非法卫星电视信号全方位快速定位、跟踪捕获(3)

文/宫宝文 王小利 北京市通州区广播电视中心

近年来，一些非法组织不断利用在境外的设备发射非法电视信号，攻击我国“鑫诺”卫星，产生了极其恶劣的社会影响。非法组织公然违反人类公共道德准则、肆意践踏广播电视、民用通信基本法则的犯罪活动，严重侵害了国家和公民的根本权益，影响了我国广播电视信号的正常传播和观众对广播电视节目的正常收看，造成了极其恶劣的影响，遭到了中国人民和世界舆论的同声谴责。

卫星电视信号覆盖面广，在我国广大农村及偏远地区，约占80%的农户仍以收看无线地面电视或卫星电视的方式收听、收看广播电视。为此，及时扼制非法分子对我国卫星电视信号的干扰破坏，时间紧迫，意义重大。中央领导非常重视广播电视的安全播出工作，曾多次做出重要指示。

非法卫星电视信号的插播，极大地干扰和破坏了我国卫星广播电视的正常播出，并在政治上给党和国家政治生活造生了极大的影响。为此，占领空中广播电视宣传的主阵地至关重要，作为每个广播电视从业人员，都要“视安全播出为广播电视的生命”，要站在讲政治的高度与非法地面电视信号插播分子做坚持不懈的斗争。从根本上解决非法卫星广播电视信号的插播干扰问题。要围绕安全播出积极开展技术研究，从根本上剔除非法卫星电视信号插播的毒瘤。

1 卫星电视发射、接收系统及非法卫星电视信号特征

1.1卫星电视频率

1977年，各国在日内瓦召开了国际无线电行政会议，确定12GHz为广播卫星的频段，并且对12GHz频率划分的区域进行了分配。为了避免“溢出”，会议对各个国家广播卫星的频率、波束数、

卫星等效全向功率、地面通量密度以及天线的极化都做了严格的规定。同时，要求所有系统和国家遵守一个共同的约定和统一的技术规范。

为有序地使用广播卫星频率资源，国际电信联盟按使用区域将各国分为3个区。

第1区：欧洲、非洲和亚洲西部(俄罗斯、蒙古等)。

第2区：美洲。

第3区：亚洲和大洋洲。中国属第3区。

表1 广播卫星使用频率

频 段频率范围/GHz带宽/MHz使用区域

LL(0.7)0.62～0.79170世界各地

S(2.5)2.5～2.69190世界各地

C(4.0)3.7～4.2500世界各地

Ku(12)11.7～12.2500第1、2、3区

11.7～12.5800第1区

12.1～12.7600第2区

12.5～12.75250第3区

Ka22.5～23500第3区

1.2卫星电视的转发

卫星上有几十个转发器，它将接收到的上行信号变为下行信号，如果是C频段，将6GHz的上行频率信号变为4GHz的下行频率信号；如果是Ku频段，将14GHz的上行频率信号变为12GHz左右的下行频率信号。而且还要进行极化变换，即上行信号如果是垂直极化，则下行信号则为水平极化信号；上行信号如果是水平极化，则下行信号则为垂直极化信号。经放大功率后，由卫星上的天线发送到地球上指定的服务区。

1.3卫星电视节目源

卫星电视节目源由电视台、电视供片中心提供。电视台按需要将信号进行信源编码、信道编码，加压缩、加扰、加密。当上行站与电视中心距离较远时，则以微波或光缆方式传送至上行站；当上行站与电视中心距离较近时，电视中心直接把节目传送到上行站。

1.4上行发送站

上行发送站就是将电视及信号通过上行信道传送到赤道上空的同步卫星。上行发送站将电视中心送来的光缆或微波信号，解调出多路视频和音频信号，经视频、音频切换器，选出一路优质信号送往视频、音频分配器，分成两路相同的信号输出，分别送往各自的小信号单元，对信号进行调制、均衡、变频处理，将基带信号变为高频信号，放大功率后传送到馈元，由上行天线发射至卫星。信号处理器和高功率放大器一般为两套，互为备份，由波导开关切换，保证安全性。如图2所示。

1.5 下行接收站

下行站就是地面接收站。下行接收站可以是像电视台、酒店宾馆这样的大型接收站，即工程接收，也可以是个人直接接收的简易站。作为电视接收站，只需单向接收。下行接收站由3部分组成：天线系统、高频头(室外部分)和接收机(室内部分)。C波段天线由反射面、馈元、极化器、天线指向调整机构及天线基座组成；Ku频段天线由反射面、天线指向调整机构及天线基座组成。高频头由下变频器和低噪声放大器两部分组成。高频头将微弱的下行信号变频、一级放大后，传送到接收机。接收机再将信号解码、解压、解扰、解密、二级放大后，输出视频、音频信号，传送到接收机。当电视信号不理想时，可通过调整天线方位角、仰角、极化角，使信号到最强，视频和音频达到最佳效果。

2　卫星电视非法干扰信号的技术特征

(1)卫星电视非法干扰信号可进行插播地域不确定、范围广。因为与卫星同一可视球冠内，均可实现向卫星发射上行电视信号。因此，从理论上讲，非法插播地域可选择在与卫星同一可视球冠内的任何地域。当然，选择在与卫星直线距离较近的地域进行插播，发射效率更高，我方压制更加困难。以上因素，大大增加了我方对非法插播设备的定位和捕获难度；

(2)上行发射信号方向性强，距离远，散射角大，信号空中衰减严重；

(3)数据编码有特定规则和规律；

(4)发射电源功率较高、发射功率较大。由于非法上行发射设备距离卫星距离较远，加上只有发射功率远大于正常广播电视信号时，才能实现插播干扰。因此，要求非法发射设备的电源功率较大、发射功率较高。其载体，能量来源均应符合这一要求；

(5)插播电视信号对地球的覆盖面积较大。由于卫星电视覆盖面广，地面接收用户多，因此，卫星非法插播信号造成的负面政治影响远远大于地面电视插播信号；

(6)非法插播发射天线直径较大。非法上行发射设备要想实现远距离对卫星电视插播，需传输标准的平行波束，因此，要求发射抛物天线的直径也较大。因而不利于隐蔽发射；

(7)难以实现移动条件下的插播干扰。由于卫星位置与地面标志物的相对固定，若实现远距离对卫星发射信号，需要有一个非常精确的瞄准过程，而移动条件下，难以实现对卫星的精确瞄准。因此，一般情况下，难以实现移动条件下的插播干扰；

(8)只能对信道非加密、加扰信号进行干扰。信道加密、加扰信号有一整套加解密过程，如果不掌握密钥信息，即使发射插播信号，用户也不可能收到正常信息(一般是乱码)，只能起到干扰的作用，达不到插播电视信号的目的。因此，非法插播信道，一般选择在信道公开、不加密的频段；

(9)与广播电视信号同频同时插播。由于正常卫星电视信号的播出时间一般较长，异时插播收视人数相对较少。因此，选择在我国收视的黄金时间插播是非法插播的主流。下行接收也需要对转发器的参数设定，异频插播也将远远减少收视人群数量，因此，目前条件下，同频插播也是非法插播的主流；

(10)地面设备难以对非法发射设备定位、捕获。基于可进行插播地域不确定、范围大，以及对卫星的平等波束传播，因此，地面设备难以对非法发射设备定位、跟踪和捕获。非法卫星电视信号的频段和重点监视地域。插播频率一般选择在C频段和Ku频段。我国幅员广阔，在偏远乡村，技术监测力度相对较弱，是非法卫星信号选择插播发射的重点地域。境外非法分子受当地政府或团体的保护，也是非法卫星信号选择插播发射的重点地域。例如在我国的台湾地区。以上地域也是我们选择监视的重点地区。

3 对非法卫星电视插播信号的监测、定位、捕获、压制技术要求

3.1 时实性

即要求对非法卫星电视插播信号的监测、定位、捕获、压制具备即时性，要求在非法插播信号出现的同时，监测设备就要迅速发现目标，并提供报警；捕获、压制组织反应快捷，捕获、压制及时。

3.2准确性

即要求对非法卫星电视插播信号的定位要准确，确定范围尽量要小。

3.3广域性

即对的范围既能够覆盖全国境内所有城市、乡村，也可有针对性在境外布设监测网，重点区域，重点布控。

3.4经济性

要求对非法电视插播信号的监测、定位、捕获、压制组织人员、网络、设备的投入尽量小，尽量利用现有的组织、网络体系，尽量利用技术成熟的民用通信手段。

3.5保密性

要求对涉及非法电视插播信号监测、定位、捕获、压制的所有设备、软件、信号通道均能够在技术上进行加密处理。

4 对卫星非法电视插播信号的监测、定位和捕获

4.1侦测接收载体的选择和侦测指标的确立

侦测接收载体的选择，由于上行信号传输为一束平行信号波，对天空发射，地面设备无法对其信号进行侦测。因此，侦测接收载体一般选择受扰卫星本体，以及相邻卫星或高空航空设备。

卫星电视干扰信号源出现和定位的判定依据如下。

(1)卫星电视干扰信号源出现后，对非法信号有无的判定，应通过受扰卫星对各种上行电视信号接收的场强的异常来判定。对非法信号位置的判定，应通过受扰卫星在各个角度接收到的上行电视信号强度来判定；

(2)卫星电视干扰信号源定位，也可通过受扰相邻卫星在各个角度接收到的上行电视信号强度来判定。

4.2 侦测指标、动态侦测模型的建立和异常信号的侦测、定位

4.2.1 侦测正常指标确立和异常侦测

正常情况下，卫星接收正常电视信号的场强，排除天候因素的影响，其接收的电视场强指标理论上应维持在相对稳定范围。从而确定了正常情况下上行卫星信号强度指标范围。

异常侦测，当非法上行电视信号插播时，接收到的场强必定超出正常范围，设计门限电视，即可以把这一异常检测出来，把这一异常发射到地面监测站，启动报警装置，提醒值班人员注意，并采取应对措施。

4.2.2 动态侦测模型的建立和非法信号源定位

地面上行电视信号进行高灵敏度、精确动态扫描接收仪。

在卫星(包括受扰卫星或其相邻卫星)朝向地面的半个球面上，制作一个能够上对地面上行电视信号进行高灵敏度、精确动态扫描接收仪，该接收仪能够实现接收馈元与每个球面单元正切方向的动态扫描接收，例如当与球面“13”号单方向有非法电视上行信号干扰，动态扫描接收仪当扫描到“13”单元时的场强值将最大。

数学理论上，在卫星半个球面上的每个划分单元的过球心正切半径方向，将正面覆盖地球球面特定的区域范围。那么，从理论上讲，如果检测出某个单元出现过强的非法电视上行信号，则我们便可确定非法信号在地面发射区域范围，假定为A。

如果在受扰卫星相邻的卫星上安装同样的“动态扫描接收仪”，如果“动态扫描接收仪”的某个单元也收到以上过强的非法电视上行信号，则也能够确定地面非法信号发射区域范围，假定为B。

同样，在受扰卫星相邻的另一个卫星上也可用相同方法确定地面非法信号发射区域范围，假定为C。

那么，A、B、C三个区域的叠加范围，便是非法卫星电视信号的发射源精确位置。

动态扫描接收仪的技术难点，是使每个检测单元所指方向，必须保持对地面覆盖特定区域的恒定对应，这一点可通过同步卫星与地面定位系统对其误差进行实时修正。具体方法是首先建立“动态扫描接收仪”每个扫描单元与同步卫星标志点的初始数据模型；其次以扫描单元与同步卫星标志点的初始数据模型为基准，并通过惯性导航系统、GPS定位系统进行校正，保持每个扫描单元过球心所指方向，为地面的恒定区域。

动态扫描接收仪采用两个馈元，纵、横轨道步进扫描式接收，也可采用多馈元扫描逐点导通式接收。前者馈元数量少，由于馈元差异产生的影响较小，但机械设备易造成磨损，影响精度。后者没机械磨损的影响。

动态扫描接收仪各接收单元与地面区域的匹配关系，要通过卫星高度，单元对地面俯射角度，以及卫星与地面的位置关系求得。各区域位置范围，一般要用GPS定位坐标值表示，各接收单元与覆盖地面区域值要存入计算机存贮单中。

4.3 动态扫描接收仪的安装与搭载

为规避地面非法电视信号的干扰风险，建议卫星电视传输应采取备用转发器和备用同步卫星的方法。

在备用同步卫星的方案中，除具备广播电视节目转发功能，还要具备对非法上行信号动态接收扫描监测、定位的功能。

在条件允许的情况下，在同步卫星相邻的卫星上(如侦察卫星、气象卫星、GPS定位卫星等)安装动态扫描接收仪，以实现对地面非法上行信号的监测和定位。

4.4对非法卫星信号的跟踪、根除

当收到动态扫描接收仪传来非法卫星信号发射点信息后，指挥控制机构指挥有关部门对非法信号发射装置进行跟踪捕获。当涉及境外时，可通过外事机构对非法发射行为采取措施。

对重点区域的监测，可通过侦察卫星、航拍、航空侦察等手段获取非法卫星发射点的地理位置信息，通过空中上行信号扫描仪(可安装在直升机、空中侦察机或热气球上)局部侦测非法信号发射源，以利于提高捕获的时效性。

5 非法卫星发射信号干扰时对转发器的应急切换和自适应压制

当侦测到非法卫星电视信号干扰时，一般采取以下措施。

(1)关闭受扰卫星转发器；

(2)启动本卫星备用转发器或备用卫星转发器；

(3)上行信号应采取功率自适应方式发射。

如果暂时无备用转发器，我方广播电视正常上行信号应采取功率自适应方式发射。发射功率掌握在地面收到的信号足以覆盖非法上行电视信号为准。

6 天基监测、空基监测、地面功率自适应压制、捕获

6.1天基监测

新型航天器的研制给非法卫星压制创造了有利条件，采用可返回式航天器和航天飞机对监测设施进行加装、修复及物理处理，将使对地面上行卫星信号的监测成为可能。

6.2空基监测

空基监测是基于中低空范围对非法卫星电视上行信号的监测平台。从美军研制开发的空基防御平台得到启发，美国防务部门认为，对于低空飞行的巡航导弹，航空传感器是至关重要的。对于战场和国家巡航导弹防御面临的首要挑战是开发一个可靠的、价格适当的、能长期飞行俯视的平台，用于侦察、攻击和识别来袭导弹。联合对地攻击巡航导弹防御升级网络传感器系统(JLENS)就是这样一个系统平台。　担任飞行监控和空中预警／反击平台的浮空器是无人操纵的非刚性空气动力学结构(即非飞机类的气球及飞艇)，填充氦／空气混合物。这个平台最大的优点是作战成本低(300美元／小时)。

我们待研制开发的空基卫星上行电视信号监测平台，其浮空器部分也应该是是无人操纵的非刚性空气动力学结构，填充氦／空气混合物。在浮空器俯视地面部位，也应设置多路全向地面上行电视信号接收器，用于接收从地面各个方向发来的上行卫星信号，并通过逻辑判断，GPS定位，实时确定上行卫星电视信号的发射区域。其定位精确度将远远大于天基卫星监测定位的非法上行信号发射源位置。以利于对非法发射源进行跟踪。浮空器也可采用悬停直升机进行实施。

6.3地面功率自适应压制、捕获

自适应控制包括模型参考自适应控制和自校正控制两个分支。它是通过自适应机构来克服系统模型参数的不确定性；自校正控制是通过在线估计系统模型参数，进而修改控制器的参数，以使系统适应环境的变化。李推普诺夫稳定性理论和轶收敛定理在自适应控制中的成功应用，使得基于稳定性分析的模型参考自适应控制系统的设计得到了蓬勃发展，形成模型参考自适应控制的完整理论体系和设计方法；轶收敛定理由于在研究自校正控制系统的稳定性有独到之处，使得基于参数估计的自校正控制系统研究取得了突破性进展。

在自适应控制技术中，移动通信中“可变多速率通信系统的快速自适应功率控制”对卫星电视上行信号发射功率自适应控制有一定启示，控制无线通信系统中发射机功率的这种系统及方法，其中用户数据是作为具有速率N(t)的多速信号处理的，且其中用户数据信号传输速率为N(t)。传输功率是根据传输数据接收机所接收数据的质量，以较低的速率调节的。发射机功率按N(t)/M(t)的函数确定，从而使多通道中的数据速率及传输数据信号速率的变化事先根据这种数据速率变化相应的调节予以补偿。通过重复选定的数据位，速率为N(t)的数据信号被较佳地转换为具有较高速率M(t)的传输数据信号，其中传输数据信号中每比特能量对噪声频谱密度比率增大。

对卫星电视上行信号发射功率自适应控制，也应根据上行干扰信号的密度N(t)，信号强度M(t)，对发射功率实施自动预调整，使发射机功率根据非法上行信号的N(t)/M(t)函数，从而使每个节目通道中的发射功率的变化速率事先根据这种N(t)/M(t)数据速率变化相应的调节予以补偿。以压制住非法电视信号。

7 卫星电视信号的加密发射和解密接收技术

在特定条件下，为提高卫星电视的覆盖率和降低百姓的接收成本，许多卫星电视节目未设加密，其发射信号的数据对外是公开的，其信号的安全性一般依托国际公约的保护。因而为非法信号的插播干扰造成了可乘之机。

随着电视接收成本的降低，以及电视收视的有偿化，电视节目的加解密技术的使用将越来越普及，为提高节目的防破解水平，我们应该加紧有自主知识产权的加解密软硬技术的开发和研究，采取软、硬结合、多手段并用，从根本上剔除非法卫星信号的干扰。

总之，非法上行电视插播信号由于受信号发射方向和空域范围的限制，给定位和捕获带来了很大困难，但随着技术的发展和研究的进一步深入，终将能够对其实现精确定位、全部捕获，并早日取缔。