卫星通信系统中同频干扰定位方法研究

成思玥，刘 燕

（1.国家无线电监测中心北京监测站，北京 102609；2.国家无线电监测中心乌鲁木齐监测站，乌鲁木齐 830000）

1 研究背景

卫星通信发展至今，以通信范围广、质量高等优势，在日常生活和各行各业都有广泛的应用。C、Ku 频段的静止轨道卫星通信发展较为成熟，承担的通信业务繁多，卫星通信系统复杂，当前C、Ku 频段的轨道资源和频谱资源几乎饱和，用频秩序繁忙。近年来，我国卫星频段的频率资源被盗用和干扰案件频发且数量呈上升趋势，严重侵害了我国频谱资源的用频秩序和合法用户的利益。面对种类众多的卫星干扰信号，定位干扰信号上行站是加强卫星频谱资源管理的必要技术手段之一。

本文针对当前存在的问题，结合实际工作，基于卫星干扰源双星定位技术原理，深入研究了卫星通信系统中同频干扰定位方法，对定位干扰信号上行站存在的问题提出两种解决方法并结合实际案例分析，验证了这两种方法的准确性和可靠性，满足我们当前工作的需求，具有一定的实践意义。

2 同频干扰的特征和危害

同频干扰是指干扰信号与合法业务信号的发射频率相同或部分相同，形成干扰信号和合法业务信号叠加的情况，最差的情况是，干扰信号可能淹没在合法业务信号下，且带宽与合法业务信号相近，这类干扰严重影响了合法用户的通信质量，如果受干扰的是广播电视信号，严重的会造成广播电视节目异常，无法正常观看和收听。同频干扰典型频谱特征如图1所示。

图1 典型同频干扰频谱图

3 同频干扰的定位方法研究与分析

目前，对卫星干扰信号上行站的定位的主流技术是双星定位技术，同频干扰信号的定位也是通过双星定位实现，但由于干扰信号与业务信号的叠加，给定位工作带来难度。

3.1 双星定位原理

对干扰信号的上行站进行定位，选取与受扰卫星轨道位置相近且参数相似的卫星作为定位邻星，可利用接收站的2副接收天线分别接收受扰卫星和定位邻星的信号，建立定位接收链路，受扰卫星信号和定位邻星信号同时采集用于定位计算。

干扰信号发射天线的主瓣由受扰卫星接收并转发，旁瓣由定位邻星接收并转发，同一信号经由2颗不同的卫星转发，到达接收站。不同的转发路径造成主瓣和旁瓣到达接收站存在时间差，称为TDOA（Time Difference of Arrival）。同时，由卫星摄动和转发器频率漂移引起的频率差，称为FDOA（Frequency Difference of Arrival）。TDOA 和FDOA 可以分别在地球交出曲线，2条曲线的交点即为干扰信号发射天线的位置。可以说，确定受扰卫星和定位邻星后，地球上每个位置都对应唯一的一组TDOA和FDOA。

图2 双星定位原理示意图

定位系统在完成信号采集后，利用正交模糊函数对来自受扰卫星信号和定位邻星的同一个频率的采集信号进行相关计算，得到相关峰，即TDOA 和FDOA。正交模糊函数如下：

式中，τ 为时间差；v 为频率差；T 为相关时长；t 为时间。

3.2 同频干扰定位的难点和解决方法研究

在实际案件中，干扰信号的带宽小于或等于受扰信号的带宽，发射功率也远小于受扰信号，在频谱监测中，干扰信号淹没在受扰信号中，对干扰信号的采集的同时，不可避免的采集了受扰信号，因此在定位相关时会得到多个相关峰，正确提取干扰信号的相关峰是同频干扰定位的难点。经过多品牌定位系统在同频干扰定位中的实践，提出以下两种解决方法。

3.2.1 解决方法一

当干扰信号带宽小于受扰信号时，利用常规定位技术手段解决同频干扰定位。通常，在定位过程中，可控制的参数有，采集信号的频率、带宽、相关时长、地理区域（即TDOA 和FDOA的范围）等，可以在定位过程中，利用上述可调参数对同频干扰定位。具体步骤为：一是对受扰信号进行相关计算，得到受扰信号的TDOA 和FDOA 数值；二是调整地理区域范围等方法，将受扰信号的TDOA 或FDOA 排除，再对干扰信号进行相关计算，可以获得干扰信号的TDOA 和FDOA 数值，完成定位。

3.2.2 解决方法二

当干扰信号带宽小于受扰信号时，利用信号对消技术解决同频干扰定位。在干扰信号发射功率小，信噪比远低于受扰信号时，无法通过增加相关时长获得干扰信号的相关峰时，或干扰信号与受扰信号发射位置接近，无法通过调整地理区域的方法获得干扰信号的相关峰时，可通过信号对消技术解决此问题。具体步骤为：一是对受扰信号进行完整采集并采用信号对消技术；二是在此基础上，对干扰信号进行定位，获得相关峰，完成定位。

上述两种解决方法进行比较可知，引入信号对消技术的适用范围更广，定位时不受受扰信号的影响，但对定位系统的硬件要求更高，其不仅需要定位系统具备宽带、窄带采集功能，宽带采集用于信号对消，窄带采集用于定位，而且需要定位系统具备信号分析功能和强大运算性能，用于解决提高信号对消效果和缩短信号对消耗时。排除受扰信号位置的方法虽然有一定的局限性，但对定位系统的要求不高，不需要具备更多地功能模块，传统的定位系统就可以实现。

当干扰信号带宽等于受扰信号时，无法通过上述两种技术手段排除受扰信号在定位过程中的影响，需要通过行政手段，与台站管理部门或卫星运营商的配合，获得受扰信号的位置，再解决干扰信号的定位。

3.3 同频干扰定位案例分析

在实际应用中，由于各卫星定位系统有差异，可根据实际情况，选择上述2种解决方法实现同频干扰的定位。以下两起案例是分别采用这两种方法对干扰信号上行站进行定位，效果较好。3.3.1 案例一

美国TLS2000定位系统可通过双星定位实现对干扰信号上行站定位，虽然不具备信号对消功能，但仍可通过常规定位技术解决同频干扰的问题，实际案例为亚洲5号卫星同频干扰案例，同频干扰频谱如图3所示。

图3 亚洲5号卫星受扰频谱图

在选择合适邻星和建立正确定位链路的基础上，定位流程如下：

（1）选择适合的频谱采集带宽，避开干扰信号，对同频业务信号进行相关计算，得到相关峰1，位于中国境内，如图4所示，位于地图中明亮色区域内。

图4 TLS2000定位系统界面

（2）选择合适的地理位置范围，避开相关峰1的位置，再对干扰信号进行相关计算，得到相关峰2，位于沙特地区，即为干扰信号的上行站位置，定位结果如图5所示。

图5 TLS2000定位结果

3.3.2 案例二

采用法国Zodiac 定位系统，利用其信号对消技术解决同频干扰上行站定位。实际案例为自发实验，自发3个信号作为同频干扰信号，均来自成都地区，频谱如图6所示。

图6 自发实验频谱图

定位流程如下：

（1）将系统切换至CSA 模式分析，对同频业务信号进行信号分析，包括中心频率、带宽和调制方式等，分析结果如图7所示。

图7 CSA信号分析结果

（2）对同频业务信号进行信号对消。对消前后的频谱对比如图8所示。

图8 对消前后频谱图

（3）在得到单一的干扰信号后，对目标信号进行定位，得到干扰信号的唯一相关峰，从而得到上行站位置。

4 结束语

本文结合实际情况，对卫星通信中同频干扰的定位难点进行了分析，并提出解决方法，通过案例分析验证了文中两种解决方法的高效性和实用性，对实际卫星干扰定位工作具有很大的指导作用；在实际应用中，可参考文中提出的两种解决方法，结合实际条件，选择适当方法来解决此类问题，以便更加准确、可靠地完成同频干扰定位工作。