探討極化復(fù)用技術(shù)在遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中的運(yùn)用

張家芳

（國(guó)家新聞出版廣電總局二〇二二臺(tái) 新疆喀什市 844000）

探討極化復(fù)用技術(shù)在遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中的運(yùn)用

張家芳

（國(guó)家新聞出版廣電總局二〇二二臺(tái) 新疆喀什市 844000）

隨著信息科技應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，數(shù)據(jù)傳輸頻帶資源緊張的問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)，為有效的擴(kuò)寬頻率資源，極化復(fù)用技術(shù)出現(xiàn)并得到迅速的推廣，本文將化復(fù)用技術(shù)與遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域相結(jié)合，通過(guò)對(duì)極化復(fù)用技術(shù)在遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中的運(yùn)用、運(yùn)用時(shí)產(chǎn)生的附加影響進(jìn)行系統(tǒng)的分析，結(jié)合實(shí)際案例對(duì)其運(yùn)用進(jìn)行研究，為提升我國(guó)在遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，使其更好地為用?hù)提供服務(wù)作出努力。

遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸；極化復(fù)用技術(shù)；運(yùn)用

前言

在遙感器由單一形式向多項(xiàng)綜合觀(guān)測(cè)深化、現(xiàn)在遙感器地面像元分辨率不斷提升的同時(shí)，遙感衛(wèi)星產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量也不斷增多，使數(shù)據(jù)傳輸效率滿(mǎn)足實(shí)際要求的壓力不斷加大，所以將能夠有效擴(kuò)展頻率資源的極化復(fù)用技術(shù)應(yīng)用于遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中對(duì)推動(dòng)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸效率的提升具有重要的意義。

1 極化復(fù)用技術(shù)在遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中的運(yùn)用

相比傳統(tǒng)遙感衛(wèi)星性地?cái)?shù)據(jù)傳輸應(yīng)用的頻率分割傳輸方法，極化復(fù)用技術(shù)可以將頻帶重復(fù)利用，換言之一個(gè)天線(xiàn)利用一種頻率實(shí)現(xiàn)兩種極化波的傳送，而兩種極化波可以分別傳輸部分信息，現(xiàn)階段利用圓極化形式復(fù)用，常規(guī)選擇左、右旋圓極化波，而利用線(xiàn)極化形式復(fù)用，常規(guī)選擇垂直、水平極化波，通過(guò)香農(nóng)定理可以發(fā)現(xiàn)，在遙感衛(wèi)星運(yùn)用過(guò)程中信道功率和頻帶兩者的利用率之間存在相互矛盾的關(guān)系，在遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用傳統(tǒng)形式的情況下，衛(wèi)星通信系統(tǒng)產(chǎn)生的信噪相對(duì)較小，而且頻帶資源可以滿(mǎn)足星地之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)目偭康膶?shí)際需要，利用對(duì)功率利用率較理想的BPSK和QPSK進(jìn)行調(diào)試就完全可以滿(mǎn)足頻帶需要[1]。但現(xiàn)階段雖然衛(wèi)星通信信道的功率資源在衛(wèi)星發(fā)射功率不斷增加和高增益點(diǎn)波束天線(xiàn)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大的作用下壓力縮減，但其頻帶資源在數(shù)據(jù)傳輸速率不斷提升的刺激下壓力變大?，F(xiàn)階段結(jié)合相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，X頻段是遙感衛(wèi)星星地?cái)?shù)據(jù)下傳主體頻段，此時(shí)如果仍選用QPSK調(diào)試體制，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式和極化復(fù)用技術(shù)方式每秒鐘的最高傳輸量分別為375Mbit和750Mbit，傳輸量提升近一倍，所以極化復(fù)用技術(shù)在遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中運(yùn)用受到國(guó)內(nèi)外的高度重視，并在實(shí)踐中積極的展開(kāi)相關(guān)的研究[2]。例如美國(guó)研發(fā)的WorldView-1衛(wèi)星運(yùn)用極化復(fù)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)下傳主體頻段每秒鐘傳送2×400Mbit，我國(guó)運(yùn)用極化復(fù)用技術(shù)使遙感衛(wèi)星在數(shù)據(jù)下傳主體頻段的傳輸能力提升到每秒鐘2×450Mbit等。

2 極化復(fù)用技術(shù)在遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中運(yùn)用的附加影響

極化復(fù)用技術(shù)應(yīng)用的中的去極化會(huì)使交叉計(jì)劃傳輸通道之間的干擾擴(kuò)大，進(jìn)而使雙極化傳輸?shù)男盘?hào)質(zhì)量難以保證，而同極化衰減和交叉極化辨別率作為雙極化衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸性能的主要因素，并不能對(duì)誤碼特性退化程度進(jìn)行準(zhǔn)確的估算沒(méi)在進(jìn)行估算的過(guò)程中需要將調(diào)制方式、碼速率等參數(shù)綜合考慮，現(xiàn)階段通常將交叉極化干擾的影響等同于使其傳輸通道內(nèi)高斯白噪聲功率譜密度值增加，而星地?cái)?shù)據(jù)傳輸分為星上發(fā)射、星地路徑、地面接收三個(gè)步驟，而每個(gè)步驟都會(huì)受到其他因素的影響[3]。例如在星上發(fā)射過(guò)程中如果天線(xiàn)的狀態(tài)不理想，會(huì)導(dǎo)致發(fā)射波和理想極化狀態(tài)不符；星地路徑中降雨因素會(huì)導(dǎo)致頻率之間雨衰、雨致去極化效應(yīng)的差異，分別對(duì)接收信號(hào)功率、雙極化傳輸信號(hào)等產(chǎn)生影響，而地面接收會(huì)隨著降雨的增加使天線(xiàn)噪聲溫度不斷提升，接受效果難以保證。當(dāng)將極化復(fù)用技術(shù)運(yùn)用在遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中，可以對(duì)同極化衰減、交叉極化鑒別率進(jìn)行計(jì)算和傳輸，使傳輸?shù)馁|(zhì)量因各種因素的影響變化范圍得到有效的控制，在計(jì)算同極化衰減值的過(guò)程中，結(jié)合星地?cái)?shù)據(jù)傳輸鏈路模型可以對(duì)地面站和降雨情況存在差異時(shí)的雨致衰減、地面接收天線(xiàn)噪聲溫度變化情況等進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而對(duì)地面站接收的接收天線(xiàn)增益與接收系統(tǒng)噪聲性能的等效噪聲溫度的比值進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算獲取的降雨極化衰減值和地面站接收的接收天線(xiàn)增益與接收系統(tǒng)噪聲性能的等效噪聲溫度的比值極化衰減值相加即可以獲取同極化衰減值。在計(jì)算交叉極化鑒別率的過(guò)程中，對(duì)星地鏈路在地面站接收和降雨情況等方面存在差異的雨致去極化效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，然后利用數(shù)據(jù)傳輸各階段的天線(xiàn)軸比相加，獲取整個(gè)傳輸鏈路的交叉極化鑒別率。如果將交叉極化鑒別率表示為XPD，將極化衰減值表示為CPA，將極化復(fù)用傳輸?shù)母咚拱自肼暪β首V密度值表示為E/N，則降低因子則可以表示為：CPA+101g{1+Γ10[（EIN）nom-CPA-XPD]/10}?？梢?jiàn)，在將極化復(fù)用技術(shù)在遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中運(yùn)用的過(guò)程中，需要對(duì)降雨對(duì)極化復(fù)用傳輸信號(hào)的影響和國(guó)際電聯(lián)提供的星地?cái)?shù)據(jù)傳輸鏈路的計(jì)算模型產(chǎn)生全面的認(rèn)識(shí)。

3 結(jié)合案例，分析極化復(fù)用技術(shù)在遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中的運(yùn)用

系統(tǒng)鏈路在一定時(shí)間內(nèi)通信鏈路工作正常時(shí)間與總時(shí)間的比值被稱(chēng)為衛(wèi)星通信系統(tǒng)的可用度，通信衛(wèi)星的可用度通常在99.99%以上，為遙感衛(wèi)星由于工作時(shí)間性對(duì)靈活，而且數(shù)據(jù)傳輸主要為短期工作形勢(shì)，所以其可信度通常在99.9%左右，將極化復(fù)用技術(shù)應(yīng)用于某遙感衛(wèi)星中，下傳頻率數(shù)據(jù)率上升到每秒鐘2×450Mbit，星上發(fā)射和地面接收天線(xiàn)軸比分別在1db和1.5db以下，地面站在三亞、北京兩地，接受的接收系統(tǒng)噪聲性能的等效噪聲溫度的比值為34.5B/K，通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)三亞和北京的地面站鏈路可用度達(dá)到99.9%，時(shí)，鏈路設(shè)計(jì)與量分別要達(dá)到8db和6.5db，結(jié)合兩地降雨率的差異，在鏈路設(shè)計(jì)總余量設(shè)計(jì)為6.5db的情況下，兩地的極化復(fù)用影響因子和常規(guī)鏈路設(shè)計(jì)余量應(yīng)分別為3.5db和3db，可見(jiàn)極化復(fù)用技術(shù)應(yīng)用于遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中，要結(jié)合附加影響等因素進(jìn)行。

4 結(jié)論

通過(guò)上述分析可以發(fā)現(xiàn)，將極化復(fù)用技術(shù)應(yīng)用于遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中，對(duì)緩解其數(shù)據(jù)頻帶資源緊張具有積極的作用，但考慮到其會(huì)產(chǎn)生附加影響，所以在鏈路計(jì)算的過(guò)程中要綜合考慮各方面，實(shí)現(xiàn)提升數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量前提下的系統(tǒng)成本節(jié)約。

[1]趙 寧．極化復(fù)用技術(shù)在遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用[J]．航天器工程，2010，04：55～62．

[2]王萬(wàn)玉，張寶全，劉愛(ài)平，李娟妮，李 凡，王 強(qiáng)．頻率復(fù)用高碼速率遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．電訊技術(shù)，2012，04：423～428．

[3]王萬(wàn)玉，王永華，王強(qiáng)．雙圓極化遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)極化鑒別率需求分析[J]．現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，15：45～48+54．

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1004-7344（2016）13-0271-01

2016-4-15