我国卫星干扰源定位的邻星选择与干扰应对措施研究
我国卫星干扰源定位的邻星选择
与干扰应对措施研究
文丨北京空间信息中继传输技术研究中心王洪锋陶雪娇马红永
摘要：u星干扰记位技术足处Am益增多的14星通信r扰的■獎措施，iw利丨丨】hm逬行干扰记位离+幵邻S的选择。利)H丨{流的双星时差和频差定位技术离+幵邻星选抒的M题，本义对邻星选抒的条件进行了总结和深入分析，提出适用f我W通信卫星系统T扰记位的坫于介作U星的定位//案，梳邱出HI的干扰记位资源，扞提出了应对0®通倍干扰的其他措施。
关键H星干扰定位邻星
0引言
静止轨道卫星通信系统具有通信距离远、覆盖范围广、传输容量大等优点，近年来广泛应用于信息传输、电视 广播、气象预报、资源环境探测和灾害防护等领域。同时，随着卫星通信业务种类及业务量的不断增长，对地静止轨 道上的卫星数量已接近饱和，频率资源曰趋紧张，加之卫 星通信透明转发的工作特点，非法用户只要具备发射卫星 载波的一整套设备，无须进行入网验证便可向卫星上发射 载波，使得卫星干扰数量呈现爆发式增长m。目前，针对 静止轨道卫星干扰上行站定位的主流技术手段包括双星时 频差定位
、双星分时频差定位以及三星双时差定位三种，这几种定位方法的基础条件都离不开邻星选择问题。
本文针对双星和三星定位中的邻星选取问题进行了全 面梳理，分析各个条件对于邻星要求的实质内容；提出适 用于覆盖我国国土及周边卫星干扰源定位的邻星选取方 案，即利用目前在我国幵展卫星通信业务的卫星通信公司 的卫星资源，采取卫星间协作的方式进行干扰源定位，并 对有关卫星资源进行了梳理；从单星定位技术、抗扰保通 技术和境内区分施策应对干扰的三个方面，探讨了应 对卫星通信干扰的其他措施。
1邻星选取的条件分析
选取符合定位条件的邻星，是实施定位的前提和基础。邻星应与主星具有相同的频段和极化、相同的上下行覆盖范围，邻星和主星的距离不能太大，邻星应在干扰信号频 点上有转发器，且没有在用信号，具体要求如下171: U)邻星要在被干扰卫星经度附近选取。如果两颗 卫星间距越大，则T D O A和F D O A的绝对值越大，对于 最后计算干扰源的位置是有利的；但两颗卫星间距的增大 会导致相关信噪比的不足，从而影响定位精度。综合考虑，在C频段选择邻星的标准是两颗卫星间距不大于10度；K u频段的标准是两颗卫星间距不大于8度。
(2 )邻星与被干扰卫星有相同的上行波束区域和上 行极化。两颗卫星的上行波束区域相同时，能够同时欞盖 干扰源，使得干扰源信号能够同时到达两颗卫星并被转发；而且只有两颗卫星的上行信号极化方式
相同，才能进 行相关处理，利用T D O A和F D O A的定位原理对干扰源 进行定位。
(3)邻星和被干扰卫星的下行区域尽量一致。当邻 星和被干扰卫星的下行区域基本一致时，地面监测站同时 位于邻星和被干扰卫星的下行波束范围内，能够同时接收 两颗卫星下发的信号。否则，需要在这两颗卫星的下行区 域内建设两个地面监测站，采用两套分别位于这两个监测
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站的双星定位系统进行所谓的分布式测量。
(4 )
邻星要有与被干扰卫星同频段同极化的转发器。
只有被干扰卫星上的被干扰频率在邻星上的转发器有对应 的频段，邻星才能转发干扰频率的信号。
(5 )邻星干扰信号对应频率处应尽可能不要有业务载 波。业务载波的存在对于定位而言相当于噪声信号，会影 响到参考信号的相关信噪比，从而影响干扰源的定位精度。
(6)精确的邻星星历数据。对于非合作卫星，目前 定位系统一般只能采用精度较差的公幵的星历数据，星历 数据的精度极大影响了干扰源定位精度。
其他影响双星定位的关键因素还包括：
(1 )干扰源天线尺寸。干扰源天线尺寸越大，其旁 瓣辐射到相邻卫星的功率越小，相关信噪比就会相应降低， 若低于20d B 则无法进行测量定位|31。
(2)参考站的数量。有关资料表明，参考站能在一 定程度上修正卫星星历误差，一般至少需要4个已知参 考站。参考站在地面上距离目标干扰源越近，误差修正效 果越好|41。
2对于我国通信卫星干扰定位的实际考虑
目前常用的卫星通信频率有C 频段、K u 频段和Ka 频段。通过查询国际电联卫星网络数据可知，在东经
0°-150°
范围内，有C 频段卫星网络资料700多份、
K u 频段卫星网络资料800多份、K a 频段卫星网络资料
500
多份。其中K a 频段波束覆盖范围小，受干扰概率小，
且难以到同覆盖区域邻星，因此一般不考虑干扰定位问 题。对于C 频段和K u 频段庞大的卫星网络资
料，其中哪 些卫星网络已经有实际卫星部署、卫星的频率、覆盖和极 化方式，一方面要通过长期的卫星数据积累，另一方面要 通过监测数据进行分析。基于如此庞杂的数据来寻可用 邻星，进而完成定位任务，不具备现实可行性。
从上一节分析的邻星选取8个条件，可以总结出具有 实际价值的邻星选取要求，如表1所示。
表1邻星选择要求
邻星要求需求
卫星间距8°-10°限制可选邻星范围上行区域与己方卫星上行区域一致上行极化方式
与己方卫星上行极化方式一致监测站位于邻星下行波束范围监测站站址要求邻星和被干扰卫星下行区域尽量一致监测站站址要求邻星有同频段和同极化的转发器合作性要求邻星干扰信号对应频率处无业务载波合作性要求邻星星历数据精度
合作性要求
考虑到我国卫星通信系统主要覆盖国土及周边区域， 监测站海外建站的难度问题，以及邻星关于转发器、业务 载波和星历数据等合作性要求，比较现实可行的邻星选取 方案是利用目前在我国幵展卫星通信业务的卫星通信公司 的卫星资源，采取卫星间协作的方式进行干扰源定位。
3在我国开展卫星业务的相关卫星情况
目前，在我国幵展卫星业务的主要有中国卫星通信公 司及所属亚太卫星公司、鑫诺卫星公司，以及亚洲卫星公 司、中国电信等几家公司1b _91，如表2至表6所示。
表2中国卫星通信公司卫星
卫星名称轨道位置 频段&覆盖范I
亚太6C
东经134〇
C 、Ku ：中国、中南半岛、蒙古、亚洲、大洋洲、
太平洋岛、夏威夷
亚太5C
东经138。
C 、Ku ：中国、中南半岛、蒙古、北太平洋、
印尼、澳大利亚、新西兰、亚洲、大洋洲、
太平洋岛、夏威夷
中星6C 东经130〇C ：中国及周边、澳大利亚、新西兰等南太平
洋地区
中星6A
东经125。C 、Ku ：中国、亚太及中东地区
中星6巳东经115.5°C ：中国、蒙古、朝鲜半岛、日本、俄罗斯亚
洲部分、南亚、东南亚、中亚、西亚、澳大利亚、 新西兰
中星9号
东经92.2。
L ：中国（含港、澳、台地区）
中星9A 东经101.4。Ku ：中国（含港、澳、台地区）、中国南海波束中星10号东经110.5。C 、Ku ：中国及亚太地区
中星11号东经98〇
C 、Ku ：亚洲、欧洲、非洲、澳大利亚和中
国海域、印度洋、阿拉伯;'每等区域
中星12号东经87.5。C 、Ku ：中国、东亚、南亚、中东、东欧、非洲、
澳大利亚和中国海域、印度洋区域
中星15号东经51.5°
C ：亚洲、非洲、欧洲和中东 Ku ：西非、中3陳]东非地区
中星16号东经110.5。Ka 点波束：中国及近海区域
俄罗斯时差与中国时差亚太6号东经134〇
C 、Ku ：中国、印度、东南亚、澳大利亚、
新西兰、太平洋岛、夏威夷
亚太7号东经76.5。C ：亚洲、中东、非洲、澳大亚、欧洲^地区 Ku ：中国、中东、中亚、非洲亚太9号
东经142。
C ：亚太地区、东南亚地区 Ku ：印度洋东部至太平洋西部
表3亚大卫星公司卫星
卫星名称轨道位置频段&覆盖范丨亚太6号东经134〇C 、Ku ：中国、印度、东南亚、澳大利亚、新西兰、
太平洋岛、夏威夷
亚太7号东经6.5。
C ：亚洲、中东、非洲、澳大利亚、欧洲等地区
Ku ：中国、中东、中亚、非洲亚太9号东经142〇
C ：亚太地区
Ku ：印度洋东部至太平洋西部
亚太6C 东经134〇
C 、Ku ：中国、中南半岛、蒙古、亚洲、大洋洲、
太平洋岛、夏威夷
亚太5C 东经138。C 、Ku ：中国、中南半岛、蒙古、北太平洋、印尼、
澳大利亚、新西兰、亚洲、大洋洲、太平洋岛、
夏威夷
〇
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表4鑫诺卫星公司卫星
卫星名称轨道位置频段&覆盖范围
中星10号东经110.5°中国及亚太地区
中星6A东经125.0°中国、亚太及中东地区
中星6B东经115.5°中国、蒙古、朝鲜半岛、日本、俄罗斯亚洲 部分、南亚、东南亚、中亚、西亚、澳大利 亚、新西兰
；亚太7号东经76.5。亚洲、中东、非洲、澳大利亚、欧洲
中星11号东经98〇
亚洲、欧洲、非洲、澳大利亚和中国海域、
印度洋、阿拉伯海等区域
表5亚洲卫星公司卫星
卫星名称轨道位置频段&覆盖范围
亚洲5号东经100.5。C频段：东起曰本，西至中东及部分非洲国 家，南至新西兰，北达俄罗斯，遍及亚太区 53个国家
Ku频段：东亚及南亚
!亚洲6号东经120°C频段：亚洲、澳大利亚和新西兰、中亚及 太平洋岛屿
亚洲7号东经105.5。C频段：亚洲、中东、中亚及澳大利亚和新 西兰地区
Ku频段：东亚及南亚
亚洲8号西经4°Ku频段：中国、印度、中东及东南亚地区
亚洲9号东经122〇
C频段：亚洲、中东、中亚及澳大利亚和新 西兰地区
Ku频段：澳大利亚和新西兰波束、东亚波 束、印尼波束、蒙古波束
Ka：区域性波束
表6中国电信卫星
卫星名称轨道位置频段&覆盖范围
天通一^01星东经101.4。S频段：中国及周边，以及太平洋西部、印度洋北部海域
4应对卫星通信干扰的其他措施研究
(1 )单星定位技术研究
单星定位不需要邻星的辅助，只需接收来自被干扰卫 星的信号即可。单星定位目前有几种方法，一是多普勒频 移法，利用接收到的星上信号因卫星摄动产生多普勒频率 随时间变化的特性，在不同时刻测量接收到的多普勒频率，根据干扰源位置坐标与多普勒频移的对应关系，实现干扰 源位置解算二是利用功率波动的单星定位方法，通 过分析信号接收功率波动情况，对比干扰信号与已知参考 信号的功率波动趋势，利用这些已知信号发射站的精确地 理信息，结合匹配度与距离的对应关系，采用几何绘图的 方法对干扰源进行定位三是多点波束定位方法，以 卫星多波束天线应用为前提，利用其灵敏度高、旁瓣值较 高、邻近波束间重叠区域较大的特点，当系统受到干扰时，受干扰波束和邻近波束均会接收到该信号，再根据多波束天线方向图的分布特性，利用干扰源定位系统根据干扰信 号强度确定主要受干扰点波
束，对干扰信号进行多维认知，获得干扰信号强度在多波束环境下的空间分布特性，结合 由多波束天线方向图地面投影模型获取的天线增益，即可 实现对干扰源的定位|121。
上述单星定位技术自身还存在这样或那样的问题，离 实际应用还有很大的距离，但是有必要通过技术进步和系 统的优化设计，逐步提高基于单星的干扰源定位能力，与 双星和三星定位技术互为补充。
(2)抗干扰保畅通技术研究
卫星干扰源定位是被动的，在卫星受到干扰以后，通 过定位对干扰源进行排査并恢复通信，在时间上具有滞后 性；卫星抗干扰技术是主动的，通过多种技术手段阻止干 扰的发生，在时间上具有超前性|131。为此，可以考虑采 用天线调零技术抑制干扰，使受扰点波束方向上干扰难以 发挥作用；采用星上多波束接收天线，当检测到某方向干 扰时，可以通过测控系统关闭干扰方向波束；采用扩频、跳频等信号传输体制，提高卫星抗干扰能力；采用多重编 码级联等编码方式，以获得更高的编码增益；采用星上处 理转发器，消除上行传输中干扰和噪声的影响，提高信息 传输可靠性和通信质量•，采用单信道限幅技术的功率放大 器，避免某个信号功率过大造成转发器饱和。这些卫星抗 干扰技术的使用，一方面使得非法信号难以进入卫星转发 器，另一方面使得卫星即使在受到较严重的干扰时，仍然 能够维持正常的通信状态|13M41。
(3)境内区分施策应对干扰
对于境内干扰，可考虑通过国家层面设立涵盖全国的 辐射源数据库，与国家级无线电监测网、干扰源搜索定位 系统配合使用，实现干扰源的快速精确定位。加强卫星发 射台站数据库的建设，包括发射台站的地理位置信息（固 定台站）和“身份”信息（固定台站和移动台站），以及 发射频率、占用带宽、调制方式、所属单位及等 信息。当出现干扰时，可根据干扰区域地理位置和干扰源 身份信息，迅速定位识别干扰源，采取查处措施。台站数 据库的建设不应仅局限于卫星地球站，所有功率发射设备 都应纳入当地无线电管理，并登记入库。
对于干扰而言，无论是来自邻国的地面干扰还是 来自他国的空间干扰，主要以国际电信联盟《无线电规则》为依据，根据其无线电频率划分规定，采取卫星网络操作 者之间或者主管部门间协调的方式，解决干扰问题，维护 合法使用权益。为在干扰协调解决过程中获取主动权，要
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►
««» 3.400000 G H i    4. 200000 GH*
■分供帶宽 3.000 kH *
视咪帚宽 3.000 kH *
3. 140 s (401 p t s )
图2降低功率前
中心    3. 800000 CH :
fa 播KUX 800. 0000 »u *分辮糌J5 3.000 kH :
WSfMIMS 3.000 kHx
t 3« 3. 116 s  (401 p tc )
图3降低功率后
4结束语
当前无线技术飞速发展，卫星通信、5G 都是无线电 领域中拥有广阔发展前景的业务应用。从频谱资源利用的 角度，如何协调二者间的关系，有效规避二者在工作运行 中的频率冲突，除前期进行科学、合理的频率规划外，针
对在实际工作中发生的干扰案例，分析、总结、归纳有效 的干扰排除方案有着很强的现实意义。无线电管理机构应 当充分发挥监管职能，建立规范的技术和政策协调机制， 为卫星固定业务和移动通信业务共存发展提供有序的电波 环境。K S
参各义献：
⑴工业和信息化部.5G 系统在3000-5000M HZ 频 段内的频率使用规划.[2017-11-10 ]
[21周瑶，聂昌.3400-3600M H Z 频段5G 系统与卫
星固定业务共存研究[J  ].邮电设计技术，2019 ( 5 ): 37 〜42
(上接33页）
加强频率轨位资源的国际申报，获得使用上的优先地位。 还要注重国境边界附近使用的无线电台站的登记管理，要 及时向国际电联递交相关材料，申报合法使用地位，以便 在与有频率干扰争端时，获得国际法律的支持。
5结束语
卫星干扰源定位是长期困扰透明转发卫星可靠信息传 输的问题之一，一方面需要在既有双星和三星定位方法的 基础上，充分利用系统融合、互联互通，特别是大数据处 理等技术，提高定位能力和定位准确率；另一方面要积极 探索具有现实可行性的单星定位方法，解决其中存在的困 难，从而提高单星定位能力。同时通过系统优化设计和技 术上的不断创新改进，提高抗扰保通能力；通过监测站网 的建设运用和数据处理与协调工作的幵展，有效应对和处 置干扰问题。K 9
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~
从“法”
信号恶意干扰“亚星”3S 说起丨J 1.中国航天.2005.05:27~29
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