卫星通信系统的干扰效能分析∗

（海军工程大学 武汉 430030）

1 引言

一个典型的卫星通信链路是由上行链路、通信卫星、下行链路构成的。只要能有效对其中一个部分进行干扰，那么就可以影响整个卫星通信系统的正常运行［1］。在日常生活中，主要是对卫星通信系统的下行链路进行干扰，方法是通过干扰机将信号送入地球站接收机选择回路中，使得接收机放大器饱和，降低载噪比，影响系统性能。对下行链路的干扰首选压制性干扰，其主要得干扰样式可分为准确瞄准式干扰、半瞄准式干扰、阻塞式干扰、单音干扰、多音干扰、脉冲干扰、部分频带干扰和扫频干扰等。

2 准确瞄准式干扰［2］

准确瞄准式干扰是指干扰信号的载频（中心频率）与所要干扰的信号的中心频率重合，干扰和信号的频谱宽度也要基本相同。比如，A站向B站发送信息（形式可以是报文、图片和视频等），干扰的作用就是要B站收不到或者看不清听不清A站发来的信息。所以，瞄准式干扰所辐射出的频谱宽度以及中心频率就要与A站的信号参数基本相同，并且能够保证A站发送的信号能够进入B站接收机的选择电路。

准确瞄准式干扰一般需要满足：

式中fj为干扰机频率，Δfj为干扰机带宽，fr为被干扰对象频率，Δfr为被干扰对象带宽［3］。

干扰示意图如图1所示。

准确瞄准式干扰是压制性干扰的首选干扰手段，其基本原理是通过对受干扰方频率的预先侦察、频率引导以及信号监测，使得干扰机频率与接收机干扰频率大致相同，干扰信号进入接收机选择电路，使接收机中的放大器饱和，从而使接收机输出信噪比严重下降，恶化接收机的性能，达到阻止接收机接收有用信号的目的。一般情况下，准确瞄准式干扰用于干扰通用卫星通信，指挥通信以及前沿分队的重要通信［4］。

图1 准确瞄准式干扰的频率关系示意图

3 半瞄准式干扰［5］

半瞄准式干扰相较于准确瞄准式干扰，频率重合的准确度要求较低，通常干扰信号的频谱比被压制的地方通信信号频谱宽度要宽一些，干扰信号能够全部或者绝大部分进入到敌方接收机的选择回路，虽然频率重合度不如准确瞄准式干扰，但是对于敌方的通信也能够造成一定程度的干扰。示意图如图2所示。

图2 半瞄准式干扰的频率关系示意图

4 阻塞式干扰

阻塞式干扰又称拦阻式干扰，是干扰一个频段内多个信道的宽带干扰，其干扰辐射的频谱很宽，通常能覆盖敌方通信台的整个工作频段。按其频谱可分为连续阻塞式干扰和分段（梳状）阻塞式干扰，其原理是阻塞带宽内，连续阻塞式干扰在整个频段内发射干扰信号，同时压制该频段内的通信信号；分段（梳状）阻塞式干扰，干扰频段成梳状，落入这些频带内的通信信号受到干扰，干扰频带可以是固定的或移动的，因梳状干扰频谱需要跟目标信号重合，所以，在干扰前要依靠预先侦察了解到目标信号的信道参数。如图3所示。

一般情况下，阻塞式干扰要满足：

阻塞式干扰主要用于压制敌方战术分队无线电通信。目前各国战术分队用的大部分都是超短波通信台站，因此阻塞式干扰机大多工作在超短波范围内［7］。

图3 阻塞式干扰示意图

5 音频干扰

音频干扰通常是指使用单个正弦波或者多个正弦波的干扰信号。当只是用单个正弦波时，称为单音干扰或称点频干扰；其时域的表达式为

式中，ωj是干扰信号角频率，通常与目标信号的角频率相同，Uj是干扰信号幅度。

对于单音干扰来说，用于干扰DSSS系统效果非常好，所以根据干扰音频放置的位置不同分成两种情况［9］：

1）干扰信号的频率与目标DSSS信号的载波频率重合（接近但不是完全重合，当干扰信号与目标信号载频完全重合时，干扰信号会产生不必要的衰减）。

2）干扰信号的频率偏离目标DSSS信号的载波频率。

单音干扰是在频谱范围内的某个频点放置高功率连续波音频。将干扰信号置于何处取决一般取决于干扰对象和优化目标，即取决于干扰方的意愿。当干扰信号置于带宽内部时，假设接收机前端的宽带滤波器不对干扰信号有影响，也就是说，干扰信号频点远离滤波带宽的边缘，滤波器对干扰信号无明显衰减。单音干扰主要用于对二进制数字调制信号的干扰，干扰空号或者传号其中之一。

当使用多个正弦波时，称为多音干扰。其时域表达式为

式中，ωn是干扰信号频率，φn是初始相位。

在多音干扰信号中，如果各信号频率分量是等间隔分布的，那么第n个信号的频率：

式中fj为初始干扰频率，Δf为干扰频率间隔，当L（L＞1）个干扰频率位于一个信道时，此时可称为单信道多音干扰。当这些等间隔的干扰信号分别位于各自信道时，此时就可以看作是分段阻塞式干扰的一种，只不过分段阻塞式干扰其每段干扰都具有其频带的宽度，而多音干扰只是一条频谱线。

相较于宽带噪声干扰和部分频带噪声干扰，音频干扰对己方通信的影响最小，因此被广泛采用。干扰样式如图4所示。

图4 音频干扰示意图

6 脉冲干扰

首先介绍脉冲干扰前，要明确一点的是：当干扰数字调制通信时，我们采用各种干扰手段试图让信号变得无法被调制解调器解读出来，既可以通过干扰同步，也可以借助造成比特错误来实现，由于数字调制信号的同步非常可靠，因此干扰的根本方法还是通过造成比特错误来达到目的。所以一个数字信号往往是至少需要用0dB干信比进行三分之一时间的干扰，既需要33%的占空比进行干扰，而对于模拟调制通信的干扰，则需以100%的占空比进行干扰，才能够达到最终目的［11］。

脉冲干扰时利用干扰机发射一系列脉冲信号或类似于被干扰设备的脉冲信号而形成的干扰，发送的脉冲信号可以是已调制的或是未调制的高频脉冲。脉冲的峰值比连续信号发射机的恒定功率高很多，通常用于干扰脉冲信号通信或数字通信。

由于我们只需要干扰数字信号三分之一的时间，所以33%占空系数适用于有效干扰，提高峰值功率改善信噪比，如图5所示信噪比若减至三分之一，则相同的总发射能量形成了有效的辐射功率。

图5 脉冲干扰

脉冲干扰有两种形式，一种是采用无载波的极窄脉冲作为干扰信号，另一种是采用有载波的窄脉冲作为干扰信号。两种形式的脉冲干扰原理是相似的。在应用脉冲干扰时，可按照以下三种情况进行设计：

1）利用周期性窄脉冲实现单音干扰；

2）利用周期性窄脉冲实现独立的多音干扰；

3）利用周期性窄脉冲实现单信道多音干扰。

7 扫频干扰

扫频干扰是一种时域跟频域都分时的宽带干扰样式，是基于瞄准式和阻塞式两种干扰方式的综合。它利用一个相对窄带的干扰信号按照一定的速度、一定的带宽和一定的扫描顺序，对于干扰信道，通过提前预置的方式进行存储，并在一定的频段范围内反复扫描，当被预置信道的信号出现时，便可自动干扰。，其频率变化的特点如图7所示，其中横纵坐标分别位时间t和频率f，T为重复周期，f1和f2分别是扫频信号能够发出的最高和最低信号频率。

图6 扫频式干扰频率特性

扫频干扰根据其音频分布进行分类，其中包括单音扫频干扰和多音扫频干扰。示意图如图6所示。

8 部分频带噪声干扰

部分频带噪声干扰是将噪声干扰施加在目标信号整个频率范围内的部分带宽，是一种频分方式的干扰样式，其有两种基本形式：一种是相邻信道部分频带干扰；另一种是不相邻信道部分频带干扰。如图8所示。部分频带干扰是介于宽带噪声干扰和分段阻塞式干扰的一种干扰手段，其实现的方法是：首先对宽带噪声信号进行滤波，根据需要滤除无用频带，保存一个或多个频带输出成为其子频带，将保存的子频带分别覆盖到要干扰的目标信道上，这样一来就能够充分地利用干扰的能量，使干扰能量集中的聚集到目标信号上，达成干扰的目的。

图7 单/多音频扫频干扰原理图

图8 部分频带噪声干扰带宽示意图

部分频带噪声干扰既可以应用于对扩频信号的干扰，也可用于对跳频以及Chirp信号的干扰。对于干扰扩频信号而言，部分频带噪声干扰仅仅使覆盖了扩频信号整个频率的部分宽带（扩频信号可看作是数字调制信号，可用“0dB干信比、33%占空比”理论实施有效干扰），而对于跳频以及Chirp信号来说，其有选择性地使用它们频谱范围内的部分频率，所以部分频带噪声干扰使一种最佳干信比下进行低占空比因子干扰的方法。

对压制性各类干扰特点如表1所示。

表1 压制性干扰各类样式特点总结

9 结语

本文针对卫星压制性干扰中常见的干扰样式进行了分析和研究。在压制性干扰中，准确瞄准式、半瞄准式干扰主要应用在通用卫星通信；对于直接序列扩频通信系统的干扰，阻塞式干扰（分段阻塞式干扰）、部分频带噪声干扰以及单音扫频干扰效果较好；对于跳频通信系统的干扰，可采用部分频带干扰［12］、扫频干扰等。欺骗式干扰是军事卫星通信的有效手段，本文没有进行详细的论述。