卫星网络干扰信号的监测与定位技术

　　到达时间差( TDOA) 干扰源定位技术目前已经在民用卫星通信系统中应用。到达时间差定位也称为双曲线( 面) 定位，它是通过处理信号到达多个接收站之间的时间差来确定目标位置，从几何意义上理解是从多个等值测量的定位双曲线( 面) 来寻找其交点。TDOA 定位一般是由处于相同轨道的两颗卫星相互配合来实现，其中一颗为受干扰卫星，另一颗辅助卫星是可以利用的邻近卫星，如图4 所示。

图4 卫星干扰源定位原理

　　在三维空间坐标系中，利用2 颗卫星接收干扰信号的TDOA 定位方法只能够确定干扰源所在一条双曲线，而无法确定干扰源的确切位置点，这就是TDOA 定位的模糊问题。为了精确测量干扰源的空间位置，还必须采取辅助测量措施。例如利用到达频率差( FDOA) 测量信息，或采用干涉方法解模糊等。在实际应用中，地面干扰信号泄漏至相邻卫星的功率往往是十分微弱的，比正常接收信号电平一般要低30~ 40 dB，采用传统的信号检测方法是无法检测的，因此地面监控站需要采用弱信号相关检测等高灵敏度接收技术，至少具有60 dB 以上的处理增益。

　　测向定位是最早出现且广泛应用的一种定位方法。对处于中、低轨道卫星，由于能够利用星地之间的相对运动信息，实现测向定位要相对容易些。但对于地球同步轨道卫星，上述连续测向方法就不再适用了。结合卫星天线多波束特性来测定干扰源的空间位置，是近年来卫星干扰源技术的一个发展方向。日本通信综合研究所( CRL) 的研究人员通过工程试验卫星ETS- VI 的S 波段多波束相控阵天线进行了干扰源定位实验，其定位方法为单脉冲比幅测量; 同时他们还进一步研究了用于抑制干扰信号的自适应波束形成技术。

　　测时差定位技术的优点是对整个卫星系统的正常运行影响较小，但它要求2 颗卫星能同时接收到干扰信号电平，否则就无法正常测得干扰源位置。

　　测向定位技术无需其他卫星协助，仅利用受干扰卫星就可以实现对干扰源的定位。但传统测向方法( 如最大信号法等) 的定位精度较低，应用范围受到限制。以阵列信号处理为基础的空间谱估计技术( 如最大似然估计法、特征分解方法以及熵谱估计法等) 突破了瑞利极限，具有很高的估计精度和空间分辨性能，可同时对多个辐射源进行定位。但其在进行方位搜索时需要巨大的计算量，且天线模型误差及天线指向误差对定位精度影响较大。

　　2.2 星载干扰源监测与定位技术

　　卫星干扰源定位是地面干扰源定位技术在卫星领域的应用，但有别于地面干扰源定位技术。

　　首先，定位设备的载体不同，地面干扰源监测与定位系统可以是车载的，也可以是固定站; 而星载干扰监测与定位系统则受到体积、大小、重量以及功耗的限制。其次，二者侧重点不同，多径效应的影响是地面干扰监测与定位要解决的重点问题之一，而星载干扰监测与定位系统则无需考虑。三是所采用的天线形式不同，地面干扰监测与定位系统一般用无方向性天线组成天线阵来进行测向，而星载干扰监测与定位系统一般采用多波束天线，前者假设各天线阵子接收到的信号是等幅的，它利用信号入射角不同而在各阵子上引起的相位差不同进行测向，而星载多波束天线一般不考虑各波束接收到的信号相位差的影响，它是利用各波束接收到的信号幅度不同进行测向定位。

　　以空间谱估计原理为基础的先进测向技术可以有效解决密集信号环境中多个辐射源的高分辨率、高精度测向定位问题。

　　卫星天线采用多波束天线。常用的空间谱估计方法有最大似然估计法、模型参量法以及特征分解法等。其中，以MUSIC 算法为代表的特征分解方法自提出以来一直受到人们的高度重视，至今仍代表空间谱估计技术发展的主流方向。其理论基础是利用阵列采样数据的协方差矩阵，在构造( 伪) 谱函数时引入信号子空间及噪声子空间的概念，并充分利用两者之间的正交性进行辐射源的到达方向( DOA)估计。与常规波束形成方法不同的是，特征分解方法可以突破天线瑞利极限的限制，实现方位角/ 俯仰角的二维参数估计，具有极高的估计精度和超分辨率等优异性能。