静止轨道卫星转发器本振频率测量研究

林 辉，张 琪，蔡鸿昀，刘 意

（国家无线电监测中心深圳监测站，深圳 518120）

静止轨道卫星转发器本振频率测量研究

林 辉，张 琪，蔡鸿昀，刘 意

（国家无线电监测中心深圳监测站，深圳 518120）

卫星转发器本地振荡器频率的测量对了解卫星的转发器信息，实现干扰源的定位具有重要意义。本文提出一种通过向卫星发射位于噪底以下的扩频信号，并对经过卫星转发的扩频信号与本地扩频信号进行相关运算处理，从而测量卫星转发器的本振频率的方法。实际测试结果表明，这种方法的测量准确度高，能够达到实际工作的需求。

卫星转发器；干扰源定位；扩频信号

1 引言

随着通信技术的不断发展，卫星通信已经渗透到社会生活各个领域中。但是卫星通信业务的快速发展也使得有限的轨道资源更加紧张，电磁环境日益恶化，加上卫星通信系统是一个开放式的系统，因此它很容易受到干扰，影响通信质量，甚至导致一些重要用户业务的中断，不仅造成严重的经济损失，还会产生不可估量的社会影响[1]。

卫星转发器作为卫星的重要组成部分，它承担着转发地面上行站信号的功能。卫星接收天线接收到地面上行站信号之后，经过下变频、放大等过程，重新将其转发至覆盖区域。而要实现干扰源上行站的定位，就必须知道经过卫星接收天线转发后信号的下行频率，因此，卫星转发器的本振频率信息在干扰定位中至关重要。

2 透明转发器原理

一般而言，根据是否对上行信号进行处理，卫星转发器分为两大类：一类为透明转发器，另一类为处理转发器。本文提出的转发器本振频率测量方法仅针对透明转发器。透明转发器收到地面发来的信号，除进行低噪声放大、变频及功率放大外不作任何加工处理，只单纯完成转发任务，它对工作频带内的任何信号都是“透明”的通路[2]。透明转发器的组成框图如图1所示。

图1 卫星透明转发器组成框图

3 扩频信号

扩频技术实质上是一种信号处理传输技术，它是利用与待传输数据（信息）无关的伪码对其进行频谱展宽，使之占有远远超过被传送信息所必需的最小带宽。一般有四种产生扩频信号的方式：直接序列扩频，频率跳变扩频，时间跳变扩频，线性调频扩频。

所谓直接序列扩频，就是直接用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱。而在收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息[3]。

在本测量系统中加入的就是直接序列扩频信号，它通过扩展传输信号的带宽，降低了信号的频谱密度，从而将有用信号隐藏在噪声中。因此，利用直接序列扩频信号，不仅可以尽量降低发射功率，将信号发射在噪底以下，而且还能避免影响卫星上的正常业务，有效提高该测量系统的实用性和可行性。而在接收端进行接收时，利用相同的扩频码序列进行解扩，通过解扩获得解扩增益，使得发射的扩频信号与本地扩频信号作相关处理时能够得到足够高的相关信噪比。

4 测量原理

基于以上的理论背景，本文提出一种通过向卫星发射位于噪底以下的扩频信号，接收后进行相关处理，从而得到卫星转发器本振频率的方法。测量原理方框图如图2所示。

图2 卫星本振频率测量框图

以下为测量流程：

（1）由信号发生器产生的本地振荡信号被本地PN序列码调制后产生扩频信号；采集设备对该扩频信号进行采集，并将其保存为本地扩频信号模板。

由实际工作经验发现，针对不同卫星不同频段的转发器，发射同功率同带宽的信号，接收到的信号信噪比不同。因此在实际测量过程中，可通过设置采集卡不同的采样带宽和采样时间组合来对信号数据进行采集，从而更加有效地提高系统处理增益及减少处理时间。为获得信号相关信噪比、采样处理时间和系统可用度的最佳方案，定义了表1中4种采样带宽和采样时间的组合。因此，形成了4种本地扩频信号模板。在实际测量中，会根据采样带宽的设置，提取相应的本地扩频信号模板作相关运算。

表1 采样带宽和采样时间组合

（2）通过发射天线发射频率为F1的扩频信号至待测卫星，由于扩频系统的特性，因此扩频信号可隐藏于卫星信号噪底之下。扩频信号上星之后，经卫星转发器变频至频率F2后转发至地面。

（3）在接收站用接收天线接收并利用采集设备采集该频率为F2的信号，与本地提前采集的扩频信号模板作相关处理。假设相关信号的信噪比低于门限值，则将下变频器下变频值增加1MHz，重新采集此频点即F3频率信号，再与本地扩频信号模板作相关处理，直至相关信号的相关信噪比高于门限值，则该频点Fn即为被该卫星转发的扩频信号，上下行频率相减，即F1－Fn。

5 软件实现

根据以上工作原理及测量流程，笔者参与开发了“卫星转发器本振频率查找”软件，该软件的工作流程图如图3所示。

软件界面及功能展示如图4、图5所示。

软件具有以下优势：

⊙ 与卫星数据库映射，能同步更新卫星数据。

⊙ 扩展性强，现行系统由于设备资源限制仅限于C/Ku频段，将来有需要可扩展至其余频段静止轨道卫星。

⊙ 可适性强，针对不同卫星可选择不同的发射带宽与发射功率，能够在不影响卫星正常业务的情况下获得合适的处理增益。

图3 卫星转发器本振频率查找软件工作流程图

⊙ 可根据具体情况设置相关信噪比的门限值。该门限值分为相关信噪比下限与相关信噪比门限，在信噪比下限以上的数据均会输出到计算过程数据栏中，一旦相关信噪比大于门限值，则认为该信噪比下的本振频率值即为转发器本振值。

⊙ 本振值查找范围可控。设置下变频范围区间，即控制本振值查找的范围，减少不必要的时间开支。

图4 软件界面

图5 功能展示

⊙ 具备本振参考值数据库。不同卫星转发器的本振频率有时具有相同的本振频率特征值，将这些特征值作为一个参考值数据库，在执行本振查找时优先处理此类特征值，提高本振查找的效率。

⊙ 本振参考值数据库可维护性强。针对不同频段不同本振特征值，可进行增加删除的操作，并设置优先级，提高本振参考值数据库的可用性。

⊙ 具有直观的计算过程与结果输出。计算过程数据可在计算过程数据栏中显示，通过该数据，可适当进行人工干预，提高本振值结果的可靠性。

6 结束语

在卫星干扰源定位中，卫星转发器的本振频率信息至关重要。本文提出了一种通过向卫星发射位于噪底以下的扩频信号，从而测量卫星转发器的本振频率的方法。并针对该方法进行了软件开发与实现，为卫星转发器本振频率的获得提供了一种可行性方案，对卫星干扰源定位工作的能力提升有着积极的意义。■

[1] 李晓虹．基于时延差和频移差参数的卫星干扰源定位方法的研究[D]．吉林大学，2007

[2] 黄兴莉．直接序列扩频信号的检测及参数估计研究[D]．电子科技大学，2012

[3] 李孝辉．一种单站精确测量通信卫星本振频率的方法[J]．时间频率学报，2006(1)

《CCBN2016前沿技术导读》

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Research on Measurement of the Satellite Oscillator Frequency of the Transporter of Geostationary Orbit Satellites

Lin Hui, Zhang Qi, Cai Hongyun, Liu Yi
(The State Radio Monitoring Center Shenzhen Station, Shenzhen, 518120)

Measurement of the satellite oscillator frequency of the transporter of satellite is of great significance to the understanding of information from the transporter of satellite and to the locating of satellite interference. This article presents a method of measuring the oscillator frequency of the transporter of satellite: direct-sequence spread spectrum signals under the noise floor are sent to satellites and the correlation between the signals transmitted by satellites and the local counterparts is worked out. Test results have suggested that measurement obtained through this method is highly accurate and meets practical requirement.

transporter of satellite; locating of the satellite interference; direct-sequence spread spectrum signal

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.01.016

TN927+.22 文献标示码：A

1672-7274（2016）01-0068-04

林 辉，硕士研究生，助理工程师，现就职于国家无线电监测中心深圳监测站，主要从事无线电监测以及卫星干扰源上行站定位工作，主要研究方向为卫星监测新技术研究，信号分析等。

张 琪，硕士研究生，助理工程师，现就职于国家无线电监测中心深圳监测站，主要从事无线电监测以及卫星干扰源上行站定位工作，主要研究方向为卫星监测新技术研究，信号分析等。

蔡鸿昀，本科，助理工程师，现就职于国家无线电监测中心深圳监测站，主要从事无线电监测、卫星干扰源上行站定位以及卫星监测设备维护工作，主要研究方向为卫星监测新技术研究，天线技术研究等。

刘 意，硕士研究生，助理工程师，现就职于国家无线电监测中心深圳监测站，主要从事无线电监测以及卫星干扰源上行站定位工作，主要研究方向为天线技术研究，信号分析等。