摘要 

    立足于遥感卫星地面站接收系统装备现状，针对周围复杂电磁环境可能给地面站业务执勤带来的影 响，开展了相应的电磁干扰与抗干扰技术研究。最后从技术层面和操作层面对地面站系统抗电磁干扰策 略进行了初步探讨，供后续星地接收系统建设参考。 

关键词：  卫星地面站；复杂电磁环境；电磁干扰；抗干扰技术 

Abstract 

    Based on the status quo of the remote sensing satellite ground station receiving system equipment, aiming at the possible impact of complex electromagnetic environment on ground station operational duty, the corresponding electromagnetic interference and antiinterference technology research is carried out. Finally, the anti-EMI strategy of ground station system is discussed from the technical and operational levels in order to provide a reference for the follow-up construction of satellite-ground receiving system. 

Keywords：  satellite ground station; complex electromagnetic environment; electromagnetic interference; anti-interference technology

引言 

    遥感卫星通过 CCD 相机、红外扫描仪、合成孔径 雷达等星上载荷获取目标特征信息，并对信息进行数字 化处理和调制、变频放大等，变换成适合空间传输的微 波信号发送到遥感卫星地面站的首要环节—地面接收 系统。 

    受卫星重量的限制，星上发射机的功率一般只有几 瓦至几十瓦，同时卫星发射天线的增益也不高、等效全 向辐射功率 EIRP（Effrctive Isotropic Radiated Power）通 常较小，卫星下传信号远距离传输几百甚至几万公里后 最大衰减近 200 dB，最终到达地面站的信号极其微弱， 这就需要地面站接收系统具有极高的灵敏度及很强的抗 干扰能力 [1]。

1 地面接收系统组成及要求 

1.1 组成 

    遥感卫星地面站接收设备通常分为天伺馈和信道 两部分，天伺馈部分主要包含接收天线、馈电网络、控 制单元、监控单元以及相关配套设备 ；信道部分一般由 低噪声放大器、传输放大器、下变频器、中频放大器、 切换单元、解调器等设备组成。图 1 为典型遥感地面站 接收系统信号流程图。 

1.2 接收信道技术要求 

    卫星下行信号到达地面接收站天线时极其微弱，为保证信号质量，地面站接收设备的放大器应尽量避免引 入附加噪声 [2]。地面站接收信道应满足以下要求 ：

（1）低噪声 

    接收机内部的噪声是影响接收灵敏度的重要因素， 为保证地面站获得系统所要求的品质因数 G/T 值 ( 天线 系统增益 G 与接收系统噪声温度 T 之比 )，接收机内部 的噪声要尽可能地小 [1]。 

（2）工作频带宽 

    目前，遥感卫星数据下传链路主要工作在 8~9 GHz 的 X 波段，为实现信道高容量及数据高速率下传，要 求地面系统应具备较宽的信道带宽。 

（3）高增益 

    卫星信号通常要经过 100~120 dB 放大才满足解调 要求 [1]。 

（4）高稳定性、高可靠性 

    高稳定性主要指接收系统增益的稳定，每天的增益波动一般在 3 dB 以内 ；高可靠性是根据卫星的工作特 点而定，地面接收站的可靠性要求通常为 99.5% 以上 [3]。

2 地面站电磁干扰现状分析 

    地面站建设选址一般在市郊、农村，以尽量避开 地面的各种干扰源，站址周围通常有遮挡角度较低的各 种山丘、地物等。随着社会的发展，工业和民用无线电 设施激增，电磁环境日益复杂，对地面接收站造成了越 来越严重的干扰。调研发现，大部分地面站接收系统主 要通过各级变频器的带通滤波器滤除带外干扰信号，带 内同频干扰几乎没有消除手段。 

    干扰对地面站接收系统的影响主要表现在 ：一是严 重影响了地面接收系统正常的业务运行。遥感卫星地面 接收系统对于接收信号质量，特别是天线跟踪精度、数 据接收误码率以及信噪比等指标有着严格的要求，S 波 段的干扰将导致该波段信号电平降低，天线自跟踪精度 下降，甚至不满足 S 波段自跟踪门限指标，无法实施自 跟踪 ；X 波段干扰会导致信噪比降低、数据误码率显著 上升，图像噪声变大、质量下降，甚至无法识别图像。 二是降低部分电子元器件的使用寿命、系统可靠性 [4]。 地面接收系统是大量易受外界干扰的电子元器件精密结 合而成的大系统。强干扰情况下，元器件长期运行于非 线性饱和状态，其承受的电流和电压往往超出正常运行 指标，长此以往会缩短电子元器件使用寿命，危害设备 安全 [5]。

3 地面站抗干扰手段 

    当干扰频率与接收信号频率相同或者相近时，干扰 信号全部或绝大部分通过跟踪或数据接收信道的频率选 择回路进入接收机，成为同频或邻频干扰。干扰噪声达 到一定强度时，即使其远离接收信号频率，由于接收信 道高频低噪声放大器、变频器的非线性，将产生若干新 的频率成分，这些频率成分有可能落入中频通带内，引 起多种干扰，通常表现为阻塞干扰、组合干扰等 [6]。以 下从技术和操作两个层面梳理地面站抗干扰手段。 

3.1 技术层面 

    地面站抗干扰技术主要有 ：屏蔽抗干扰技术、信 道编码抗干扰技术、旁瓣对消技术等 [7-9]。其中，屏蔽 抗干扰是最直接有效的技术手段，可以有效降低电磁干 扰对电子元器件的影响，避免由于电子器件性能改变而 引入的二次干扰。对于地面设备来说，屏蔽抗干扰能够 有效抑制和消除可能存在的各种电磁干扰，对提高地面 接收系统的抗干扰能力、可靠性和稳定性有显著效果。 信道编码抗干扰技术主要应用于遥感数据传输链 路，能有效避免信号在通信信道传输过程中受到外界干扰等因素的影响。信道编译码技术采用增加冗余信息等 方法使通信信号之间产生依赖关系，形成内部约束，以 此提高信号的抗干扰性。目前遥感卫星系统的数传信道 主要采用 RS 编码，其纠错能力有限，无法满足复杂电 磁环境下对抗瞬态强干扰的要求，但部分新发射的高分 辨率卫星的数传信道编码已经开始使用卷积码和 LDPC 编码技术，取得了良好的抗干扰效应。 

    旁瓣对消技术在新型阵列天线方面有着比较重要 的应用，以地面接收天线为例，自适应旁瓣相消（SLC） 系统的阵列天线可按一定规则分为主阵和子阵，主阵（主 天线）接收方向图的主瓣（主波束）方向性很强，主瓣 宽度很窄，各旁瓣增益相近且比主瓣低许多，因此用主 瓣确定目标的方向；子阵（辅助天线）的主瓣相对较宽， 其主瓣附近小角度范围内的增益可假定与主天线旁瓣增 益相当。改变阵列天线各阵元的权重，使得天线主波束 对准信号来源方向 ；计算对消权值，使天线方向图在干 扰方向形成零陷，通过加权相消，消除经主辅天线进入 的干扰信号，实现旁瓣干扰抑制 [9-10]。

3.2 操作层面 

    数据接收任务成功率和数据质量的提高既要有效 利用现有技术手段，也要在操作层面总结干扰的判断分 析方法及探索多地面站间的联合抗干扰机制。 

3.2.1 干扰的判断分析方法 

    准确有效的干扰情况分析是实施抗干扰措施的前 提，结合长期业务执勤的经验，梳理干扰作用于地面接 收设备后的异常表象，总结出执勤中常用的干扰判断分 析思路，如图 2。

常用的干扰判断分析方法 ： 

（1）利用频谱仪观察跟踪捕获带宽内的载波情况， 如包含其它杂波则可能有带内干扰 ； 

（2）在综合基带上观察多普勒跟踪频率的变化，低 轨道卫星的径向速度 3~7 km/s，根据多普勒频移计算公 式，正常的多普勒频率变化在几 kHz 到 120 kHz 之间， 如果接收机多普勒跟踪频率异常，说明存在异常锁定， 可能存在邻频干扰等 [11]。 

（3）观测天线运动速度、驱动电流、误差指示，若 出现天线偶发性振荡、驱动电流满负荷工作，表明接收系统处于非正常工作状态，有受到压制干扰或欺骗干扰 的可能。 

（4）当前，在轨卫星的轨道状况预报比较准确，如 自动跟踪观测的卫星实际轨道与引导轨道存在较大差 别，可能存在空间链路干扰。

 3.2.2 地面站间的联合抗干扰机制 

    抗干扰是一个系统性的问题，统一协调地面接收 系统，构建共同的抗干扰机制，将更有利于系统的稳健 运作。地面接收系统联合抗干扰，就是各卫星地面站根据其电磁环境态势及运行装备功能特点，通过规避调整 来优化任务流程和装备操作方法，进而形成一套系统的 复杂电磁环境下地面站高可靠性运行的方法、策略。 

    图 3 为地面站联合抗干扰机制框图，收到数据接收 任务后，地面站进入任务准备状态，首先利用单站宽带 电磁环境监测系统配合接收天线系统实施全天时、全天 候电磁环境监测，生成站址周边电磁频谱态势图，然后 根据以上监测结果并考虑不良天候条件的影响进行电磁 干扰综合分析，判断数据接收系统是否稳定处于执行任务所要求的安全状态。若电磁干扰使数据接收系统的正 常运行存在风险，则立即进行干扰查处，同时采取抗电 磁干扰措施。多次循环以上步骤，主动将数据接收系统 的运行风险降至最低。若以上操作效果不佳，则向上级 申请由异地站进行数据接收。 

    卫星入境后，首先观察 S 波段遥测信号是否满足要 求，若 S 波段遥测信号干扰低于门限，则确定本站实施 遥测数据接收 ；否则，主动放弃遥测数据接收。然后观 察 S 波段跟踪信号干扰是否低于门限，若满足要求，则 进入 S 波段自动跟踪状态，若 S 波段自动跟踪状态不稳 定，则自动转入程序跟踪 ；若 S 波段跟踪信号干扰高于 门限，但 X 波段干扰低于门限，则尝试 X 波段信号自 动跟踪 ；若 X 波段信号自动跟踪状态不稳定，则由自 动跟踪转为程序跟踪。成功跟踪到卫星后，检查 X 波 段数据干扰是否低于门限，若满足要求，就实施遥感数 据接收，并对接收数据处理、传输，最后生成任务完成 评估报告。

4 结语 

    遥感卫星地面接收系统是个高精密的复杂系统，影 响信号接收质量的因素很多，制定有效的抗干扰策略是 项系统性的工作，应针对站址周围电磁环境及干扰信号 的实际情况采取不同的抗干扰措施，在积极增强系统抗 干扰能力的基础上，不断完善单站规避干扰的接收方案、 建立健全多站联合任务规划和协同接收机制，完成好数 据接收任务。

61768 部队 陈涛 胡建华 熊珑 杨洋

参考文献 

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[5] 李戈 , 张艺臻 . 提高电子元器件使用可靠性的方法 [J]. 数 字通信世界 , 2016(3): 183. 

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[10] 朱明 , 郝志梅 . 机载脉冲多普勒雷达的自适应旁瓣对消实 现方法 [J]. 火力与指挥控制 , 2016, 41(3): 140-144. 

[11] 桂永胜 , 吴炜玮 , 铁伟涛 . 卫星早期轨道任务中测控站跟 踪异常的应急处理 [J]. 飞行器测控学报 , 2007, 26(5): 38- 42.

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