[科普中国]-无线电频率干涉

定义

随着工业与科技的飞速发展，微波波段被赵来越多地运用于军、民用的通讯系统中，星载微波福射计接收到的来自自然地气系统的被动热福射信号与通讯系统中使用的主动传感器发射的混合信号，称之为无线电频率干涉（RFI），在主动及被动微波遥感探测领域RFI已成为越来越严重的问题。对于被动遥感来说这一问题尤为严重，主动微波传感器发射的信号较强，这类强信号会掩盖来自地球－大气自然的、相对较弱的热辖射信号，从而导致卫星观测亮温数据失真，严重影响后期的各类反演产品精度。

针对美国国防卫星上的全极化福射计（WinSat）和AMSR-E资料的早期研究表明，低频波段（如C波段和X波段）的亮温资料广泛存在无线电频率干涉，RFI可W在某些特定频率上显著增加亮温，并产生负的频谱梯度W。地表主动微波发射器如手机、雷达、GPS导航系统、航空管制、车辆测速器等都是RFI污染源W，因此有必要正确识别与分析这些污染源的时空特性，提高星载被动微波福射计观测资料的应用价值1。

分类无线电干涉主要分为以下几类2：

同频干涉，指干涉信号比较接近或者与有用信号频率相同，以相同的方式进入收信机中频通带造成干涉，基本不具备抑制作用；通常两个模拟信号、数字信号与模拟信号以及两个数字信号之间均会出现同频干涉。

邻道干涉，收信机射频带内或者通带附近的信号，在经过变频后进入中频通带中也会产生干涉。这种邻道干涉会降低收信机的信噪比以及灵敏度；如果干涉信号较强则会导致收信机的阻塞干涉，通常会出现这种干涉是由于无线电设备技术指标与国家标准不符。

带外干涉，有用信号接收机通带中落入发射机的谐波产生干涉，发射机杂散辐射值过大会产生这种干涉，而发射机杂散辐射值过大，往往又是因为倍频次数过多、倍频器输出回路选择性差或者倍频器隔离不良造成的。

阻塞干涉，如果接收机接收到一个强干涉信号，灵敏度会相应的降低，甚至无法接收有用信号，即阻塞干涉。

互调干涉，在收发信机非线性传输电路中两个或两个以上的信号互调，所产生的组保频率接近于有用信号频率而造成干涉。同时具备两个条件才会出现这种互调干涉，即频率组合关系与幅度关系。产生这种干涉的原因通常是由于发射机互调、接收机互调或者系统无源互调等。

信号源查找方法观察信号特征要准确找出无线电的干涉源，首先要将干涉信号采集起来，并对其特征进行观察、分析，对信号的参数进行测量，或者解调监听信号内容，将干涉源定位出来。测量的信号参数包括信号的频率、幅度、占用带宽、工作时间以及调制方式等等，按照这些参数内容可以判断出信号的类型与业务，最终确定出信号来源。正常发射的信号体现出明显的业务特征，频偏与占用带宽等均与业务规定内容相符。通常带外辐射信号的特征表现出频偏越大信号强度越小，造成实际占用带宽超标；杂射发射信号的特征则表现出信号与主信号的工作时间相同，占用带宽不确定，业务特征不明显；互调发射信号特征表现为信号幅度小，占用带宽比正常业务要大，可能会包含多种业务特征等。在确定无线电的干涉源时，根据测量的信号参数判断出信号来源，比如同频或都邻频干涉等。相对而言移动通信设备的特点表现为间歇发射以及干涉源不固定等，所以定位比较困难，不过可以对其模拟信号内容进行监听，将有价值的信息提取出来，最终确定出干涉源2。

单车定位结合逼近式查找通常采用单车定位法与逼近式查找法通过监测车定位出无线电的干涉源。实际应用过程中，最好将二者结合起来应用，如果距离较远，利用单车交汇定位法将干涉源所在的小区域定位出来，接下来进入小区域采用逼近式查找法将干涉源的准确位置确定下来。

分析信号的传播途径一般大功率辐射源为了扩大覆盖范围，会选择相对突出的位置架设天线，在查找干涉源时先逼近干涉源所在的小区域，然后利用寻找信号所属业务的常用发射天线加快定位速度。如果环境相对复杂，则在确定干涉源时要进一步分析信号的传播路径，将直射信号与反射信号区分开来，最终针干涉源的位置确定下来。在利用监测车逼近式查找干涉源的过程中，如果信号出现或大或小的波动，证明车辆位于信号直射中路径中或者主要的反射路径边缘，这种情况下要对附近的地形做仔细观察，最终确定出信号的传播途径。如果干涉源的距离比较近，则要注意采用测向天线对上下方向的信号强度进行测量，找出直射路径，特别是室内查找，受空间狭小的影响，往往有较多的反射信号，导致来波方向的判断比较困难，这时要利用测向天线遍历整个房间，寻找直射路径，如果测向天线直接指向干涉源，信号会突然变强，最终将干涉源的位置确定下来。

无线电频率干涉分析日本RFI分析根据上一节的分析，AMSR-27.3GHz降轨观测在日本不存在RFI影响，因此用其降轨观测来判断6.925GHz和10.65GHz通道是否存在RFI。由于8月是夏天，在研究区域不存在积雪影响，因此就用简单有效的谱差法来识别RFI。图(a)给出了2014年8月13日AMSR-2降轨6.925GHz与7.3GHz亮温差，图(b)为10.65GHz观测亮温，图(c)为7.3GHz与10.65GHz亮温差，图(d)为10.65GHz与18.7GHz观测亮温差。一般，相邻通道的谱差大于10K就认为是RFI影响。从图(b)和图(d)可看出，日本东北部的盛冈存在10.65GHz的强干涉，即图(b)中的红点区，10.65GHz通道观测亮温异常高处(超过290K)，图(d)中10.65GHz与18.7GHz谱差正值大值区(至少超过10K)，18.7GHz则没有出现RFI污染。在图(c)中盛冈表现为很深的蓝点，就是因为在该处10.65GHz受到干涉，亮温大大增加，使得7.3GHz亮温低于10.65GHz亮温超过20K。综合其他日期观测，日本10.65GHz通道RFI干涉还长期存在于大阪、东京、名古屋等地。而图(a)显示日本境内大范围存在6.9GHz干涉，由于7.3GHz观测没有受污染，按照正常光谱特性，6.9GHz亮温应该低于7.3GHz，但图中离散的红点处表明6.9GHz亮温远远高于7.3GHz，多集中在南部的城市，且RFI源长期稳定。

中国RFI分析根据前人的研究成果，中国地区在18.7GHz不存在RFI影响[16]，因此用10.65GHz和18.7GHz的谱差来判断10.65GHz观测在中国是否存在RFI干扰。图(b)显示出10.65GHz中国在北京、济南、泰山、南京、上海、常州、南通等地长期存在亮温异常高区，对应图(d)中谱差大于10K以上的部位。而且这些城市的RFI每天都存在，强度强，且出现位置、强度稳定，说明是孤立的、固定的、长期稳定的地面干扰源。图给出了研究区域内我国目前已经安装使用的地基雷达站点分布图，圆点表示S波段雷达，*字代表布设的C波段雷达。图(d)中出现强RFI的地点与图中雷达站布点对应很好。从图(a)可看出中国大陆除福州外在6.9GHz观测几乎不受RFI影响。图(c)中出现了7.3GHz和10.65GHz亮温谱差较大的红点区，而且这些红点区与图(b)和图(d)识别的10.65GHz通道RFI污染区域分布位置不一样，说明7.3GHz观测中国也存在RFI污染，主要出现在在滨州、九江站、包头、济宁市等地，位置固定。同时，由于7.3GHz的通道频率与静止电视/通信卫星频率接近[17]，所以偶然也存在反射电视/通信卫星信号的影响，表现为RFI强度时强时弱。

韩国RFI分析朝鲜AMSR-2所有通道观测都不存在无线电频率干扰，而韩国7.3GHz观测不论升降轨都存在强RFI污染，如图所示，存在7.3GHz和10.65GHz亮温差大于15K的区域，集中在首都首尔、釜山和大邱等几个大城市，是固定地面干扰源，别的频率则没有RFI影响。