Ｑ：堑 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｌｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ 学术论坛 浅谈智能天线及其在卫星通信抗干扰中的应用 蒋江湖 张世全ｚ （１工程学院研究生管理大队；２．工程学院基础部 西安 ７ １ ００８６） 摘要：由于智能天线能在空域内有效地抑制干扰的同时提高接收信号的信干比，从而成为下一代卫星通信系统空间段不可缺少的一种 抗干扰手段。本文着重阐述了星裁智能天线的基本概念、关键技术及研究状况，最后还指出了有待研究的课题和今后的发展方向。 关键词：卫星通信 星裁智能天线 抗干扰 中图分类号：Ｖ２ ４ ９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ６ ７４－－０９ ８ｘ（２ｏ１ ｏ）１ ２（ｂ）－０２３２－０１ 多波束天线（Ｍｕｌｔｉ—Ｂｅａｍ Ａｎｔｅｎｎａ，ＭＢＡ） 众所周知，卫星通信系统具有覆盖范 主要有三种基本类型：反射式、透射式和直 围广，可提供很大的地理区域乃至全球范 接辐射式，它们的优缺点如表ｌ所示。 围的无缝连接；通信容量大，能传送多种类 ２．２．２多通道接收及中频数字化 型的业务；以广播方式工作，便于实现多址 所谓多通道接收就是指由多个图１（ａ） 连接并可构成多种形式的通信网等许多优 或图ｌ（ｂ）所示的单路接收机放在一起构成 点，在现代信息传输中扮演着非常重要的 的多路接收机。 角色。但是通信卫星的暴露性及广播型的 天线单元接收到的信号通常需要经过 通信方式使其上、下行链路很容易受到干 高频放大，以满足模／数（Ａ／Ｄ）变换的要 扰，因此如何有效地抑制各种干扰是卫星 求。典型的实现方法有两种，第一种方法是 通信领域非常重要的一个研究课题。 图１（ａ）所示的二次变频接收机，它通过两级 混频器来完成高频信号到中频的变换，这 种接收机的优点是降低了对Ａ／Ｄ变换器采 ２智能天线的基本概念及关键技术 ２．１智能天线的基本概念 样速率的要求，并且整个接收机的增益分 在卫星通信系统中，星载智能天线的 配也有一定的灵活性。图１（ｂ）所示的直接采 基本思想是天线阵能够同时产生多个子波 样接收机借助于更快速度的Ａ／Ｄ变换器和 束（点波束）来覆盖地面上所关心的区域，并 其他一些辅助的数字器件，在中频直接对 且每个子波束都能依据一定的准则自动地 信号进行采样，从而避免了信道中Ｉ和Ｑ两 调整指向和零点，从而处于最佳工作状态。 路信号的匹配问题，图中均衡器的作用是 智能天线吸取了自适应天线的抗干扰原 补偿各支路间幅度和相位的不一致。 ２．２．３信号处理 理，依靠阵列信号处理和数字波束形成技 术发展起来的。 虽然智能天线的自适应波束形成算法有 ２．２智能天线的组成及关键技术 很多种，但我们可以根据所需先验知识的不 ２．２．１多波束天线 同，将适用于卫星通信的算法分成两大类： 构成星载智能天线的天线阵，通常为 （１）以参考信号为先验知识，典型的算法 １引言 有ＬＭＳ（最小均方算法）、ＲＩ （递归最小均方算 法）、ＤＭＩ（取样协方差矩阵的直接求逆。ＬＭＳ 算法将最陡下降法应用于均方误差性能度 量的估计，其最优权值收敛于最优Ｗｉｅｎｅｒ解， 即均方误差最小时对应的滤波器系数；ＲＬＳ 则基于最小二乘准则，它利用了从算法初始 化后得到的所有阵列数据信息，利用递推方 法完成矩阵求逆运算；而ＤＭＩ算法通过直接 求解阵列协方差矩阵来估计权矢量。 （２）以信号来向为先验知识，比较典型 的是线性约束条件下的最小方差（Ｌｉｎｅａｒｌｙ Ｃｏｎｓｔｒａｉｎ Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｖａｆｉａｎｃｅ，ＬＣＭＶ）算法。 它首先通过超分辨阵列处理技术获得期望 信号和干扰信号的来向，然后在保证期望 信号方向上接收功率不变的条件下，天线 阵的输出总功率最小。 ３星载智能天线的发展方向 虽然智能天线能够实现波束调零抗干 扰，但当干扰从某个波束主瓣进入时，调零 的效果可能不大，因此需要将智能天线和其 他抗干扰技术相结合组成一个高效综合的 抗干扰体系。根据现有的技术水平，智能天 线和扩频相结合是首选方案。这是因为一方 面智能天线阻止了大部分干扰信号进入接 收机解扩模块，从而减轻了对扩频抗干扰的 指标要求，另一方面有扩频抗干扰作为后 盾，也能降低空分抗干扰的指标压力；此外， 扩频中的扩频码序列和跳频码还能够 为ＲＬＳ、ＬＭＳ等自适应算法提供参考信号。 表１ 多波束天线三种基本类型的比较 天线类型 优点 缺点 反射式 透射式 直接辐射式 结构简单，重量轻，设 计技术成熟。 没有口面遮挡，良好的 扫描性能，旁瓣电平低。 没有口面遮挡和泄漏损 失，口面效率高，扫描 性能和可靠性好。 交叉极化电平高， 扫描性能差。 存在孔径失配损耗，工 作频率较低时重量重。 结构和工艺复杂，重量 重，功率损耗高。 ４结束语 作为天线领域的一个重要发展方向以 及星载设备不可或缺的一种抗干扰手段，智 能天线已经在卫星通信系统中显示了广阔 的应用前景。但从总体上看，我国在该领域 所做的工作还处于起步阶段，跟一些发达国 家相比还存在着很大的差距。因此我们只有 加大投入，一方面力争在一些关键技术上尽 可能早地取得突破，另一方面在充分实验论 证的基础上，确定以智能天线为核心的新一 代卫星通信抗干扰系统的具体实施方案，才 能改变我国在该领域的落后状况。 ＬＯｌ 参考文献 （ａ）二次变频单路接收机 ［１］龚铮权．天线抗干扰技术及其在军事通 信中的应用ｆＣ］．９７军事通信抗干扰研讨 会论文集，ｌ９９７：２１１～２２３． ［２】王华力等．应用于卫星通信多波束天线 的自适应波束形成算法比较…．电子学 报，２００ｌ，２９（３）：３５８～３６０． ［３】林敏，龚铮权．智能天线及其在移动通 信中的应用ｆＪ】．电信快报，２０００（３）：２２～ ２４． （ｂ）直接采样的单路接收机 图１中频数字化 ２３２ 科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
