为理论基础，而决策论方法主要以假设检验作为理论基础。
2）干扰检测技术。作为干扰监测的基础工作，干扰检测是开展系统防干扰的重要依据。信号检测的方法主要有循环平稳特征检测法、匹配滤波器检测法与能量检测法，当前应用于干扰检测的方法主要有高阶统计量分析法、能量检测法、数字信号处理方法、循环平稳分析法、极化分析法及时频分析法等。
3）高质量数字接收机技术。接收机是干扰检测系统的关键，接收机的性能质量直接关系着卫星通信系统的整体质量。干扰监测系统需要接收现场导航各频段内的多种不同信号，且要估计分析信号空域、频域参数。通常地面接收到的卫星信号功率在-140dBm左右，而干扰比一般在-30～-120dB，相应的干扰功率一般在-110～-20dBm的范围内，这就要求干扰监测接收机具备两方面的性能：一是动态范围要大，以便能够对较大功率干扰信号进行监测；二是灵敏度较高，从而利于对较弱干扰信号实时有效监测。
在天线阵测向系统内部，各振源都与其信号通道一一对应，然而不同通道间却包含差别较大的特性，在实际分析中应采取校正措施才能获取较高的一致性。
4）干扰源定位技术。在对干扰实施监测、测向的同时，利用多台干扰监测接收机组网技术，完成对空间电磁环境的监测与干扰源的定位，进而实现控制周围电磁环境、检查及排除干扰源的功能。无线电定位通常包括有源定位与无源定位两种，对于通信频段干扰源的定位是无线电无源定位的一种。依据测向站的使用数量，无源定位一般又分为多站定位与单站定位，无线电干扰源定位通常使用多站定位方式，其往往通过三台以上的接收机组网，来降低定位模糊度对定位精度的干扰。采用的定位方法主要有FDOA、AOA、TDOA等，使用中将多种方法结合可有效提高定位精度。
4 结束语
干扰监测是卫星通信系统可靠运行的重要保障，加强对有关卫星通信系统干扰监测技术的研究，总结干扰监测技术方法及具体实施要点，有利于提高卫星通信系统的运行安全性与可靠性，从而为系统的抗干扰技术提供一定的参考和支持。
参考文献
[1] 王平.淺谈卫星通信系统干扰监测和处理[J].数字通信世界，2011，13（14）：74-75.
[2] 宋文玉.抑制卫星干扰遏制产业损失[J].卫星电视与宽带多媒体，2011，06（10）：61-62.
[3] 刘武兵.卫星特殊干扰信号监测方法的研究[J].中国无线电，20012，05（35）：57-58.