空间谱估计在通信卫星干扰源定位中应用的研究.pdfVIP

空间谱估计在通信卫星干扰源定位中应用研究’ 童新海王华力甘仲民 (解放军理工大学通信工程学院军事卫星通信重点实验室，南京210016) ■耍本文研究了在结合卫星多波束天线模型时，利用空间谱估计方法实现通信卫星干扰泺精确定位 可应用于多波束天线的二堆测向；文中还讨论M7、MUSIC应用于卫星干扰泺定位的性能情况，并得到一 些有益的姑论． 主题词干扰源定位∞^估计卫星多波束天绒空间谱估计 1引言 进入90年代咀来随着卫星通信的迅速发展，地面放意的或无意的射频干扰(RFI)对卫星的正常通 长的趋势。绝大多数RFI的持续时间比较短暂．通过卫星网络控制系统常规的监控措施就可以进行捧除： 但也有少数RFI的持续时间较长，会造成整个卫星通信系统无法正常运行。为了应付这些射频干扰，通 过受扰卫星迅速而有效地实现对地面干扰源位置估计是非常必要的，也是当前卫星通信系统抗干扰一项 新的重要内容√ 由于卫星通信系统不是一个面向定位的系统，采用通信卫星进行干扰定位受到多方面因素的限制， 使得实现起来相当困难。到达时间差(TDOA)定位技术是目前通信卫星系统实现干扰源定位的主要方法 ll，2】，其优点是对整个卫星系统的正常运行影响较小。对于卫星通信系统来说，TDOA定位一般要求由 两颓卫星组网同步相互配合来实现，其中一颗为受干扰的通信卫星，另一颗为可以利用的邻近通信卫星， 这给系统实现带来较大困难． 日本学者松本泰等人介绍了利用工程试验卫星ETS-V[多波束天线进行RFI定位试验的情况【3】，它是 一种基于比较多波束天线接收干扰幅度(比幅法)的定位系统，用两个接收波束独立地扫描，正交配置 在东西(EW)和南北(NS)方向上，通过比较两组波束对接收干扰幅度比来确定波束覆盖范围内的干扰 来波方位角，这种系统的好处就是仅需一颗卫星就可进行干扰源定位，但是对多个干扰源存在的情况下， 将难以胜任，而且定位精度难以提高。 以阵列信号处理为基础的空间谱估计技术【4，5，6】(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．但这些算 法主要应用于线性相控阵或平面阵列相控阵结构。可以设想，将这些超分辨空间谱估计技术应用到卫星 多波束天线上，利用单颗通信卫星的多个波束组成天线阵列，实现对信号源到达角的高分辨估计，可以 很好地解决卫星多波束天线超分辨率DOA估计问题，完成对多个干扰源的高精度、高分辨定位a本文将 MUSIC等空间谱估计方法实现通信卫星干扰源方位角和仰角二维空问精确定位的可行性及性能，研究表 波束天线二维测向，实现对干扰源的精确定位。 2卫星多波束天线结构及数学模型 多波束天线通常是指将馈源阵列置于反射面或透镜天线的焦平面，控制馈源与焦点的相对位置，由 偏焦的各个馈源形成多个不同指向且相互交叉的点波束，它可以实现卫星波束的赋形覆盖。本文就是结 ’国家自然科学基金重点项目资助课题(N 121 台多波束天线结构运用现代空间谱估计方法来进行干扰源定位，下面首先介绍多波束天线的数学模型。 假设多波束天线焦平面上的馈源数目为M(即有M。个波束)，空间有d个窄带辐射源(dM)， k个辐射源的方位角和仰角。 那么第f十波束的输出信号为 d x／(t)=∑q(晚)％O)+吩(0 (1) k个辐射源在第f个波束的响应函数，对于多波束天线，q(0})可用以下形式来表示14】 q(o。)：打掣型 (2) D为天线孔径大小，丑=c／2霸a,o为辐射源信号波长；呜，识】代表第f个波束指向． 将多波束天线接收的M个响应信号写成矢量形式有 x(o=一(0)蕈(f)+席O) (3) 钺哟的d个肘×1列矢量是多波束天线对从d个不同入射方向信号的响应矢量．