庞 京，吉日格乐，武迎兵

（国家无线电监测中心，北京 100037）

1 研究背景

卫星通信具有传播距离远、通信容量大、通信质量好、可靠性高等优点，在各行各业都得到了广泛应用。然而，卫星转发器的开放性导致由人为盗用、设备故障等原因引起的卫星干扰案例层出不穷，给卫星用户的正常通信造成严重影响，同时对社会经济造成严重损失。近几年，卫星通信技术飞越发展，干扰信号较以往呈现了短时、无规律等特征，对干扰定位工作带来巨大挑战，因此，实现准确高效的定位是当前亟需解决的问题，开展定位前首先要 熟知影响定位的各种因素。下面对这些因素进行具体分析。

2 定位基本原理

静止轨道卫星信号上行站定位的基本原理如图1所示。卫星上行站对准目标卫星（主星）发射信号时，与主星轨位相隔一定间距的卫星（邻星）也能接收到干扰天线发射的旁瓣信号。定位系统能够计算得到信号经由主、邻星转发并由地面接收站后的时间差（TDOA）和频率差（FDOA），两测量值分别在地球表面定出一条南北向曲线和一条东西向曲线，两线的交点即为目标上行站位置[1]。

图1 双星定位基本原理框图

3 影响因素分析

定位影响因素主要包括选择合适的定位方法、较好的定位邻星、误差较小的定位时刻以及参考源的选用，以及卫星星历精确度对定位结果的影响、目标信号本身特征等。本节对这些因素进行具体分析。

3.1 定位方法

目前，针对静止轨道卫星上行站定位的方法主要有双星时频差定位、双星分时频差定位、三星双时差定位法。由于FDOA测量精度受卫星转发器、星历精度、卫星在轨调姿等多种因素影响[2]，估值精度较TDOA值低[3]，因此利用两TDOA值进行定位的三星双时差方法比双星时频差定位法具有更高的准确度[4]。

对于待定位的目标信号，首先要判断信号为常规调制波还是单载波，单载波由于为周期信号无法测得其TDOA值，只能选用双星分时频差定位模式；若目标信号为调制波，可选双星时频差定位或三星定位模式。

3.2 邻星的选择

3.2.1 主邻星间距

主邻星间距是指主星与邻星之间的距离，即两颗卫星定轨经度之间的绝对差值，差值越大，卫星间距越大。例如，中星6B号卫星轨道位置为115.5°E，中星10号卫星轨道位置为110.5°E，两星间距为5°。

一般情况下，主、邻星间距太小会导致TDOA估值存在较大误差，而间距太大会降低邻星对干扰信号接收质量。在一定距离范围内，卫星间距越大相对速度越大，TDOA估值精度越高，定位结果越准确[5]。通常，对C波段上行信号定位时，综合目标信号质量，主邻星间距一般不超过25°；对Ku频段上行信号进行定位时，主邻星间距不超过15°。

此外，需要注意的是，由于干扰源发射天线有效口径、发射功率大小不固定，可选取的邻星范围会有所不同。如果干扰源发射天线有效口径较小或功率较低，则建议选择与主星间距较小的卫星作为定位邻星。

3.2.2 主、邻星转发器覆盖范围及频率配置

（1）转发器覆盖范围的影响。主、邻星转发器的上下行波束覆盖区域要尽可能一致，需要能够同时覆盖目标上行站、监测接收站以及参考源上行站位置，以确保目标信号和参考源信号能同时被主、邻星接收后转发，并被定位系统接收，这样才能利用定位算法开展定位工作。

由于卫星C波段转发器覆盖范围较大，一般处于国际电联3区的地区或国家开展的卫星通信业务，其C波段转发器波束基本都覆盖3区。因此，从转发器覆盖方面考虑，C波段干扰源定位可选择邻星范围较广，我国的主要民用卫星及邻近国家的卫星均可用作定位邻星。

（2）转发器极化及频率配置。在开展卫星干扰定位工作时，还需要考虑主星和邻星转发器的频段和极化方式，一般要求主星和邻星转发器的极化方式一致、主邻星转发器的本振频率基本相同。否则会由于接收系统接收功率较低，导致无法有效定位。

3.2.3 邻星转发器频谱使用情况

邻星转发器在干扰源发射频段范围内要求无载波占用，如目标卫星A的上行信号频点为6025 MHz、带宽为1 MHz，则用于辅助定位的邻星B在6025 MHz频点处应无载波占用，否则会导致定位失败。目前的定位系统实现了技术升级，具有载波对消功能，能够将邻星上的载波信号进行抵消，可以在一定程度上抵消邻星载波进行定位。

3.3 卫星星历精度

卫星星历（两行轨道数据）由美国Celestrak 发明创立，能够精确捕获跟踪卫星位置、速度等运行状态。卫星星历越精确，计算得到的FDOA和TDOA值就越精确，定位结果也就越可信。目前，定位所利用的星历是从NASA公开网站获取的，精度不高。而对于静止轨道卫星定位，即使星历只有1mm/s的误差，也会导致定位结果几十千米的定位误差。由于卫星星历是既定因素，因此，在卫星干扰定位实际工作中，可通过参考信号校准法以及轨位精确测量对卫星星历进行校准。

3.4 定位时刻

定位时刻的好坏从某种程度上反映了主、邻卫星的相对运动情况，对定位误差进行分析，可得到分析结果如图2所示。图中绿色曲线表示TDOA值误差曲线，橙色曲线表示FDOA值误差曲线，综合绿色和橙色曲线得到图中紫色曲线即为该时刻的定位误差曲线，两个尖峰处表示时刻最差，此时进行定位将导致结果出现很大误差。

图2 双星定位时刻优劣判断

通常情况下，干扰信号出现的时间、频率是不确定的，即使邻星转发器符合定位条件，但若干扰信号的出现时间正好处于两星相对误差较大时段，应尽量避免使用此邻星进行定位。因此在实际定位过程中，定位时刻是否最佳要根据干扰信号出现时刻进行即时分析。

3.5 参考源的选择

双星定位时，需要至少4个参考信号对卫星的星历进行校准。其中一个参考信号的作用是相位校正，用于削弱卫星转发器不稳定引入的相位噪声对频差提取的影响，其应该尽量与干扰源上行站位置接近；其他参考信号用于修正卫星的位置和速度，位置要分布合理，经纬度要足够精确，否则会引入较大偏差，导致定位结果存在很大误差。

3.6 目标信号特征

（1）信噪比。目标信号信噪比不低于10 dB能够较好满足定位条件。低于5 dB的信号认为是弱信号，信号功率较低，旁瓣的辐射功率较小，使得邻星接收到的信噪比较低，这种情况下要提高定位系统处理增益，以获取足够的信号能量用于定位，同时应减小主邻星间距，以确保目标信号能被定位邻星转发。

（2）发射天线方向性。发射天线的方向性对定位邻星的选择有一定的限制，只有主星附近的若干个邻星能接收到旁瓣辐射。一般情况下，天线口径越大，天线旁瓣越小，能够转发信号的邻星越少，导致无法被邻星有效转发。实际定位中提高处理增益无法成功进行相关计算时应减小主邻星间距。

（3）目标静动属性。当目标处于运动状态时（如行驶中的汽车和轮船等），由于多普勒频移引起频差和时间差，影响到定位结果。目标运动速度较小时，对定位结果影响不大，可以忽略；目标运动速度较大时，定位过程中除了要考虑卫星运动带来的频差外，还要考虑目标因自身运动引起的频差对FDOA值的影响。此外，由于目标速度过快引起目标位置变化，还会对TDOA值产生影响。

目标信号的自身特征影响定位时信号采集参数的设置，通常定位系统的处理增益选择71-74 dB，为获取足够的信号能量用于相关计算。若信号信噪比低或天线方向性强，应进一步提高处理增益。

4 结束语

通过以上分析，建立定位任务时，首先根据信号特征、邻星条件选择三星或双星定位模式，邻星选择时要考虑邻星与主星的间距、邻星转发器的波束覆盖范围、转发器的频段占用度、转发器的实际频段占用度等。此外，卫星星历、定位时刻、参考源分布因素会对定位结果的精度产生影响；干扰源信号参数方面如信噪比低需不断缩小主、邻星间距反复定位来提高精度，而目标的动静属性需要根据定位结果进行判断。熟知定位结果的影响因素能够让操作人员在进行实时定位处理时对定位条件进行快速的判断，制定合理的定位任务，实现高效准确的定位处理。