文 | 国家无线电监测中心 吕冰 黄伟宁

       摘要：随着数字化技术的发展，宽带采集技术在无线电监测工作中的应用日益广泛。本文分析了传统卫星监测模式存在的部分不足，简要介绍了宽带采集技术并提出了一种新的卫星控守监测模式，通过天线模式的改变、信号的数字化处理，实现对重点目标的常态化监测，提升卫星监测工作主动发现并定位异常信号的能力。

       关键词：宽带采集 卫星监测 干扰源定位 监测天线 控守监测

       0 引言

       随着新一轮科技革命和产业变革的深入发展，国际上围绕卫星轨位和频率资源的竞争不断加剧，无线电频谱资源在支撑数字经济发展和国防建设中的作用更加突出。无线电监测作为无线电管理的重要技术手段，是最直接和有效评估无线电频谱资源使用情况的方式，为频谱资源的规划、分配等行政管理提供决策依据，为国际协调提供技术基础，为干扰排查提供技术支撑。近年来随着卫星业务的快速发展，卫星监测任务数量逐年提升，在精细化、常态化监测等方面提出了更高的要求，日益严峻的电磁频谱安全形势，也给快速侦测异常信号、准确定位干扰源等工作带来了新的挑战。无线电管理技术机构必须加强对现有监测设施资源的优化和整合，探索新的监测模式，不断创新技术应用，逐步实现智能化监测的目标。

       1 传统卫星监测模式

       1.1 传统监测模式系统框架

       传统监测模式主要围绕射频信号开展工作，常见的监测系统框架如图1所示，图中虚线内表示的技术设施建设于室外天线场，其余设备通常位于室内的设备机房中， 宽体箭头表示信号由射频方式传输。

       监测前端的接收天线通常为大口径、多馈源的转台式抛物面天线，在电气性能方面具备多种极化方式切换，波束主瓣窄、增益高等特点，可实现一副天线对多个频段、多种极化方式信号的接收；在机械性能方面，完备的伺服系统可根据待测卫星的轨位计算天线的方位角、俯仰角信息并自动追踪，通过一副天线即可实现对多个轨位目标的信号接收。

       监测天线接收到的信号通过射频线缆、波导等方式传输到机房内，接入射频开关矩阵，随后连接到无线电监测定位的频谱分析、信号处理、干扰定位等子系统。监测人员在开展监测工作时，根据任务需要的待测目标信息，通过转动监测天线指向待测目标，在射频开关矩阵中选择需要的一路或几路信号，将信号传输至后端的各子系统，以实现不同的监测目标。任务处理后的监测数据将被信号数据库保存。

       1.2 传统监测模式的部分不足

       传统监测模式在完成高精度、全目标监测定位任务的同时，也显现出部分问题：一是监测目标数量受制于转台式天线数量，无法满足对多个重点目标的全时段不间断监测需求；二是射频信号由监测天线传输至设备机房，长距离传输会带来较高的信号衰减，对监测灵敏度和定位精度造成一定的影响；三是随着干扰源定位任务中短时突发类干扰信号所占比例的提高，传统模式难以满足快速响应的任务要求；四是信号数据库以统计数据为主，未保留信号的原始数据，不利于监测人员对信号进行深度分析和事后分析。

       2 控守监测模式介绍

       2.1 宽带采集技术

       随着数字化技术的广泛应用和软硬件水平的快速提升，信号采集技术也在高频宽带化方面取得了长足进展， 包括超高速ADC、基于硬件的数字信号处理、信道化方式等技术。目前成熟的宽带采集技术可实现对多路宽带信号的实时采集，同时具备优异的动态范围指标^[1][2]。结合卫星监测与定位工作实际，宽带采集设备可实现对多路宽带信号的同步采集，用于频谱分析、频段利用率和频道占用度统计、目标信号侦测分析、干扰信号预警等工作；利用信道化技术，将宽带信号中的多个目标信号通过多路DDC滤波进行分离，用于目标信号的深度分析处理、卫星干扰源定位等工作。

       2.2 控守监测天线的选择

       为实现对多颗重点卫星的实时控守，新模式下的监测天线也需要进行一定调整。传统模式下的监测天线需兼顾不同的覆盖范围，需要极高的灵敏度和优秀的机械性能。在控守监测模式下，重点控守目标通常为我国的静止轨道卫星，监测地点已具备良好的信号接收条件，因此，控守模式可选择相对小口径的接收天线，日常工作中天线固定朝向同一位置，只需在更换控守目标时具备简单的机械调节能力即可。基于以上考虑，控守模式可使用成熟的用于卫星信号接收的小口径半固定式抛物面天线，该天线既可满足信号控守接收的需要，也可极大降低单个天线的建设和维护成本，符合工程实现的实际条件。

       2.3 系统框架和控守监测流程

       基于以上硬件基础，本文提出的卫星控守监测模式系统框架如图2所示。其中单个虚框表示一副天线内的设备连接结构。该模式使用多副小口径半固定式天线，每副天线对应监测一颗重点卫星。天线接收到的信号通过下变频转换为统一标准的中频信号（通常为L频段），而后接入宽带采集卡进行数字化处理，系统根据任务需要输出全频带信号或多路目标信号。整个过程可在天线端设备完成， 采集后的数字信号通过数据传输链路接入设备机房的信号处理子系统、数据库等。在控守监测工作中，系统通过设定频谱判定参数，转化生成频谱模板，当监测到的信号与模板匹配存在异常时，系统将触发告警并自动保存异常目标出现时采集到的原始宽频信号，同时通过多路DDC 的信道化处理，对异常信号所在的一个或多个频段进行重点采集和存储。采集到的信号可应用于静止轨道卫星自动化干扰定位工作^[3]，实现对异常信号的快速识别与发现、监测引导定位的卫星监测自动化。当监测信息与模板匹配无异常时，系统仅需保留频谱数据即可，原始数据可按照一定的时间间隔保留并设置有效时限，系统自动释放过期数据以节省存储资源。控守工作模式及异常发现判定流程如图3所示。

       2.4 控守监测模式的优势

       控守监测模式符合无线电管理工作精细化监测的工作要求，可常态化掌握重点目标的发射参数等指标，准确掌握频谱使用效率，及时发现异常信号，解决了短时突发信号引起干扰的信号捕获难题，极大提高监测工作的自动化水平；将信号采集设备前置于天线接收端，从根本上消除了长距离射频信号传输带来的损耗，在提高监测精度的同时也可在实际应用中解决天线场地与设备机房间的距离问题，灵活布局监测天线。在干扰源定位工作中，传统的窄带采集模式在采集干扰源信号和参考源信号时受硬件资源限制，只能依次在不同的时刻完成，而宽带采集模式下， 多路DDC 可在同一时刻完成采集，有效消除参考源不同步采集带来的近似误差及变频器晶振稳定度误差，有效改善定位系统的定位精度^[4]。目前，常规的射频信息实时分析已无法处理部分复杂的无线电干扰，控守监测模式采集的原始数据包含了完整的信号信息，可用于信号的时域、频域、调制域等多维度分析。对于复杂信号特别是短时突发信号，监测人员可对信号进行事后分析。

       3 结束语

       新时期无线电管理工作给卫星监测提出了更高的要求，为实现对重点卫星的实时控守，本文介绍了宽带采集技术，结合半固定式天线阵和基于数字化的信号处理技术提出了一种卫星控守监测模式，该模式可进一步提高监测数据的完整度，提升快速发现并定位异常信号的能力。

       参考文献：

       [1] 丁宏毅. 电磁频谱监测中的宽带实时信号采集系统设计[J]. 微处理器, 2015(5):88~91,96

       [2] 彭艳. 基于射频直采的宽带数字采集系统[J]. 电子信息对抗技术, 2018(5):80~84

       [3] 魏梅英. 静止轨道卫星自动化干扰定位方案[J]. 电讯技术, 2017(1):39~44

       [4] 李思静. 简析两种不同数据采集方式对卫星干扰源定位性能的影响[J]. 数字通信世界, 2020(12):55~57