通信卫星干扰源定位 (3)

基于时延差和频移差参数的通信卫星干扰源定位方法

摘要

关键词：

1.问题重述

1.1 研究意义

随着对卫星通信既可提供实时的，也可以提供存储-转发的延时通信服务工具的日益加深的认识，卫星通信已经进入了军事侦察、通信广播、电视直播、导航定位。气象预报、资源探测、环境探测和灾害防护等国防和民用的各个领域，而令它已经成为了不可或缺的通信手段。但卫星对地静止轨道只有一条，随着卫星通信业务的迅速发展，竞争更加激烈，有限的轨道资源变得更加紧张，电磁环境也将更加恶化。卫星通信系统是一个开放式的系统，具有覆盖面广和信道“透明”的特点。它公开的暴露在空间轨道上，又生存在这样一个濒繁复杂的电磁环境中，所以它很容易受到干扰甚至摧毁，并且很难查出干扰源

所以，当我们受益于它覆盖过大、不受地理条件限制、通信频带宽、容量大、激动灵活等众多优点时，容易受到自然现象、设备故障、临星干扰、人为原因，又或是它们彼此之间相交叉等各种干扰这一弊端也就不得不引起我们的注意，因为它很大程度上影响了通信卫星的正常运行，继而扰乱了我们的正常生活。

虽然一些国际组织和各国卫星公司进行轨道、频率和功率的分配和协调，但是仍未完全避免卫星通信受到干扰，众所周知的最近几年相继发生的中央电视台第一套卫星节目受干扰；深证证券交易所、国家地震预报监测网通信受干扰；法轮功攻击鑫诺卫星等时间便是明显的例证。

对卫星非法访问，给卫星的运营商和用户造成了严重的影响。未经授权地向卫星发射通信信号或载波，能够干扰卫星上一个或者多个转发器的正常业务，使通信质量下降。如果干扰信号功率足够大，还可能造成卫星上合法业务的中断。全球每年较大的卫星通信干扰事件达到几千次之多，而且随着卫星通信业务量的增加，地球同步卫星轨道的拥塞，这个数目还会逐渐地增加。这种干扰主要来自人为错误或设备故障，也不能排除蓄意窃取转发器资源或者恶意阻断业务。

目前，为了进一步提高卫星干扰源的定位精度，还需要对干扰源测量方法进行深入的研究。完善我国卫星干扰源定位系统，这对于我国的卫星广播通信及其它卫星应用的正常运行和信息安全有重要的作用[6]。

1.2 卫星干扰源定位的用途

对卫星的干扰一般分为有意干扰和无意干扰两种情况[1]，不论哪种情况都需要准确知道干扰源的位置和干扰频率，所以卫星干扰源定位系统在解决卫星无线电频率冲突问题上有十分重要的作用。随着信息化时代的到来，国内外都很重视信息安全问题。特别是卫星广播电视系统的安全问题日益受到政府部门的重视，

随着通信卫星的迅速发展，地面故意的或者无意的射频干扰对正常通信广播的威胁也在日益增加，通过卫星干扰源的定位可以保证广播卫星正常运行，在最短时间内排除干扰，对保证政府为百姓建立和谐社会也有着重要的意义。我国的定位系统的定位精度可以达到短半轴12公里、长半轴60公里的椭圆范围。可以在20分钟内捕获干扰信号，定位时间为一个小时左右。通过卫星干扰源定位系统，可以保护我国在轨通信卫星的运行安全，一旦卫星转发器被非法盗用、或被地面的发射源所干扰、可迅速确定地面发射源的位置，消除干扰。同时可以从根本上打击和威慑恶意干扰、偷用转发器的不法分子的嚣张气焰。这对于我国的卫星广播通信及其他卫星应用的正常运行和信息安全有重要作用[9]

1.3 本文要解决的问题

根据题目要求，论文在解决干扰源定位问题时要完成如下四个问题：

（1）根据时差(TDOA)和频差（FDOA）运用双星定位系统原理确定出静止干扰源的位置，给出其明确的位置坐标和经纬度。

（2）研究干扰源定位过程中可能产生的误差对干扰源定位精度的影响，并用定量分析方法进行明确的定义。

（3）对引入的三个参考站按照定位干扰源的方式进行定位，完成定位后与所给的参考站精确位置进行比对，来确定该干扰源定位方式的定位精度。

（4）用参考站的数据信息和移动干扰源的数据信息，定位匀速直线移动干扰源的每一时刻的位置并求解其速度。

2.问题分析

2.1 问题重要性分析

通信卫星系统的干扰源定位技术是在非协同(Non-cooperative)的条件下实现对未知干扰源的空间定位，它与目前应用广泛的全球定位系统(Global Positioning System，GPS)有着本质的区别。由于卫星通信系统不是一个面向定位的系统，其采用通信卫星进行干扰定位受到多方面因素的限制，使得实现起来当困难，目前，卫星通信系统实现干扰源定位的主要技术的途径有：

（1）基于信号到达时间差(Time Difference of arrival，TDOA)定位技术，即测时差定位；

（2）基于信号到达角(Angle of arrival，AOA)定位技术，即测向定位；

（3）结合通信卫星多波束天线，基于空间谱估计获取干扰DOA（Direction of arrival）信息定位技术；

由于其实际测量定位参数的方法存在误差，因此会造成一定的不可避免的定位误差，一般首先是通过测量计算，得到干扰源所在的区域，然后在确定区域内，配备全频段车在移动定位系统，扩大其地面搜索干扰源的范围，从而进一步提高了定位的准确性和实效性。

目前我国定位系统的定位精度可以达到短半轴12公里、长半轴60公里的椭圆范围。并且可以在20分钟内捕获干扰信号，定位时间为1个小时左右。而英美双星的定位范围也是一个椭圆形区域，在95%的情况下其典型定位精度达到10-20 公里，DERA系统一般可以在15分钟获得干扰信号，TLS2000系统可以在30 分钟左右获得干扰信号。定位时间为1小时左右。而当信号很弱，或者干扰信号没有调制时将会增加定位数据的获取时间。所以提高定位精度，缩小定位区域范围并减少定位时间是干扰源定位系统需要进一步进行的研究工作。

双星定位法的概念在中国是由陈芳允院士于20世纪80年代初期提出来的，国际上称此为卫星无线电定位业务(Radio Determination—Satellite Service，简记为RDSS)。美国的Geostar公司和欧洲的Locstar公司也曾一度从事RDSS系统的研制工作

通信卫星系统的干扰源定位技术在应用中会出现很多问题，而通过解决这些问题，建立起精准的同步轨道通信卫星地面干扰源定位系统，可以保护我国在轨道通信卫星的运行安全，一旦卫星转发器被非法盗用、或被敌国地面的发射源所干扰，我国可用最短的时间准确地确定地面发射源的位置，消除干扰。同时可以从根本上打击和威慑恶意干扰、偷用转发器的不法分子和敌对国或敌对势力的嚣张气焰。这对于我国的卫星广播及其他卫星应用的正常运行和信息安全有重要的作用。

2.2 问题思路分析

分析题目可知，本文有四个题目，题目之间关联性很强。问题一是全文的基础，对干扰源的定位的方式决定了整篇文章的优劣；问题二是对问题一的延伸，通俗的来说问题二是对问题一中定位方式的灵敏的分析；问题三用参考站作为干扰源确定问题一的定位方法的定位精度；问题四加深了整个问题的难度，干扰源并不是静止的而是移动的，所以要综合参考站的数据求解移动干扰源的位置，进而求解干扰源的速度。问题思路详细分析如下：