1 特殊卫星干扰信号监测的必要性

　　随着我国国民经济的快速发展，空中的无线电信号越来越拥挤、复杂，各种违规情况时有发生，特别是一些非法组织利用民用卫星转发器透明传输的特点，对我国的卫星广播电视信号进行恶意干扰，产生了很坏的社会影响。
由于卫星恶意干扰的特殊性，用常规的卫星监测手段无法对干扰信号进行监测。为维护空中电波秩序，保护我国卫星广播电视的播出安全，我们必须加强这方面的建设。

　　目前，我们已具备了常规的卫星信号监测手段，该监测手段是用频谱分析仪监测卫星干扰信号的存在，用矢量信号分析仪分析干扰信号特征，在条件许可的情况下对干扰源进行定位。该方法只能监测到普通频谱仪可以识别的卫星信号，不能监测一些特殊的卫星干扰信号。因此，有针对性地对卫星干扰信号的特点进行研究，提出解决特殊卫星干扰信号的监测技术方法，研究查找卫星特殊干扰信号的技术手段，是卫星监测的迫切需要。

2 卫星干扰信号的特点

　　卫星干扰信号种类很多，每个干扰信号都有自己的特点。从时域来分，卫星干扰信号分为连续的干扰信号和突发的干扰信号两类，下面就这两类干扰信号的特点进行分析。

　　2.1 连续干扰信号

　　连续的干扰信号是指长期存在的干扰信号，这类信号有四种:

　　（1）非法盗用卫星公司转发器：该干扰信号长期占用转发器空余位置，信号质量也比较好，用常规的监测方法可以完成监测。

　　（2）恶意干扰信号：一般该信号和正常通信信号交叠在一起，引起正常信号的质量下降，或导致无法正常通信，用常规的监测手段无法监测到该信号。

　　（3）卫星站上行设备故障产生的干扰:该信号通常以规律性的扫频方式或其它方式出现，或是因上行站天线波瓣过大、角度不准等原因产生的干扰，一般用常规监测方法就可以监测该信号。

　　（4）卫星链路间的干扰:由于卫星位置不合适或星上设备发生故障而产生的干扰。因发射卫星前已进行过广泛的卫星协调，一般不会出现此类干扰。

　　2.2 突发干扰信号

　　突发干扰信号是指跳频信号和类似雷达脉冲的干扰信号，该信号以脉冲方式出现，由于该信号每次出现的时间很短，所以用常规的监测方法很难捕捉到该信号。

3 监测卫星干扰信号的方法研究

　　本文主要研究监测两种特殊卫星干扰信号的理论方法，并在条件许可的情况下对监测特殊卫星干扰信号的理论进行验证。

　　3.1 同频连续干扰信号的监测方法

　　3.1.1 监测的基本思路

　　监测同频连续干扰信号的基本思路是：从干扰信号和正常信号频谱重叠的混合信号中滤去正常信号，从而发现要测的干扰信号，然后用常规的监测手段完成对干扰信号的监测。

　　3.1.2 理论探讨

　　（1）问题提出:

　　假设:正常上行信号的时间函数为f(t)，根据付里叶变换，对应的频域函数为F(ω)，

f(t)F(ω) 。 （1）

　　对应的卫星下行信号时间函数为f1(t),

　　上行卫星信号经转发器到达地面，信号在传输中必然产生频率差、幅度差和时间延迟。

　　根据付里叶变换的时延定理，f1(t)对应的频域函数为:

　　f1(t)kF(ω+σ)e-j(ω+σ)t0, （2）

　　其中:t0、σ、k分别为上、下行信号的时间差、频率差和幅度差。

　　设:收到的干扰信号下行时间函数为h(t)，对应的频域函数为:

　　h(t)H(ω) , （3）

　　则当卫星受到干扰时，收到的时间函数为:

　　f1(t)+h(t) 。 （4）

　　干扰过程见图1:

　　（2）解决方案：

　　根据以上假设的参数，要在下行信号中找到干扰信号，首先要解决的问题是要找出下行信号f1(t)和上行信号f(t)的差异。其次，根据找出的差异，变换f(t)或f1(t)，使两个信号的特性完全一致。然后，把变换过的上行信号和下行信号进行数学相减，滤出干扰信号。式(5):

　　f1(t)+h(t)-{f(t)处理f1(t)}=h(t)。 （5）

　　（3）参数σ、t0、k的获取:

　　①频率差σ的测量。在干扰信号h(t)不存在时，分别对上行信号f(t)和下行信号f1(t)进行采样和FFT变换，计算出各自的中心频率，得出频率差σ。调整下行卫星信号f1(t)的中心频率，使得频率差σ=0。

　　此时如式(6)、(7)所示。

　　f1(t)kF(ω+σ)e-j(ω+σ)t0, （6）

　　f2(t)kF(ω)e-jωt0。 （7）

　　②时间延迟t0的测量。根据自相关原理，当两个函数完全一样时，其相关函数值最大。

　　即：

　　, （8）

　　其中，f*(t)是f(t)的共扼复函数。

　　从上式中可以看出，积分后相关函数的大小，在频域中和t0有关。将函数f(t)适当延迟，则f(t)变成f(t-t1)。根据傅立叶变换的积分定理可得式（9）。

　　。（9）

　　从以上定性分析计算中可以看出，适当的延时f(t)当t0=t1时上式积分得到最大值，得出时间差t0。

　　如式(10)、(11)所示，f(t)变成了f3(t)。

　　f(t)F(ω) （10）

　　f3(t)F(ω)e-jωt0 （11）

　　③幅度差k的测量。幅度差k的测量比较简单，在时域中可用用示波器等测量仪器测量得出，也可以对量化的数据进行处理后得出。调整下行信号的增益，使得k=1。

　　④结论。找出上述三个主要参数后，经过对函数f(t)和f1(t)处理，得到干扰信号h(t)。

　　f1(t) f2(t) , （12）

　　f(t) f3(t), （13）

　　且f2(t)=f3(t) 。 （14）

　　综合式（12）、（13）、（14）可得式(12):

　

　

　　从而得到干扰信号h(t)，找到了同频干扰信号。

　　3.1.3 实际的处理过程

　　上文只是定性分析，从理论上讲，该方法可以实现对卫星同频干扰信号的监测。然而，在实际工作中，要实现该目的还有很多工作要做。根据上述计算和测量方法，草拟出的该项目工作流程如图2所示。

　　根据图2的同频干扰信号查找流程，系统的工作过程如下:

　　（1）系统参数设置。当干扰信号不存在时，测量出自相关偏差参数（σ、t0、k），并将其设置为初始化参数。

　　（2）系统调整。设置好参数（σ、t0、k）以后，测量减法器的输出功率，这时的测量结果应该是最小。调整任意一个参数，测量结果都变大，此时该系统初始化完毕。

　　（3）干扰信号测量。由于干扰信号和正常信号的传输参数相同，因此，当系统调整好以后，将常规监测设备连接到减法器的输出口。当干扰信号出现时，监测设备马上就能监测到干扰信号，从而可迅速测量干扰信号的特性。

　　3.1.4 结论

　　由以上的分析可知，用这个方法测量频谱重叠的卫星干扰信号完全可行。但该方法对监测地点有一定的要求，只能选在上行站，每一个监测点只能监测一个上行站发射的载波。

　　3.1.5 实验验证

　　为验证该理论的可行性，卫星信号同频干扰的监测方法研究课题组搭建了试验平台，对该理论进行了验证。测试情况如下:

　　（1）测试框图

　　（2）测试步骤和结果（见图4~8）

　　（3）结论

　　从以上频谱图可以看出，在两个同频卫星信号叠加在一起时，该系统完全可以把干扰信号滤出。

　　3.2 突发干扰信号的监测方法

　　3.2.1 监测的基本思路

　　监测突发干扰信号的基本思路是，对下行卫星信号进行连续采样，并进行不间断的高速FFT 处理，得出连续的频谱图（也可以用瀑布图方式表示）。比照频谱图，找出相邻频谱图中的差异，只要干扰信号出现就能马上捕获。如果突发干扰信号和正常信号的频谱重叠，则用3.1同频连续干扰信号的监测方法处理后再进行突发干扰信号的处理。

　　3.2.2 突发干扰信号监测方法和实现

　　该方法的主要特点是:数字处理速度快，可以对采样得到的数据进行不间断的高速处理，原理主要是采用软件无线电的理论对收到的信号进行采样，采样后的信号进行实时数字处理，具体流程见图9:

　　最近，美国泰克公司（Tektronix）推出了一款实时频谱分析仪（RSA6100A）,该频谱分析仪可实现每秒48000多次的频率变换，在频域中可以显示最短24μs的瞬变信号，进行实时频谱监测。其DPX（数字磷光体）技术可提供不同灰度等级的画面，不仅可实时显示瞬间频谱，还能显示刚刚出现的信号，为监测人员赢得了察看频谱的时间，有助于监测工作。图10是两张监测突发信号的示意图:

图10 RSA6100A频谱仪监测同频信号结果

　　从图10可以看出，该频谱仪具有测试突发卫星干扰信号的功能。

4 结论

　　通过上述的理论计算和实验研究可知，监测卫星特殊干扰信号的方法是完全可行的。