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【摘要】随着卫星通信技术的发展，以及在最新通信、定位和导航领域中的应用，卫星通信技术为各个领域提供了方便，从而也促进了卫星通信的快速发展。在实际的实施过程中，卫星通信面临的主要问题是保证各种干扰存在的情况下卫星通信系统的稳定性和安全性，这主要表现在抗干扰能力上。因此，本文分析了影响卫星通信的因素以及当前卫星通信抗干扰技术的现状，并展望其发展趋势。
【关键词】卫星通信;抗干扰技术;多波束天线
中图分类号：TN94 文献标识码：A DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.06..009
卫星通信是一种无线通信，是以地球轨道上的卫星作为中继进行无线电波发射或转发的一种通信手段，能够实现多个卫星用户之间的全双工通信，业务种类多，传输容量大，覆盖范围广，通信质量可靠。随着科学技术的发展和通信需求的增长，卫星通信技术发展迅速，以其功能强大和成熟度好，在世界范围内的应用越来越普遍。在太空空间资源中，会出现如干扰卫星，各国发射的卫星挤占轨道资源等各种影响卫星通信系统安全性和稳定性的计划，因此需要提高卫星通信系统的抗干扰能力。
1. 卫星通信抗干扰技术现状
随着卫星通信技术在现代通信中的应用与发展，卫星通信的使用已在各个领域更为普遍。因此，深入研究卫星通信抗干扰技术、提高卫星通信系统的抗干扰能力，是保障复杂电磁空间环境下卫星通信不受干扰的重中之重。通信抗干扰技术包括信号调制方面、信号解调方面和波束转换三个基本角度。从信号调制的角度来看，调制解调载波技术用于上行链路和下行链路加解密以对抗干扰方的电磁频谱侦查和信号干扰。噪声和干扰通过上行链路传输对整个卫星通信系统影响更大。上行链路受到干扰后会影响到通过这个转发器的所有卫星用户从而使卫星的下行链路也受到干扰，破坏效力更强。由于卫星暴露在空中且轨道确定，干扰方容易发现并易于实施干扰，而且上行链路受到干扰的转发器（特别是透明转发器会影响通过该转发器的所有用户。因此，干扰上行链路非常有效。
最常见的是压制式电磁干扰，其次是欺骗式干扰。压制式干扰的原理是在上行链路发射干扰源功率远大于有用信号功率的干扰信号，使接收机无法接收有用信号。欺骗式干扰是通过掌握干扰目标信号，在对方信号的收发过程中对被干扰方信号造成有意的延迟、冒充成对方电台截取情报、发送与对方信号相关性强的信号引起系统混乱等行为。而不是简单的在功率上实施压制。本文中讨论针对压制式干扰的抗干扰技术。随着信号处理技术的不断发展，星上处理也是未来卫星抗干扰措施的重要环节。如今，卫星通信的抗干扰能力正在不断提高，一些国外的卫星抗干扰通信技术不再只采用单一的抗干扰措施，而是采用了多种抗干扰方案的组合，在信号的时域、频域等方面均采取了加密手段，使干扰方难以侦测跟踪破解捕获。一个理想的具备抗干扰能力的卫星系统应该具有强大的内置信号处理和传输功能，针对不同类型的干扰具有不同的干扰抑制和消除措施。通常需综合使用卫星通信各个环节的抗干扰技术手段，以达成卫星抗干扰通信能力。
2. 基帶处理的抗干扰性分析
在卫星通信系统的内置中，有透明转发器和内置处理转发器。透明应答器结构简单，性能可靠，仅完成增强信号并将上行链路的频率搬移到下行链路发射频率的功能。处理转发器的结构相对复杂，它能对上行链路信号进行处理加工，然后将其发送到下行链路或其他卫星。卫星通信系统的数据传输比地面系统的数据传输更长，并且噪声和传输损耗的影响严重。信号在传输过程中容易出现严重失真。这就要求系统采用具有良好纠错性能的纠错方法来保证通信质量。在卫星系统中使用的纠错编码方法中，通常有RS编码、LDPC码和Turbo码等。MUOS系统的内置过程继电器不使用解调和重新调制技术，而是重新输入编码和调制浮点信号。编码方法使用TPC编码方法。TPC代码是一种非常简单的结构编码方法，基于Chase解码的迭代解码方法可以显示出色的纠错性能。TPC代码已成为新一代卫星通信和深井通信系统中的理想错误控制方法。在整个传输过程中，MUOS系统的信息流必须两次通过卫星转发器，并且集成处理和转发主要在U2B连接的集成部分中完成。在复杂的信号处理条件下，B2U连接的接地接收端受到终端电源和其他不会导致信号恢复的条件的限制。
3. 常用的卫星通信抗干扰技术
3.1 .抗干扰天线技术
我国的卫星通信应用范围很广，容易受到干扰方来自信号源的干预。为了减少或消除干扰方干扰源的干扰，需要重视天线抗干扰技术的应用。由于星载多波束天线技术可以灵活地调整卫星转发器使用的波束，选择没有受到干扰的波束来转发信号，因此即使卫星通信受到信号源的阻碍，也可以智能切换波束来避免接收受到干扰的信号源，提高通信的稳定性，提供针对性的保护。应用在地面段的抗干扰天线理论上以天线阵列的形式应用，其基本原理是用辅助天线阵列接收干扰信号，在信号处理部分将主天线与辅助阵列天线的接收信号进行对消，从而达到干扰抑制的目的，使接收到的下行链路干扰信号落入多个辅助天线形成的方向图上的零陷，使得干扰无法进入接收机，控制旁瓣的同时又能抑制干扰。但是这种采取自适应旁瓣对消技术在实际应用上受到很多细节的制约，并不适于推广应用。比如说辅助天线的数目小于干扰源数目时对消干扰并不奏效，辅助天线的摆放位置会影响到零陷生成、干扰信号的多径效应对系统的性能影响、系统的旁瓣抬高使接收信号噪声增强等。
3.2 针对线性扫频干扰、脉冲干扰的对抗方式
扫频干扰是一种宽带干扰的样式，它利用一个窄带信号，在一个周期内重复扫描某一个频段，只要扫描度达到一定的速率，就能使接收到的有用信号被干扰信号阻塞。线性扫频信号的主要特点为幅度、相位随时间的变化进行成比例关系变化，线性扫频信号在频域不太具备明显的信号识别的特点，因此要在频域抵消扫频信号干扰是很困难的。对抗这种方式的干扰，很难从已经有干扰的接收信号中消除干扰信号。最有效的途径是从频域上避开有干扰信号的频段进行通信。由此提出两种思路。一是开发拓展频段进行通信，外国军方的星上增加了一个与军事星兼容的EHF通信分系统，而且其舰队广播上行链路使用EHF频段。该国的军事星系统使用的星地链路在SHF频段，而该国舰队避开了SHF频段不受基地电子设备的截获和干扰;二是开发微波、毫米波、光通信。毫米波能透过高密度的等离子体，适合在航天技术中用于地面与卫星、空间基地、航天飞机、飞船等通信系统。尤其在核爆炸后，一般通信会中断，而毫米波通信能通过高密度的等离子体传播，是核战中能保障通信的一种手段。此外，毫米波还具有窄波束、高定向性、宽频带等特点，因此具有一定的抗侦察干扰能力。卫星采用光通信时和电波之间不存在干扰问题，而且光通信能实现1GBITS/S以上的大容量卫星通信，也是值得开发的新项目。 脉冲干扰又称为部分时间干扰，将干扰集中在一个脉冲周期的某一时间里，来进行集中发射的干扰模式。脉冲干扰的技术类似于部分频段的噪声干扰。区别在于，脉冲干扰是时间上的一部分，部分频段噪声干扰是频谱上的一部分。在部分频段噪声干扰中，相当于一次覆盖的部分频谱。短脉冲具有很宽的频谱成分，因此很像宽带噪声。脉冲干扰通常分为相对规则脉冲干扰和随机性的脉冲干扰。随机脉冲干扰可以采用限幅噪声对射频信号调幅的方法得已实现，也可以采用伪随机序列来进行对射频信号调幅的方法。脉冲干扰为瞬时干扰，功率相对较大并且持续时间较短。针对这种类型的干扰可以使用跳频技术和直接序列扩频技术组合来对抗，跳频通信的载波频率是按照一定的伪随机序列频率进行跳变的。它是用一个频率控制器使载波频率按调频图案要求，以规定的规律实现瞬间跳变。当收、发两个频率合成器同步跳变时，才能实现通信。跳频速率是衡量跳频台的一个重要指標，当跳频速率很快时，一般侦察设备难以侦测，难对准跳频通信的频率。由于跳频为宽频带，使用阻塞式干扰也难以用足够的功率覆盖跳频通信的频带宽度。
3.3 星上处理抗干扰技术
星上处理抗干扰技术主要介绍星上SMART AGC技术。该技术检测到接收信号有强干扰时，通过包络自适应变换产生零区，使强干扰信号落入零区，有用信号偏移而不受干扰。它完全模块化，对有用信号基本上是透明的。因此，只要在现有的透明转发器前端的接收射频或中频插入SMART AGC模块，而不需要对转发器和地面系统做其他改变。采用SMART AGC模块的卫星透明转发器与DS扩频技术结合使用，能有效抑制上行强干扰并避免转发器进入饱和的恶劣状态。卫星的透明转发器最容易受到干扰，在这种情况下，可以通过使用星上的抗干扰技术来最大程度地避免对转发器的干扰，未来的发展前景也非常广阔。
4. 结束语
综上所述，尽管卫星通信抗干扰技术已经发展的比较成熟，但其在真正应用上的提升空间还很大，在卫星通信系统中融合应用起来需要考虑的制约条件、技术细节还很多。应该加大对卫星通信新技术研究的投入，以科学先进的技术不断提高我国的卫星抗干扰能力，充分发挥其功能。
参考文献：
[1]汤彧，徐耀耀，张越.卫星通信抗干扰技术的展望[J].集成电路应用，2021，38（01）：130-131.
[2]张任楠，王志涛.卫星通信抗干扰技术及其发展趋势分析[J].数字通信世界，2020（09）：79-80.
[3]张河.基于星上基带处理的卫星通信抗干扰技术研究[D].电子科技大学，2016.
[4]董积平.卫星通信系统中的电磁干扰和抗干干扰技术[C].航天空间集团五院总体部，2004，18
[5]王波.基于旁瓣对消技术的卫星抗干扰装置的设计与研究[D].电子科技大学，2012，2-3
【关键词】卫星通信;抗干扰技术;多波束天线
中图分类号：TN94 文献标识码：A DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.06..009
卫星通信是一种无线通信，是以地球轨道上的卫星作为中继进行无线电波发射或转发的一种通信手段，能够实现多个卫星用户之间的全双工通信，业务种类多，传输容量大，覆盖范围广，通信质量可靠。随着科学技术的发展和通信需求的增长，卫星通信技术发展迅速，以其功能强大和成熟度好，在世界范围内的应用越来越普遍。在太空空间资源中，会出现如干扰卫星，各国发射的卫星挤占轨道资源等各种影响卫星通信系统安全性和稳定性的计划，因此需要提高卫星通信系统的抗干扰能力。
1. 卫星通信抗干扰技术现状
随着卫星通信技术在现代通信中的应用与发展，卫星通信的使用已在各个领域更为普遍。因此，深入研究卫星通信抗干扰技术、提高卫星通信系统的抗干扰能力，是保障复杂电磁空间环境下卫星通信不受干扰的重中之重。通信抗干扰技术包括信号调制方面、信号解调方面和波束转换三个基本角度。从信号调制的角度来看，调制解调载波技术用于上行链路和下行链路加解密以对抗干扰方的电磁频谱侦查和信号干扰。噪声和干扰通过上行链路传输对整个卫星通信系统影响更大。上行链路受到干扰后会影响到通过这个转发器的所有卫星用户从而使卫星的下行链路也受到干扰，破坏效力更强。由于卫星暴露在空中且轨道确定，干扰方容易发现并易于实施干扰，而且上行链路受到干扰的转发器（特别是透明转发器会影响通过该转发器的所有用户。因此，干扰上行链路非常有效。
最常见的是压制式电磁干扰，其次是欺骗式干扰。压制式干扰的原理是在上行链路发射干扰源功率远大于有用信号功率的干扰信号，使接收机无法接收有用信号。欺骗式干扰是通过掌握干扰目标信号，在对方信号的收发过程中对被干扰方信号造成有意的延迟、冒充成对方电台截取情报、发送与对方信号相关性强的信号引起系统混乱等行为。而不是简单的在功率上实施压制。本文中讨论针对压制式干扰的抗干扰技术。随着信号处理技术的不断发展，星上处理也是未来卫星抗干扰措施的重要环节。如今，卫星通信的抗干扰能力正在不断提高，一些国外的卫星抗干扰通信技术不再只采用单一的抗干扰措施，而是采用了多种抗干扰方案的组合，在信号的时域、频域等方面均采取了加密手段，使干扰方难以侦测跟踪破解捕获。一个理想的具备抗干扰能力的卫星系统应该具有强大的内置信号处理和传输功能，针对不同类型的干扰具有不同的干扰抑制和消除措施。通常需综合使用卫星通信各个环节的抗干扰技术手段，以达成卫星抗干扰通信能力。
2. 基帶处理的抗干扰性分析
在卫星通信系统的内置中，有透明转发器和内置处理转发器。透明应答器结构简单，性能可靠，仅完成增强信号并将上行链路的频率搬移到下行链路发射频率的功能。处理转发器的结构相对复杂，它能对上行链路信号进行处理加工，然后将其发送到下行链路或其他卫星。卫星通信系统的数据传输比地面系统的数据传输更长，并且噪声和传输损耗的影响严重。信号在传输过程中容易出现严重失真。这就要求系统采用具有良好纠错性能的纠错方法来保证通信质量。在卫星系统中使用的纠错编码方法中，通常有RS编码、LDPC码和Turbo码等。MUOS系统的内置过程继电器不使用解调和重新调制技术，而是重新输入编码和调制浮点信号。编码方法使用TPC编码方法。TPC代码是一种非常简单的结构编码方法，基于Chase解码的迭代解码方法可以显示出色的纠错性能。TPC代码已成为新一代卫星通信和深井通信系统中的理想错误控制方法。在整个传输过程中，MUOS系统的信息流必须两次通过卫星转发器，并且集成处理和转发主要在U2B连接的集成部分中完成。在复杂的信号处理条件下，B2U连接的接地接收端受到终端电源和其他不会导致信号恢复的条件的限制。
3. 常用的卫星通信抗干扰技术
3.1 .抗干扰天线技术
我国的卫星通信应用范围很广，容易受到干扰方来自信号源的干预。为了减少或消除干扰方干扰源的干扰，需要重视天线抗干扰技术的应用。由于星载多波束天线技术可以灵活地调整卫星转发器使用的波束，选择没有受到干扰的波束来转发信号，因此即使卫星通信受到信号源的阻碍，也可以智能切换波束来避免接收受到干扰的信号源，提高通信的稳定性，提供针对性的保护。应用在地面段的抗干扰天线理论上以天线阵列的形式应用，其基本原理是用辅助天线阵列接收干扰信号，在信号处理部分将主天线与辅助阵列天线的接收信号进行对消，从而达到干扰抑制的目的，使接收到的下行链路干扰信号落入多个辅助天线形成的方向图上的零陷，使得干扰无法进入接收机，控制旁瓣的同时又能抑制干扰。但是这种采取自适应旁瓣对消技术在实际应用上受到很多细节的制约，并不适于推广应用。比如说辅助天线的数目小于干扰源数目时对消干扰并不奏效，辅助天线的摆放位置会影响到零陷生成、干扰信号的多径效应对系统的性能影响、系统的旁瓣抬高使接收信号噪声增强等。
3.2 针对线性扫频干扰、脉冲干扰的对抗方式
扫频干扰是一种宽带干扰的样式，它利用一个窄带信号，在一个周期内重复扫描某一个频段，只要扫描度达到一定的速率，就能使接收到的有用信号被干扰信号阻塞。线性扫频信号的主要特点为幅度、相位随时间的变化进行成比例关系变化，线性扫频信号在频域不太具备明显的信号识别的特点，因此要在频域抵消扫频信号干扰是很困难的。对抗这种方式的干扰，很难从已经有干扰的接收信号中消除干扰信号。最有效的途径是从频域上避开有干扰信号的频段进行通信。由此提出两种思路。一是开发拓展频段进行通信，外国军方的星上增加了一个与军事星兼容的EHF通信分系统，而且其舰队广播上行链路使用EHF频段。该国的军事星系统使用的星地链路在SHF频段，而该国舰队避开了SHF频段不受基地电子设备的截获和干扰;二是开发微波、毫米波、光通信。毫米波能透过高密度的等离子体，适合在航天技术中用于地面与卫星、空间基地、航天飞机、飞船等通信系统。尤其在核爆炸后，一般通信会中断，而毫米波通信能通过高密度的等离子体传播，是核战中能保障通信的一种手段。此外，毫米波还具有窄波束、高定向性、宽频带等特点，因此具有一定的抗侦察干扰能力。卫星采用光通信时和电波之间不存在干扰问题，而且光通信能实现1GBITS/S以上的大容量卫星通信，也是值得开发的新项目。 脉冲干扰又称为部分时间干扰，将干扰集中在一个脉冲周期的某一时间里，来进行集中发射的干扰模式。脉冲干扰的技术类似于部分频段的噪声干扰。区别在于，脉冲干扰是时间上的一部分，部分频段噪声干扰是频谱上的一部分。在部分频段噪声干扰中，相当于一次覆盖的部分频谱。短脉冲具有很宽的频谱成分，因此很像宽带噪声。脉冲干扰通常分为相对规则脉冲干扰和随机性的脉冲干扰。随机脉冲干扰可以采用限幅噪声对射频信号调幅的方法得已实现，也可以采用伪随机序列来进行对射频信号调幅的方法。脉冲干扰为瞬时干扰，功率相对较大并且持续时间较短。针对这种类型的干扰可以使用跳频技术和直接序列扩频技术组合来对抗，跳频通信的载波频率是按照一定的伪随机序列频率进行跳变的。它是用一个频率控制器使载波频率按调频图案要求，以规定的规律实现瞬间跳变。当收、发两个频率合成器同步跳变时，才能实现通信。跳频速率是衡量跳频台的一个重要指標，当跳频速率很快时，一般侦察设备难以侦测，难对准跳频通信的频率。由于跳频为宽频带，使用阻塞式干扰也难以用足够的功率覆盖跳频通信的频带宽度。
3.3 星上处理抗干扰技术
星上处理抗干扰技术主要介绍星上SMART AGC技术。该技术检测到接收信号有强干扰时，通过包络自适应变换产生零区，使强干扰信号落入零区，有用信号偏移而不受干扰。它完全模块化，对有用信号基本上是透明的。因此，只要在现有的透明转发器前端的接收射频或中频插入SMART AGC模块，而不需要对转发器和地面系统做其他改变。采用SMART AGC模块的卫星透明转发器与DS扩频技术结合使用，能有效抑制上行强干扰并避免转发器进入饱和的恶劣状态。卫星的透明转发器最容易受到干扰，在这种情况下，可以通过使用星上的抗干扰技术来最大程度地避免对转发器的干扰，未来的发展前景也非常广阔。
4. 结束语
综上所述，尽管卫星通信抗干扰技术已经发展的比较成熟，但其在真正应用上的提升空间还很大，在卫星通信系统中融合应用起来需要考虑的制约条件、技术细节还很多。应该加大对卫星通信新技术研究的投入，以科学先进的技术不断提高我国的卫星抗干扰能力，充分发挥其功能。
参考文献：
[1]汤彧，徐耀耀，张越.卫星通信抗干扰技术的展望[J].集成电路应用，2021，38（01）：130-131.
[2]张任楠，王志涛.卫星通信抗干扰技术及其发展趋势分析[J].数字通信世界，2020（09）：79-80.
[3]张河.基于星上基带处理的卫星通信抗干扰技术研究[D].电子科技大学，2016.
[4]董积平.卫星通信系统中的电磁干扰和抗干干扰技术[C].航天空间集团五院总体部，2004，18
[5]王波.基于旁瓣对消技术的卫星抗干扰装置的设计与研究[D].电子科技大学，2012，2-3