地球静止轨道卫星在SKA低频波段的无意射电辐射限制研究

《Publications of the Astronomical Society of Australia》：Limits on Unintended Radio Emission from Geostationary and Geosynchronous Satellites in the SKA-Low Frequency Range

为评估地球静止轨道（GEO）卫星对低频射电天文观测的潜在干扰，研究团队利用MWA（Murchison Widefield Array）望远镜的GLEAM-X巡天数据，对72–231 MHz频段内162颗GEO卫星的无意辐射进行了系统性搜索。通过图像叠加技术，研究实现了低至10 μW的等效全向辐射功率（EIRP）探测上限，未发现确凿的辐射信号。该研究为未来SKA-Low（Square Kilometre Array Low Frequency）台站的射频干扰监测提供了重要基线，提示当前GEO卫星的无意辐射水平尚未对低频天文观测构成显著威胁。

　　

随着近地轨道（LEO）卫星星座的迅猛发展，卫星无意辐射对射电天文观测的干扰问题日益凸显。此类辐射通常存在于非授权频段，其强度可与最强宇宙射电源媲美，对高灵敏度设备如平方千米阵列低频波段（SKA-Low）构成严重威胁。然而，现有研究多聚焦于LEO卫星，对距离更远、运动更慢的地球静止轨道（GEO）卫星的干扰潜力尚不明确。GEO卫星距地表约35,785公里，其缓慢的视运动速度（接近恒星周日运动）可能导致射电干涉仪中的信号“涂抹”效应减弱，使干扰更易被识别，但同时也因距离遥远而显著降低接收功率。为此，研究团队利用澳大利亚默奇森宽场阵列（MWA）的GLEAM-X巡天数据，首次对GEO卫星在SKA-Low关键频段（72–231 MHz）的无意辐射展开系统性探测。

关键技术方法

研究基于2020年10月10日的MWA观测数据，选取赤道区域（δ=1.6°）的漂移扫描数据，覆盖5个中心频率（88、118、154、185、216 MHz）。通过空间目标数据库（space-track.org）获取1396颗GEO卫星的双行轨道根数（TLE），利用残差图像叠加技术提升灵敏度。对每颗卫星的预测位置提取100×100像素切块，经初级波束校正后叠加生成综合图像。最终通过4σ阈值统计与误差区域分析，计算等效全向辐射功率（EIRP）上限。

研究结果

1. 候选信号分析

在88 MHz、118 MHz和154 MHz频段各发现一个4σ水平的候选信号，对应卫星分别为COSMOS 2526（NORAD 43432）、LEASAT 2（NORAD 15236）和INTELSAT 907（NORAD 27683）。然而，通过精确轨道误差区域校验（基于多时期TLE数据），这些信号均偏离卫星实际位置，确认为噪声波动所致。

2. 统计显著性检验

对513个卫星-频率组合的叠加图像进行统计分析，包括误差区域内最大像素分布概率检验及图像像素值取反验证。结果显示，正反图像检测率无显著差异，进一步支持未发现真实信号。

3. 辐射功率上限

研究在多数情况下实现了优于1 mW的EIRP上限（30.72 MHz带宽，双极化），最高灵敏度达10 μW级。与CISPR 32 Class A电磁兼容标准（等效EIRP为1.5×10^?2W）相比，所有上限均低于该标准值，表明GEO卫星无意辐射当前未超出工业限值。

结论与意义

本研究首次在SKA-Low频段对GEO卫星无意辐射开展大规模定量分析，证实其辐射水平低于现有探测阈值。这一结论为低频射电天文干扰评估提供了重要基线，尤其提示GEO卫星的干扰风险远低于LEO星座。随着SKA-Low未来灵敏度提升约50倍，探测限可推进至~100 nW量级，需持续监测GEO卫星辐射动态。研究还凸显了空间目标轨道预报精度对射电天文干扰识别的重要性，呼吁建立更高精度的卫星轨迹数据库。该成果发表于《Publications of the Astronomical Society of Australia》，为国际射电天文干扰减缓策略提供了数据支撑。