衛星擴頻通信干擾消除技術的研究

趙妍婷 武偉 張冰

（河北東森電子科技有限公司 河北省石家莊市 050200）

在世界軍事領域中的信息情報傳輸中，信息的安全性及可靠性受到越來越高的重視，而衛星通訊在通信領域中占據很多優勢，因此被廣泛應用在軍事領域的通信傳輸過程中?，F階段全球各個國家在發展過程中都運用了衛星擴頻通信系統，但這個系統極易受到干擾，這對戰時信息致勝完造成極大的影響，如何有效避免敵方干擾，準確進行定量分析、評估干擾效果，是目前一直亟待解決的問題。

1 衛星擴頻通信系統

在本文的研究過程中，選擇的衛星擴頻通信干擾消除技術以是商用衛星為背景，為了對干擾消除技術進行更加深入與全面的介紹，本文首先從基本理論著手對商用衛星擴頻通信系統進行了分析，并對其業務信號特點進行了重點研究。

1.1 擴頻通信系統

擴頻通信系統的概念：美軍在進行第二次世界大戰期間首次提出了擴展頻譜通信，這一戰略的提出主要是為了在戰爭中獲得隱秘的通信優勢。擴頻通信信號相對于原始的信號來說，具有更寬的帶寬優勢，其抗干擾性能以及抗噪聲性都更加顯著，同時還可以做到多址接入，使其通信過程的保密性更強，測距能力更優異。當前，在數字通信應用過程中，擴頻通信技術已經具有成熟的技術優勢，成為了核心技術內容，在軍事、民用、商用等方面都得到了廣泛運用。擴頻通信系統不同于普通數字通信系統，擴頻信號是通過特殊的調制，使其將所發送的信號頻譜進行顯著擴展，在系統的接收端還特別增加了相應的信息接收模塊。在進行信息捕獲時，擴頻偽碼自相關特性相對較強，需要對擴頻偽碼及擴頻信號二者之間的峰值進行計算，從而捕獲信號。

1.2 擴頻通信系統的種類

擴頻通信在不同的應用中，其工作方式也存在較大差異，如跳頻擴頻系統(FHSS)、直接序列擴頻系統(DSSS)、線性調頻擴頻系統(Chirp)以及跳時擴頻系統(THSS)等，此外還存在一些組合式的擴頻方式，比如FHDSTH/DS 等。

1.2.1 DSSS

作為一種應用最為廣泛的擴頻系統，DSSS 是通過一個高速離散的擴頻序列調制的低速率的數據序列，調制方式包括振幅鍵控、相移鍵控、和頻移鍵控等，DSSS 是一種隨機序列的擴頻序列，相對于原數據的速率具有明顯的速率優勢，通過擴頻調制之后的信號進行信號處理。DSSS 利用偽隨機序列所具有的特性顯著增加了系統的抗干擾能力與擴頻信號捕獲能力。

1.2.2 FHSS

FHSS 是基于已設置好的信號傳播載波頻率規律變化進行通信的一種方式，通過頻域角度分析可以得出，受到擴頻調制的偽隨機序列影響，跳頻信號的頻率發生規律性的變化，受到同一個偽隨機序列控制影響，系統接收端的接收機自身本振信息頻率同樣發展改變，由此實現與發送頻率同步的目的。與DSSS 存在一定差異性，FHSS 的頻率處于不斷變化的過程中，從而對干擾進行規避，因此在軍事通信系統中的應用更加廣泛。

1.2.3 Chirp

Chirp 是指在已經給定的脈沖信號周期之中，載波頻率線性出現減少或者增大，此類擴頻系統不用偽碼序列來對信息進行調制。

1.2.4 THSS

THSS 和FHSS 較為相似，其信號傳輸主要是基于時間軸進行跳變而產生的通信方式，通過細分時間軸，由偽隨機序列決定THSS 傳輸信號的傳輸時間，跳頻信號從時間域角度來看時有時無。同時，在系統的接收端，利用與發送端相同的偽隨機序列來解擴處理傳輸信號。

1.2.5 混合系統

混合系統的產生主要為了打破單一系統帶來的局限性，在實際運用過程中，為了確保不同環境下通信的正常，擴頻通信系統中經常會出現幾種擴頻方式混合使用的情況。比如FH/TH 系統能夠解決通信系統中存在的遠近效應問題；FH/DS 混合系統能夠使系統實現高增益?；旌舷到y能夠在一定程度上增強通信系統的性能，可在有限的硬件資源下解決復雜環境內有關的通信問題，但混合系統的應用需要較為復雜的技術支持，混合系統也會存在一定程度的穩定性。

直接序列擴頻系統作為一種擴頻通信系統，在衛通信領域應用最為廣泛，在本次研究過程中，為了對衛星擴頻通信系統的干擾消除技術進行有效分析，本文以序列擴頻系統(DSSS)為例進行了深入分析。

1.3 擴頻通信系統的特點

隨著信息時代的到來，擴頻通信系統的應用更加廣泛，作為一種高技術的通信方式在民用、商用乃至軍事領域中都得到了有效應用，與其它通信技術相比，其優勢顯而易見。

1.3.1 抗干擾能力強

擴頻通信技術能夠把信號拓展至更為寬大的頻帶，以此分離有用信息技干擾信號，顯著降低干擾頻率，提高抗干擾能力。

1.3.2 保密性強

擴頻通信系統中的擴頻信號的功率譜密度如果比較低的話，很容易遭受細微噪聲的淹沒，一定程度上保證了信號的隱秘性，擴頻通信信號的獲取需要經過信號的偽隨機序列了解并基于相關計算公式進行嚴謹計算才能得到，因此，在保密性上，擴頻通信系統具有較高優勢。

1.3.3 能實現多址通信

在擴頻通信技術中，多址通信是一項關鍵的因素，多址通信決定了移動通信系統中擴頻通信技術的廣泛應用，擴頻信號在系統的發送端運用偽隨機序列處理，之后系統的收端對所需要的信息進行解擴處理，信號的恢復是通過一樣的偽隨機序列來進行，由此實現信號接收。其中，如果不能使用相同的偽隨機序列，通過不同的偽隨機序列特性，還可以區分信號。

1.3.4 抗多徑效應

多徑效應主要是指傳輸由于山體以及建筑物等物體阻擋造成的電磁波散射、反射等現象，由此造成了信號達到接收端的時間出現差異，信號接收情況發生異常。但擴頻通信技術不會出現上述問題，它能夠在捕獲信號之時，先分離出最強的信息，之后依據相干累加算法來將不同強度的信號剖離獲得。

2 目前我國衛星擴頻通信易遭受干擾的原因分析

衛星通信技術是運用衛星向地面進行信號發射，從而幫助地面的人們實現通訊聯系，該項通信技術的備覆蓋范圍極廣，通訊速度極快，且不會受到周圍環境的限制。但衛星是在天上向地面發射通信信號，這極易受到多種因素的干擾，尤其是軍用飛機、衛星設施的干擾。衛星擴頻通信受到干擾的原因有多種，干擾信號的類別也存在相對應的區分，如壓制性干擾、欺騙性干擾、瞄準式干擾、連續搜索干擾等。猶豫衛星自身轉發器影響，但衛星的下行鏈路受到了某些因素的干擾之時，就算干擾信號具有良好的干擾距離、干擾功率，都能被地面上應用的抗干擾措施消除。但如果是衛星的上行鏈路受到某些因素的干擾，就較難消除這些干擾，這一直是人們亟待解決的衛星擴頻通信干擾問題。因此，如何解決衛星通信上行鏈路受到干擾的問題需要做進一步調查。

3 衛星擴頻通信抗干擾技術對策分析

因國外眾多國家研發出許多源電子干擾技術，導致干擾源的干擾頻率范圍顯著增大，同時研發出更多不同類型的干擾源，致使衛星擴頻通信所受到的干擾越來越嚴重。目前，想要有效消除衛星擴頻通信的干擾問題最有效的方式是對抗干擾技術進行不斷的優化、創新，注意增強抗干擾的容限，以此有效解決干擾難題。

3.1 天線抗干擾技術

目前，我國衛星擴頻通信抗干擾技術最常用到的方式為天線抗干擾技術，實踐可知，我國目前應用的衛星擴頻通信覆蓋范圍極廣，這樣極易遭受許多干擾源的干擾破壞。而天線抗干擾技術可以具體依據信號覆蓋范圍來開展抗干擾工作，靈活性強，讓信號能最大限度的被接收。這樣，就算某一個方向的信號被干擾了也不影響信號的接收。天線抗干擾技術中，包括即智能天線技術、多波束天線技術與自適應調零天線技術等內容，其中智能天線技術首先要在衛星的信號入口接上一種天線，運用這種具有特殊性的天線來防止信號被干擾，并可以對衛星的天線陣列信號進行優化，對天線陣列的方向實施控制，顯著增強衛星的抗干擾能力。多波束天線技術能夠對衛星的發射天線進行控制，調節天線方向，同時還能調節衛星天線的波束，提高衛星自身的抗干擾性能。自適應調零天線也能夠優化及控制天線陣元，調整信號的干擾力為零，具備顯著的抑制干擾性能。我們常用到的智能天線技術就是在自適應調零天線技術基礎上不斷深化而來的。

3.2 編碼調制抗干擾技術

衛星實施通信時，其控制通信數據不可避免會出現一些差錯，但是我們利用編碼調制抗干擾技術能夠解決這一難題，編碼調制抗干擾技術中的前向糾錯功能能免受干擾源發出的干擾信息，通過級聯編碼方式解決這一干擾難題。編碼調制抗干擾技術可通過對卷積碼進行譯碼，顯著增加編碼增益。且隨著時代科學技術不斷發展，數字化衛星擴頻通信更加廣泛的使用了級聯碼。編碼調制技術可顯著提高衛星通信技術的抗干擾容限。

3.3 擴展頻譜抗干擾技術

在衛星擴頻通信抗干擾技術，被學者認為是最為重要的技術是擴展頻譜抗干擾技術，該技術中包含直接序列擴頻技術與跳頻擴頻技術，其中直接序列擴頻技術可以對信號進行解擴并形成了窄帶信號，此后在利用解擴窄帶干擾信號來形成有用的寬帶信號，通過對窄帶濾波器過濾信號時形成的能量來降低對信號的干擾程度，直接序列擴頻技術具備極為成熟的理論，因此被廣泛的應用在衛星擴頻通信抗干擾系統中。跳頻擴頻技術可以切換對多種載波頻率，以一種隨機應變的方式來提高衛星擴頻通信的抗干擾能力，且跳頻擴頻技術的帶寬更為寬，比要直接序列擴頻技術的實用性更高。

3.4 衛星處理抗干擾技術

在衛星擴頻通信的抗干擾技術中，具有一種特殊的物質，透明轉發器，其發揮著最為重要的作用，但也較為脆弱，但透明轉發器受到干擾時不及時處理極易被摧毀。而衛星處理抗干擾技術則能夠針對透明轉發器的弊端進行處理，可將衛星的上行鏈路與下行鏈路實施去耦處理，將兩者關聯消除，確保透明轉發器在受到干擾時仍舊可以推向飽和，避免其被摧毀。目前，衛星處理抗干擾技術被當做衛星擴頻通信系統抗干擾技術一個極為關鍵、重要的發展方向，其將是衛星擴頻通信抗干擾技術中最為關鍵的技術。

4 衛星擴頻通信抗干擾技術的發展前景及優化策略

衛星擴頻通信中的抗干擾技術能進一步提升衛星擴頻通信的能力，使衛星擴頻通信具有更加優異的穩定性，更加突出抗干擾性能，且也是全世界各國軍事衛星擴頻通信未來的重要目標。我國想要構建更為完善的健全的衛星擴頻通信抗干擾體系，應當要給予本國國情基礎上，靈活結合多種抗干擾技術，建立完善、可靠的抗干擾體系網絡，以此構建全面的抗干擾技術體系。應當進一步優化智能天線抗干擾技術，創新研究波多束天線技術，使波束最為理想化。對于擴展頻譜抗干擾技術的創新研究，可創新加入自適應擴頻技術、混合擴頻技術，顯著提高對衛星擴頻通信抗干擾的性能。增進對衛星擴頻通信信道的建設，不斷創新相關信號調制方式?？傊?，應當有效結合多種衛星擴頻通信抗干擾技術，構建更加完善的衛星擴頻通信抗干擾技術，促進衛星擴頻通信能力的穩定發展。

5 結束語

衛星擴頻通信系統的信號覆蓋范圍極廣，信號傳輸質量高，部署速度快，組網方便，且不受通信距離、四周環境的限制，且在軍事上具有極高的應用價值，是信息傳輸的重要通道。但衛星擴頻通信在運行的時候會受到窄帶信號、強寬帶業務信號等的干擾，因此必須要綜合分析對衛星擴頻通信產生干擾的各種因素，創新衛星擴頻通信抗干擾技術，優化抗干擾對策，最大限度保障衛星擴頻通信信號的保密性、安全性。