中国通信广播卫星公司总工 闵士权
随着信息化社会的到来，国内外都很重视信息安全问题。卫星广播电视系统是信息系统的一种，它也有信息安全问题。早在2002年，我国有关卫星广播电视系统曾多次受到非法信号恶意干扰，造成严重后果，如何保障卫星广播电视的运行安全和信息安全问题已引起社会的普遍关注。卫星广播电视的安全是关系国家政治、经济和社会意识形态的头等大事。为了确保卫星广播电视节目的播出、传输和接收的安全，对现有系统的地面设备应进行安全改造，对未来卫星和地面设备的研制应有抗干扰能力和安全措施。
对于静止轨道商业通信广播卫星而言，可以将干扰分为两种类型：无意干扰和有意干扰。有意干扰又分两类：信道干扰和内容干扰。信道干扰是降低正常信号的信噪比，用噪声来淹没信号；内容干扰是破解信道信号后，加入干扰内容，进行内容的偷换。
无意干扰
无意干扰大致来自以下三种途径：
（1）来自静止轨道卫星网络干扰。它是因静止轨道／频率资源紧张而造成的相邻轨道位置同频率工作卫星通信网络之间的干扰。这种干扰可以通过卫星网络间的技术协调等措施来解决。
（2）来自非静止轨道卫星网络干扰。它是因与静止轨道卫星网络同频率工作的各种非静止轨道卫星网络一起运行而引起的干扰。这种干扰通常是对非静止轨道卫星系统参数进行约束或采用其它措施来解决。
（3）来自地面通信网络干扰。它是因与静止轨道卫星网络同频率工作的各种地面通信网络一起运行而引起的干扰。这种干扰主要通过频率和空间隔离及技术协调等措施来解决。
有意干扰
有意干扰亦称人为干扰。一般包括以下几种类型：
（1）盗用转发器频率／功率资源。干扰方利用上行地球站天线，对准选定的某颗静止卫星，发射已调制的射频信号，盗用该卫星转发器的频率／功率资源，以进行非法信号的传输。这种情形一般发生在空闲转发器频带上。此种干扰较常见。
（2）破坏卫星转发器正常信号传输。干扰方利用上行地球站天线，对准选定的某颗静止卫星，发射已调制或未调制的大功率射频信号，阻塞该卫星的转发器，以使正常的信号传输不能进行或传输质量下降。
（3）强行卫星转发器传输非法信号。干扰方利用上行地球站天线，对准选定的某颗静止卫星，发射比正常信号功率大得多的已调制的射频信号，强行卫星转发器传输非法信号，并在破译密码基础上使用户接收机收到非授权的非法信号所含的图像等信息。
（4）干扰地球站正常信号接收。干扰方利用大功率无线电发射设备，对某颗静止卫星的下行信号直接进行干扰，使对准该卫星的相关地球站不能收到正常信号或接收质量下降。这种方法（例如利用置于轨道上的星载干扰机）要达到有效干扰，技术复杂，代价太大，一般不可取。
建议
为做好卫星广播电视安全工作，可从卫星、上行地球站和节目发送和接收的条件接收装置三方面采取改进措施。这些措施技术成熟，行之有效，适用于当今卫星广播电视系统地面设备和新建的卫星广播电视系统。现分述如下：
（1）卫星。改进措施有4条：适当减小卫星全国波束接收天线覆盖区；增设可移动单点波束接收天线；增设固定多点波束接收天线；合理设计转发器接收机增益变化范围和最小值。这4条适用于下一代卫星，可在下一代卫星设计中研究使用。
（2）上行地球站。改进措施有2条：使用大功率发射机和高增益发射天线；使用大功率MCPC上行信号推至转发器饱和点。这2条改进措施与调节卫星转发器增益相结合，正是现有卫星通信广播系统抑制干扰采用的主要方法。在下一代卫星广播电视系统中可继续采用并使其完善。
（3）条件接收装置。改进措施有2条：对电视信号加扰和加密；对电视信号的节目源增设加密认证。这2条改进措施对现有的和未来的卫星电视节目的发送和接收系统都可采用。
干扰源双星定位技术
当卫星受到不明干扰源侵袭时，一般都需要通过技术手段查明干扰源的准确位置，以便配合行政手段打击干扰卫星的非法行为。
对静止轨道通信广播卫星的干扰，双星定位法是目前定位不明干扰源位置的主要方法。
这种定位法我们国家研究使用较早。亚太通信卫星有限公司和中国通信广播卫星公司合作研究双星定位技术曾取得较好成果，并用此技术查明了干扰某卫星不明干扰源所处的地区。由于他们仅仅测量了干扰信号到达双星的时间差（对应为距离差），又使用时间和频率测量精度均较差的频谱仪进行定位测量，因此不能精确定位。
英国和美国对双星定位技术研究投入了大量人力和物力，他们不仅测量了干扰信号到达双星的时间差，而且测量了干扰信号到达双星的多普勒频率差，并最终生产出专用测量设备和测试程序，其系统定位精度有较大提高，定位范围可达几百平方公里。如果在此区域内增设一个参考站进一步校准测量误差，其定位范围可缩小到100平方公里以内。
（1）系统组成
整个定位系统由两颗卫星（一颗受干扰星、一颗可以利用的邻星）、检测站、参考站和干扰源组成。
图一 干扰源双星定位系统
检测站由接收站1、接收站2以及信号合成和处理装置组成。通过接收站1和2分别接收两颗卫星的信号，经合成后，先提取干扰源至两颗卫星的时间差（对应距离差）和多普勒频率差（对应相对运动速度差），再经数据处理解算出干扰源的位置。参考站用来校准系统测量误差，可以利用现有的地球站。相邻卫星用来与受干扰卫星一起实现双星定位。对它的要求是与受干扰卫星的角距适宜，星上有与受干扰卫星相同频段和相同极化的转发器。
（2）双星定位原理
从理论上讲，本系统如果能分别测量或计算出干扰源信号到达两颗卫星的时间（对应为距离），就可以测定干扰源的地理位置；实际上，本系统干扰源是被查对象，此法不能实现。不过，我们可以用间接方法通过测量和计算获得干扰源信号分别到达两颗卫星的时间差来定位干扰源所在的区域。
从几何学知识可知，给定一个干扰源至两星距离差的确定值，干扰源在空间所在点的集合是一个双曲面，该曲面的焦点是两星的位置。曲面与地球表面交线上所有点都可能是干扰源的站址。
实际测量中，干扰源信号到达两星的时间差（上行时间差）是通过测量干扰源信号分别经两星转发到达检测站（图中接收站1和2）总时间差（上下行总时间差）减去两星到达检测站时间差（下行时间差）获得的。对获得数据通过工程方法进行处理可确定干扰源所在地区。此即为上述中国式双星定位原理。
英美双星定位原理有所改进：除了测量干扰信号上行时间差，还增测了干扰信号上行多普勒频率差。通过时间差在地球表面上定出一条类双曲线带，通过多普勒频率差在地球表面上定出一条与纬度线走向类似的曲线带，以上两条曲线带交织出一个椭圆形区域。此区域即为干扰源所在区域。此种双星定位法定位精度典型值为10-20公里（椭圆，95%概率）。
（3）弱信号相关检测原理
如图一所示，在干扰源对卫星进行干扰时，干扰源发射天线将其天线方向图主瓣对准要干扰的卫星，其副瓣将同时指向相邻的卫星。因此可以对受干扰卫星和邻星转发的干扰信号一起检测，对干扰源进行双星定位。由于干扰信号通过副瓣发射到邻星，邻星接收到的信号很微弱，必须采用相关处理技术对弱信号从噪声中进行提取。干扰源发射的信号，分别经过受干扰卫星和邻星转发，检测站的两个接收站分别接收到对应的两路信号。由于两颗卫星传播路径不同和运动速度差异，导致接收到的两路信号之间有一定的时延差和多普勒频率差。但是，由于接收到的两路信号来自同一个干扰源，所以是同一信号的两种形式。针对上述检测站接收的信号特性，在干扰源定位系统中，采用频率和时间的相关处理技术来检测微弱信号, 信号经过相关后，弱信号能够从噪声分量中分离出来。工作过程如下：
设Δt和Δf分别表示两路信号之间的时延差和多普勒频率差，在不同的Δt和Δf的取值下，相关函数Λ（Δt，Δf）的值不同。当Δt等于两路信号之间的传输时延差，Δf等于两路信号之间的多普勒频率差时，相关函数Λ（Δt，Δf）有最大值。因此，测量过程就变为寻找Λ（Δt，Δf）函数的最大值。最大值出现时对应的Δt和Δf的值，即为两路信号之间的时延差和多普勒频率差。然后将得到的Δt和Δf的最大值送往计算机进行解算，即可确定干扰源的位置。
（4）差分法消除系统误差原理
地面站接收的两路信号之间的传输时延差和多普勒频率差，除了与传输路径有关外，还与星历误差、卫星的转发时延、地面站设备时延等因素有关。可以建立参考站，采用差分法来减小这些误差因素的影响。参考站向两颗卫星发射参考信号，经两颗卫星的转发器向地面检测站转发，检测站的两个接收站收到信号后，进行与干扰信号同样的相关处理，测量出两路信号间的传输时延差和多普勒频率差，解算出参考站的地理位置。将此地理位置值与已知的参考站的准确地理位置值比较，其差别就是由上述各种误差因素引起。根据已知的参考站的准确地理位置，以及测量的信号传输时延差和多普勒频率差，通过数学处理，可以消除卫星星历、卫星转发器、地面接收站处理系统、大气和电离层等这些因素系统误差对测量的影响。一般情况下，参考站与干扰源的位置愈接近，则误差影响愈相似，误差消除就越好。
（5）应用于中国直播卫星的局限性
当某颗直播卫星受干扰时，为了测试可行并达到一定精度，相邻卫星选择条件如下：与受干扰卫星相隔的地心角的角距范围宜小（Ku频段：不大于8度，3－5度较隹）；卫星上有与受干扰卫星同频段和同极化的转发器；卫星接收服务区应覆盖干扰源和参考站地理位置；卫星发射服务区应覆盖干扰源和检测站地理位置。
根据以上条件，对中国直播卫星的双星定位可行性可进行如下分析：
由于国际电联直播卫星业务规划明确要求各国直播卫星服务区只能覆盖本国地区，因此就排除了借用国外直播卫星作相邻卫星的可行性；由于直播卫星的上行频率与通信卫星的上行频率不同，因此又排除了借用国内外通信卫星作相邻卫星的可行性；由于电联指配给中国使用的可共同覆盖中国服务区的3颗直播卫星轨道位置（62°E；92.2°E；134°E）彼此角距甚大，因此又排除了3颗直播卫星互用（一星受干扰，另一星作邻星）可行性。
最后我们可以得出结论如下：当我国直播卫星上天运行受到干扰时，是难以用现有双星定位法获取不明干扰源有效位置数据的。
摘自《通信市场》
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