试论卫星转发式干扰信号的幅频特性

苏向辰阳 张昊哲中国洛阳电子装备试验中心

【文章摘要】

文章主要研究了卫星转发式干扰信号的幅频特性。本文首先构建了卫星转发式干扰信号模型，通过算法关系对其参数进行明确。其次，在该模型基础上分析卫星转发式信号幅频特性，对信号频谱结构与信号之间的关系进行探究。最后，研究了地面干扰设备接收到的信号幅频特性及卫星转发器收到的信号幅频特性，对信号幅频特征进行深入挖掘。文章对卫星转发式干扰信号的研究具有一定的贡献性作用。

【关键词】

卫星转发式；干扰信号；幅频特征

1 卫星转发式干扰模型的构建

卫星转发式干扰框架主要分为两部分结构。在输入过程中敌方发送系统信号与转发式干扰信号均均作用于卫星系统，对卫星系统造成影响。而在输出过程中卫星系统输出到敌方接收系统和转发式干扰系统中，将信号转变形成欺骗性干扰。在该干扰模型中卫星转发式干扰主要实现了敌方卫星系统上层链路的扰乱，其数学模型见图1.

该模型中s3’(t) 和s4(t) 构成了系统的上行链路，其中s3’(t) 为干扰信号（即我方处理后的转发信号）、s4(t) 为我方干扰信号过上行链路后的发射信号；而s2’(t) 和s3(t) 构成了系统的下行链路，其中s2’(t) 为卫星转发器处理后到地面的信号、s3(t) 为地面接收到的信号。

s1(t) 为敌方发射的卫星信号、s2(t) 为干扰后敌方发射的卫星信号。在信号链路系统中存在信号的衰减、损耗及时延等。

2 卫星转发式干扰信号幅频特性分析

卫星转发式干扰信号在不同转发器中幅频数值不同。本次研究过程中我们主要选取高功率放大转发干扰机中的信号幅频特性，对其信号幅频特性变化指标进行研究，其中卫星转发器中的HPA1 及转发干扰机中的HPA2 均呈现线性特征。

卫星转发式干扰信号时域方程为：

s2(t) =s1(t)+s4(t)

s2’(t)= A1s2(t)e-j2πf2t ×hf1(t)

s3(t) =L1hc1s2’(t-d1)+n1(t)

s4(t) =L2hc2s3’(t-d1)+n2(t)

其中A1 为卫星转发器中性线及非线性放大器总增益，A2 为卫星转发式干扰机线性和非线性放大器总增益，L1 和L2 分别为下行、上行链路损耗系数，hc1 和hc2 分别为下行、上行链路通信衰落系数， d1 为时延，n1(t) 和n2(t) 分别为下行、上行链路的噪声干扰。

该计算过程中P1=L1hc1A1、P2=L2hc2A2。将卫星转发式干扰信号转变为频域后，经过不同时延处理信号形式会出现明显转变，其整体信号呈现阶梯式变化（见图2），fc1 为干扰后信号的载频，fc2 为转发后的载频，Bf 为卫星接收机的滤波器带宽，f01，f01+Bf 为被干扰后的卫星信号的带宽范围，f02，f02+Bf 为敌方（或我方）地面接收到的信号的带宽范围。

图2 敌方接收到的信号频谱及我方发射的干扰信号频率

由图可以发现：在等段时间内信号频率分量逐渐上升，其分量增加为fc1+n △ f， 其中n 为第n 个等段时间。超过该频率后的通频带分量会被滤去，反馈信号频谱结构稳定，不再发生任何变化。

3 接收信号的幅频特性分析

接收信号的幅频特性在研究过程中要从地面干扰设备接收到的信号幅频特性及卫星转发器接收到的信号幅频特性两方面出发，要对上述两方面内容进行分别分析，对幅频特征进行观察，从而保证接收信号幅频特性研究的科学性和准确性，提升信号研究效果。

地面干扰设备接收到信号的幅频特性与图2 基本相似，其整体接收信号包括信号和噪声两部分。依照原有数学模型可以得到本次地面干扰设备接收信号s3(t) 为：|s3k(f)|=|N3(k)(f)|+|s3(k)(f)|。

依照延时状况对信号进行拓展，则系统信号开始逐渐拓展，频域下的N(f) 为

在该上述频域式中地面干扰设备接收信号随着时间段的变化逐渐发生转变， 其中模型系统在第2k、2k+1 的时间段内达到最大值（P1P2 为卫星转发式干扰信号模型中的闭环增益）。对闭环增益进行分析时可以发现当P1P2 大于1 时地面干扰设备接收信号s3(t) 幅度变化较快，整体表现为增幅；当P1P2 小于1 时地面干扰设备接收信号s3(t) 幅度变化较慢，整体也表现为增幅。

在研究卫星转发器接受信号的幅频特性时我们仍选取地面干扰设备接收信号研究方法，仍构建频域下公式内容，研究过程相同。卫星转发器接受信号中包括信号部分及噪声部分，在国建过程中也同样要从上述两部分数据出发进行构建，即s2(t) 为：|s2k(f)|=|N2(k)(f)|+|s2(k)(f)|。

在依照上述数据内容构建完成后：

在该上述频域式中卫星转发器接受信号随着时间段的变化逐渐发生转变，其中模型系统在第2k-1、2k 的时间段内达到最大值，信号整体变化趋势与地面干扰设备接收信号变化趋势一致。

4 总结

欺骗性干扰可以造成信号质量降低， 可以通过相似信号内容或虚假信号信息对系统信号进行影像，导致信号的错误认识，干扰信号判断。将该内容运用到卫星系统中可以明显提升卫星系统的保密效果，实现卫星系统的加密，对卫星系统的安全性具有至关重要的作用。在今后研究过程中研究人员要加大欺骗性干扰信号研究，要依照卫星转发式干扰信号特征对该信号进行合理运用和处理，从而保证卫星信息传输效益的最大化。

【参考文献】

[1] 朱林, 方胜良, 孙晓军, 吴付祥. 转发式干扰下卫星数据链效能分析与仿真[J]. 电子信息对抗技术,2014,03:29-32.

[2] 周文炯, 肖宇翔, 朱立东, 吴诗其. 微小卫星转发式欺骗干扰的时延分析和仿真[J]. 电子信息对抗技术,2006,06:27-30.

图1 天地闭环自激系统数学模型048