1990年以來衛星通信等業務迅速發展，而地面空間有意或無意的幹擾對系統的威脅也日益增加。據歐洲電(diàn)信衛星組織(EUTELSAT)的有關報告，每年都會出現數百次衛星系統受幹擾事件。從我(wǒ)(wǒ)國衛星系統的實際應用來看，人爲幹擾事件也時有發生(shēng)。爲了避開(kāi)幹擾，一(yī)方面要對空間頻(pín)率資(zī)源進行合理劃分(fēn)和有效保護；同時也要采取迅速而有效的措施來監測定位幹擾信号。面對越來越多的幹擾事件，以及對接收機及衛星的直接攻擊和幹擾，必須研究對衛星和接收機幹擾的監測和定位技術，同時星載幹擾監測與定位技術是勢之所趨。

1、幹擾源監測與定位技術

1.1 幹擾監測技術

常規的幹擾監測與定位隻是一(yī)個局部系統，應該建立一(yī)個一(yī)體(tǐ)化的幹擾監測與定位技術，既可以實現對于衛星信号幹擾的監測與定位，也可以實現對地面用戶的幹擾監測與定位。幹擾監測與定位設備有機載設備、車(chē)載設備和地面設備。

地面幹擾監測設備由地面幹擾監測設備和衛星信号監測設備組成。主要包括：幹擾監測測向天線、定向接收天線、幹擾信号監測接收模塊、衛星信号監測接收模塊等。地面幹擾監測設備如圖1所示。

圖1 地面幹擾監測設備組成示意圖

地面固定監測與車(chē)載式監測，二者的工(gōng)作模式有一(yī)定的區别。

車(chē)載幹擾監測主要組成示意圖如圖2所示，車(chē)輛頂端安裝一(yī)個多陣元天線陣，每個天線陣元的射頻(pín)信号下(xià)變頻(pín)到中(zhōng)頻(pín)，然後進行A/D采樣。從A/D出來的數字信号再經過帶通濾波和下(xià)采樣，***後信号經過一(yī)個實時的自适應數字波束形成器。爲了******天線陣各個方位角的角分(fēn)辨率，可以選擇圓形天線陣，一(yī)個陣元位于圓心，其餘天線陣元均勻分(fēn)布圓上，爲了******DOA的估計精度，天線間隔應該盡量大(dà)。

圖2 車(chē)載幹擾監測系統示意圖

在波束形成之前，利用從天線通道提取的原始信号可以估算出幹擾信号的到達方向(DOA)。因此，隻要估計出幹擾源在天線陣不同位置的DOA值，然後由三角測量法***可以估計出幹擾源的位置。

1.2 幹擾源定位技術

對幹擾源的定位，一(yī)般要給出幹擾源的三維參數：方位角、距離(lí)、離(lí)地高度。

目前幹擾源定位技術主要包括：基于信号到達時間差(TDOA)定位技術，即測時差定位；基于信号到達角(AOA)定位技術，即測向定位；基于信号到達頻(pín)率差(FDOA)定位技術。圖3非常直觀地給出了這3種幹擾源定位技術的區别與聯系。在具體(tǐ)實現時，通常選擇幾種技術相結合的方式，以取長補短獲得更好的性能。如TDOA與FDOA相結合，可以彌補TDOA對運動幹擾源定位時間的滞後性。三角測量法與弧線相交法相結合，可以有效地克服DF系統誤差及數據随機誤差的影響，達到較高的精度。

圖3 幹擾源定位技術分(fēn)類

2、幹擾轉發衛星信号的監測與定位

2.1 基于地面對衛星幹擾信号的監測與定位技術

與地面幹擾監測與定位系統一(yī)樣，對衛星網絡幹擾信号的監測與定位技術主要有2種：基于信号到達時間差(TDOA)定位技術，即測時差定位；基于信号到達角(AOA)定位技術，即測向定位。

到達時間差(TDOA)幹擾源定位技術目前已經在民用衛星通信系統中(zhōng)應用。到達時間差定位也稱爲雙曲線(面)定位，它是通過處理信号到達多個接收站之間的時間差來确定目标位置，從幾何意義上理解是從多個等值測量的定位雙曲線(面)來尋找其交點。TDOA定位一(yī)般是由處于相同軌道的兩顆衛星相互配合來實現，其中(zhōng)一(yī)顆爲受幹擾衛星，另一(yī)顆輔助衛星是可以利用的鄰近衛星，如圖4所示。

圖4 衛星幹擾源定位原理

在三維空間坐标系中(zhōng)，利用2顆衛星接收幹擾信号的TDOA定位方法隻能夠确定幹擾源所在一(yī)條雙曲線，而無法确定幹擾源的确切位置點，這***是TDOA定位的模糊問題。爲了******測量幹擾源的空間位置，還必須采取輔助測量措施。例如利用到達頻(pín)率差(FDOA)測量信息，或采用幹涉方法解模糊等。在實際應用中(zhōng)，地面幹擾信号洩漏至相鄰衛星的功率往往是十分(fēn)微弱的，比正常接收信号電(diàn)平一(yī)般要低30~40dB，采用傳統的信号檢測方法是無法檢測的，因此地面監控站需要采用弱信号相關檢測等高靈敏度接收技術，至少具有60dB以上的處理增益。

測向定位是***早出現且廣泛應用的一(yī)種定位方法。對處于中(zhōng)、低軌道衛星，由于能夠利用星地之間的相對運動信息，實現測向定位要相對容易些。但對于地球同步軌道衛星，上述連續測向方法***不再适用了。結合衛星天線多波束特性來測定幹擾源的空間位置，是近年來衛星幹擾源技術的一(yī)個發展方向。日本通信綜合研究所(CRL)的研究人員(yuán)通過工(gōng)程試驗衛星ETS-VI的S波段多波束相控陣天線進行了幹擾源定位實驗，其定位方法爲單脈沖比幅測量；同時他們還進一(yī)步研究了用于抑制幹擾信号的自适應波束形成技術。

測時差定位技術的優點是對整個衛星系統的正常運行影響較小(xiǎo)，但它要求2顆衛星能同時接收到幹擾信号電(diàn)平，否則***無法正常測得幹擾源位置。

測向定位技術無需其他衛星協助，僅利用受幹擾衛星***可以實現對幹擾源的定位。但傳統測向方法(如******信号法等)的定位精度較低，應用範圍受到限制。以陣列信号處理爲基礎的空間譜估計技術(如******似然估計法、特征分(fēn)解方法以及熵譜估計法等)突破了瑞利極限，具有很高的估計精度和空間分(fēn)辨性能，可同時對多個輻射源進行定位。但其在進行方位搜索時需要巨大(dà)的計算量，且天線模型誤差及天線指向誤差對定位精度影響較大(dà)。

2.2 星載幹擾源監測與定位技術

衛星幹擾源定位是地面幹擾源定位技術在衛星領域的應用，但有别于地面幹擾源定位技術。

首先，定位設備的載體(tǐ)不同，地面幹擾源監測與定位系統可以是車(chē)載的，也可以是固定站；而星載幹擾監測與定位系統則受到體(tǐ)積、大(dà)小(xiǎo)、重量以及功耗的限制。其次，二者側******不同，多徑效應的影響是地面幹擾監測與定位要解決的******問題之一(yī)，而星載幹擾監測與定位系統則無需考慮。三是所采用的天線形式不同，地面幹擾監測與定位系統一(yī)般用無方向性天線組成天線陣來進行測向，而星載幹擾監測與定位系統一(yī)般采用多波束天線，前者假設各天線陣子接收到的信号是等幅的，它利用信号入射角不同而在各陣子上引起的相位差不同進行測向，而星載多波束天線一(yī)般不考慮各波束接收到的信号相位差的影響，它是利用各波束接收到的信号幅度不同進行測向定位。

以空間譜估計原理爲基礎的******測向技術可以有效解決密集信号環境中(zhōng)多個輻射源的高分(fēn)辨率、高精度測向定位問題。

衛星天線采用多波束天線。常用的空間譜估計方法有******似然估計法、模型參量法以及特征分(fēn)解法等。其中(zhōng)，以MUSIC算法爲代表的特征分(fēn)解方法自提出以來一(yī)直受到人們的高度重視，至今仍代表空間譜估計技術發展的主流方向。其理論基礎是利用陣列采樣數據的協方差矩陣，在構造(僞)譜函數時引入信号子空間及噪聲子空間的概念，并充分(fēn)利用兩者之間的正交性進行輻射源的到達方向(DOA)估計。與常規波束形成方法不同的是，特征分(fēn)解方法可以突破天線瑞利極限的限制，實現方位角/俯仰角的二維參數估計，具有極高的估計精度和超分(fēn)辨率等******性能。

3、地面接收機幹擾監測與定位技術

對地面接收機的幹擾監測與定位利用車(chē)載移動幹擾監測設備實現。如圖5所示，A設備接收幹擾信号，轉發給B設備，B設備既接收幹擾信号進行參數估計，同時也要接收A設備轉發的幹擾信号，然後經過處理，得出幹擾源位置。

圖5 TDOA定位

對地面接收機的幹擾監測與定位前提條件是：

①幹擾源位于地表，高度忽略；②單個幹擾源；③幹擾源靜止；④幹擾信号爲調制信号，頻(pín)段固定；⑤幹擾源與幹擾監測設備之間無遮擋。

3.1 TDOA技術

工(gōng)作流程：A設備2個、B設備1個。2個A設備将幹擾信号轉發給B設備，由B設備解算得到幹擾源位置。
需考慮的因素(減小(xiǎo)誤差，提高定位精度)爲3個設備的相對位置關系及其自身位置的精度。

定位設備：參數估計方法及參數估計的精度；已知(zhī)參數的情形下(xià)解算幹擾源位置的效率、精度；A設備轉發時延估計的精度、時間精度。

3.2 TDOA+FDOA技術

工(gōng)作流程：A設備、B設備各需要1個。A設備将幹擾信号轉發給B設備。B設備接收A設備轉發的幹擾信号；接收幹擾源直接傳輸的幹擾信号；然後，使B設備按一(yī)定的速度運動，對信号進行處理，得到多普勒頻(pín)移。通過對3組信号進行處理，得到幹擾源的位置。

需考慮的因素爲：①3個設備的位置關系；②B設備運動時速度、方向；③3個設備自身位置的精度。

定位設備：參數估計方法及參數估計的精度；已知(zhī)參數的情形下(xià)解算幹擾源位置的效率、精度；A設備轉發時延估計的精度；設備時間精度；信号轉發時頻(pín)率精度。

以上2種方案适合地面車(chē)輛上安裝定位設備來實現。

3.3 AOA技術

工(gōng)作流程：A設備、B設備各1個。A設備将幹擾信号轉發給B設備。B設備接收A設備轉發的幹擾信号；接收幹擾源直接傳輸的幹擾信号；然後，通過測向儀(DF)測出幹擾源所在的方向，兩個不同的AOA線取交點***得到了幹擾源的位置。

需考慮的因素：2個設備的位置關系以及自身位置的精度。定位設備：DF測向精度、天線的增益方向圖等參數随頻(pín)率的變化；A種設備轉發時延估計的精度。

4、結束語

在幹擾監測與定位信号處理時，可針對幹擾信号的不同類型建立相應模型，引入置信區間，置信水平等參數，将幹擾源位置以一(yī)定的概率限定在一(yī)定區域内。

幹擾源進行自主監測和快速定位，可以對幹擾源的信号進行打擊，但同時需要采取主動防禦措施，如用戶機和衛星接收機采取自适應濾波和調零天線等抗幹擾技術。因此，幹擾監測定位與抗幹擾技術是衛星系統十分(fēn)重要的防護需求，在對幹擾的認識和抗幹擾技術方面，還有許多問題需要深入研究。