無線電頻率干涉

無線電頻率干涉是指隨著工業與科技的飛速發展，微波波段被趙來越多地運用於軍、民用的通訊系統中，星載微波福射計接收到的來自自然地氣系統的被動熱福射信號與通訊系統中使用的主動感測器發射的混合信號。

基本介紹

• 中文名：無線電頻率干涉
• 外文名：Radio-Frequency Interference
• 學科：物理學
• 分類：同頻干涉、鄰道干涉等
• 查找方法：信號特徵、逼近查找等
• 套用：無線電通信

定義

隨著工業與科技的飛速發展，微波波段被趙來越多地運用於軍、民用的通訊系統中，星載微波福射計接收到的來自自然地氣系統的被動熱福射信號與通訊系統中使用的主動感測器發射的混合信號，稱之為無線電頻率干涉（RFI），在主動及被動微波遙感探測領域RFI已成為越來越嚴重的問題。對於被動遙感來說這一問題尤為嚴重，主動微波感測器發射的信號較強，這類強信號會掩蓋來自地球－大氣自然的、相對較弱的熱轄射信號，從而導致衛星觀測亮溫數據失真，嚴重影響後期的各類反演產品精度。

針對美國國防衛星上的全極化福射計（WinSat）和AMSR-E資料的早期研究表明，低頻波段（如C波段和X波段）的亮溫資料廣泛存在無線電頻率干涉，RFI可W在某些特定頻率上顯著增加亮溫，並產生負的頻譜梯度W。地表主動微波發射器如手機、雷達、GPS導航系統、航空管制、車輛測速器等都是RFI污染源W，因此有必要正確識別與分析這些污染源的時空特性，提高星載被動微波福射計觀測資料的套用價值。

分類

無線電干涉主要分為以下幾類：

• 同頻干涉，指干涉信號比較接近或者與有用信號頻率相同，以相同的方式進入收信機中頻通帶造成干涉，基本不具備抑制作用；通常兩個模擬信號、數位訊號與模擬信號以及兩個數位訊號之間均會出現同頻干涉。
• 鄰道干涉，收信機射頻帶內或者通帶附近的信號，在經過變頻後進入中頻通帶中也會產生干涉。這種鄰道干涉會降低收信機的信噪比以及靈敏度；如果幹涉信號較強則會導致收信機的阻塞干涉，通常會出現這種干涉是由於無線電設備技術指標與國家標準不符。
• 帶外干涉，有用信號接收機通帶中落入發射機的諧波產生干涉，發射機雜散輻射值過大會產生這種干涉，而發射機雜散輻射值過大，往往又是因為倍頻次數過多、倍頻器輸出迴路選擇性差或者倍頻器隔離不良造成的。
• 阻塞干涉，如果接收機接收到一個強幹涉信號，靈敏度會相應的降低，甚至無法接收有用信號，即阻塞干涉。
• 互調干涉，在收發信機非線性傳輸電路中兩個或兩個以上的信號互調，所產生的組保頻率接近於有用信號頻率而造成干涉。同時具備兩個條件才會出現這種互調干涉，即頻率組合關係與幅度關係。產生這種干涉的原因通常是由於發射機互調、接收機互調或者系統無源互調等。

信號源查找方法

觀察信號特徵

要準確找出無線電的干涉源，首先要將干涉信號採集起來，並對其特徵進行觀察、分析，對信號的參數進行測量，或者解調監聽信號內容，將干涉源定位出來。測量的信號參數包括信號的頻率、幅度、占用頻寬、工作時間以及調製方式等等，按照這些參數內容可以判斷出信號的類型與業務，最終確定出信號來源。正常發射的信號體現出明顯的業務特徵，頻偏與占用頻寬等均與業務規定內容相符。通常帶外輻射信號的特徵表現出頻偏越大信號強度越小，造成實際占用頻寬超標；雜射發射信號的特徵則表現出信號與主信號的工作時間相同，占用頻寬不確定，業務特徵不明顯；互調發射信號特徵表現為信號幅度小，占用頻寬比正常業務要大，可能會包含多種業務特徵等。在確定無線電的干涉源時，根據測量的信號參數判斷出信號來源，比如同頻或都鄰頻干涉等。相對而言移動通信設備的特點表現為間歇發射以及干涉源不固定等，所以定位比較困難，不過可以對其模擬信號內容進行監聽，將有價值的信息提取出來，最終確定出干涉源。

腳踏車定位結合逼近式查找

通常採用腳踏車定位法與逼近式查找法通過監測車定位出無線電的干涉源。實際套用過程中，最好將二者結合起來套用，如果距離較遠，利用腳踏車交匯定位法將干涉源所在的小區域定位出來，接下來進入小區域採用逼近式查找法將干涉源的準確位置確定下來。

分析信號的傳播途徑

一般大功率輻射源為了擴大覆蓋範圍，會選擇相對突出的位置架設天線，在查找干涉源時先逼近干涉源所在的小區域，然後利用尋找信號所屬業務的常用發射天線加快定位速度。如果環境相對複雜，則在確定干涉源時要進一步分析信號的傳播路徑，將直射信號與反射信號區分開來，最終針干涉源的位置確定下來。在利用監測車逼近式查找干涉源的過程中，如果信號出現或大或小的波動，證明車輛位於信號直射中路徑中或者主要的反射路徑邊緣，這種情況下要對附近的地形做仔細觀察，最終確定出信號的傳播途徑。如果幹涉源的距離比較近，則要注意採用測向天線對上下方向的信號強度進行測量，找出直射路徑，特別是室內查找，受空間狹小的影響，往往有較多的反射信號，導致來波方向的判斷比較困難，這時要利用測向天線遍歷整個房間，尋找直射路徑，如果測向天線直接指向干涉源，信號會突然變強，最終將干涉源的位置確定下來。

無線電頻率干涉分析

日本RFI分析

根據上一節的分析，AMSR-27.3GHz降軌觀測在日本不存在RFI影響，因此用其降軌觀測來判斷6.925GHz和10.65GHz通道是否存在RFI。由於8月是夏天，在研究區域不存在積雪影響，因此就用簡單有效的譜差法來識別RFI。圖1(a)給出了2014年8月13日AMSR-2降軌6.925GHz與7.3GHz亮溫差，圖1(b)為10.65GHz觀測亮溫，圖1(c)為7.3GHz與10.65GHz亮溫差，圖1(d)為10.65GHz與18.7GHz觀測亮溫差。一般，相鄰通道的譜差大於10K就認為是RFI影響。從圖1(b)和圖1(d)可看出，日本東北部的盛岡存在10.65GHz的強幹涉，即圖1(b)中的紅點區，10.65GHz通道觀測亮溫異常高處(超過290K)，圖1(d)中10.65GHz與18.7GHz譜差正值大值區(至少超過10K)，18.7GHz則沒有出現RFI污染。在圖1(c)中盛岡表現為很深的藍點，就是因為在該處10.65GHz受到干涉，亮溫大大增加，使得7.3GHz亮溫低於10.65GHz亮溫超過20K。綜合其他日期觀測，日本10.65GHz通道RFI干涉還長期存在於大阪、東京、名古屋等地。而圖1(a)顯示日本境內大範圍存在6.9GHz干涉，由於7.3GHz觀測沒有受污染，按照正常光譜特性，6.9GHz亮溫應該低於7.3GHz，但圖1中離散的紅點處表明6.9GHz亮溫遠遠高於7.3GHz，多集中在南部的城市，且RFI源長期穩定。

圖1

中國RFI分析

根據前人的研究成果，中國地區在18.7GHz不存在RFI影響[16]，因此用10.65GHz和18.7GHz的譜差來判斷10.65GHz觀測在中國是否存在RFI干擾。圖2(b)顯示出10.65GHz中國在北京、濟南、泰山、南京、上海、常州、南通等地長期存在亮溫異常高區，對應圖2(d)中譜差大於10K以上的部位。而且這些城市的RFI每天都存在，強度強，且出現位置、強度穩定，說明是孤立的、固定的、長期穩定的地面干擾源。圖2給出了研究區域內我國目前已經安裝使用的地基雷達站點分布圖，圓點表示S波段雷達，*字代表布設的C波段雷達。圖2(d)中出現強RFI的地點與圖中雷達站布點對應很好。從圖2(a)可看出中國大陸除福州外在6.9GHz觀測幾乎不受RFI影響。圖2(c)中出現了7.3GHz和10.65GHz亮溫譜差較大的紅點區，而且這些紅點區與圖2(b)和圖2(d)識別的10.65GHz通道RFI污染區域分布位置不一樣，說明7.3GHz觀測中國也存在RFI污染，主要出現在在濱州、九江站、包頭、濟寧市等地，位置固定。同時，由於7.3GHz的通道頻率與靜止電視/通信衛星頻率接近[17]，所以偶然也存在反射電視/通信衛星信號的影響，表現為RFI強度時強時弱。

圖2

韓國RFI分析

朝鮮AMSR-2所有通道觀測都不存在無線電頻率干擾，而韓國7.3GHz觀測不論升降軌都存在強RFI污染，如圖3所示，存在7.3GHz和10.65GHz亮溫差大於15K的區域，集中在首都首爾、釜山和大邱等幾個大城市，是固定地面干擾源，別的頻率則沒有RFI影響。

圖3