影響衛(wèi)星通信的因素及應(yīng)對(duì)方法

王成皇 鄭昕 陳德旭

【摘 要】衛(wèi)星通信以其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，已成為現(xiàn)代通信傳輸?shù)闹匾侄沃?，衛(wèi)星通信受環(huán)境和自身因素影響，在應(yīng)用中會(huì)受到各種干擾技術(shù)影響。然而由于衛(wèi)星通信系統(tǒng)的開(kāi)放性，也決定了其易受到干擾的特性，文章總結(jié)了影響衛(wèi)星通信系統(tǒng)常見(jiàn)的天文因素，以及常見(jiàn)干擾的判斷方法和應(yīng)對(duì)措施。

【關(guān)鍵詞】衛(wèi)星通信；干擾

衛(wèi)星通信是利用人造衛(wèi)星作為中繼站來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電波，在兩個(gè)或多個(gè)地面站之間所進(jìn)行的通信，具有通信距離遠(yuǎn)，傳輸容量大，可靠性高，靈活性強(qiáng)以及能多址聯(lián)接等諸多優(yōu)點(diǎn)。然而任何通信系統(tǒng)，都存在受到干擾的可能，衛(wèi)星通信分布在不同的空間、地域，極容易受到各種因素干擾。

一、衛(wèi)星通信系統(tǒng)常見(jiàn)干擾及應(yīng)對(duì)方法

（一）衛(wèi)星的攝動(dòng)

在理想條件下的人造地球衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道應(yīng)該是嚴(yán)格按照理論值運(yùn)行的。但是由于一些因素的影響，衛(wèi)星運(yùn)行的實(shí)際軌道不斷地發(fā)生不同程度偏離理想軌道的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象稱為衛(wèi)星攝動(dòng)（或稱作衛(wèi)星軌道擾動(dòng)）。

1、引起人造地球衛(wèi)星攝動(dòng)的原因有如下幾個(gè)方面：

（1）太陽(yáng)、月亮引力的影響。對(duì)于低軌道衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，地球引力的影響占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，而太陽(yáng)、月亮引力的影響可忽略。對(duì)于高軌道衛(wèi)星，地球的引力仍是主要的，但太陽(yáng)、月亮的引力已有一定的影響。以靜止衛(wèi)星為例，太陽(yáng)和月亮對(duì)衛(wèi)星的引力分別為地球引力的1/37和1/6800。這些引力不僅使衛(wèi)星軌道位置的向徑每天發(fā)生微小擺動(dòng)，還使軌道傾角發(fā)生積累性變化。從地球看去，這種攝動(dòng)使“靜止”衛(wèi)星的位置主要在南北方向上緩慢地漂移。

（2）地球引力場(chǎng)不均勻的影響。由于地球并非理想球體而是略呈橢球狀，且表面起伏不平。這樣就使地球四周等高度處的引力不能保持為不變的常數(shù)。即使在靜止軌道上，地心引力仍然有微小的起伏。顯然地心引力的這種不均勻性，將使衛(wèi)星的瞬時(shí)速度偏離理論值，從而在軌道平面內(nèi)產(chǎn)生攝動(dòng)。對(duì)靜止衛(wèi)星而言，瞬時(shí)速度的變化，將使它的位置在東西方向上漂移。

（3）地球大氣層阻力的影響。高軌道衛(wèi)星處于高度真空環(huán)境中，故大氣層阻力影響可不考慮。低軌道衛(wèi)星，大氣阻力可能有一定的影響，它使衛(wèi)星的機(jī)械能受到損耗，從而使軌道日漸降低。例如橢圓形軌道的衛(wèi)星由于受大氣阻力的影響，其近地點(diǎn)高度和遠(yuǎn)地點(diǎn)高度都將逐漸降低。

（4）太陽(yáng)輻射壓力的影響。對(duì)于一般衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)輻射壓力的影響均不予考慮，但對(duì)于表面積較大（如帶有大面積的太陽(yáng)能電池帆板）且定點(diǎn)精度要求高的靜止衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，就必須考慮太陽(yáng)輻射壓力引起的靜止衛(wèi)星在東西方向上的位置漂移。

2、應(yīng)對(duì)方法。攝動(dòng)對(duì)靜止衛(wèi)星定點(diǎn)位置的保持非常不利。為此，在靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)中必須采取保持技術(shù)，以克服攝動(dòng)影響，使衛(wèi)星位置的經(jīng)緯度誤差值始終保持在允許范圍內(nèi)。

（二）星蝕

1、星蝕形成原因。所有靜止衛(wèi)星在每年春分和秋分前后，當(dāng)星下點(diǎn)（衛(wèi)星與地心連線同地球表面的交點(diǎn)）進(jìn)入當(dāng)?shù)貢r(shí)間午夜前后，衛(wèi)星、地球和太陽(yáng)共處在一條直線上，地球擋住了陽(yáng)光，衛(wèi)星進(jìn)入地球陰影區(qū)而造成了衛(wèi)星的日蝕，我們稱之為星蝕。

衛(wèi)星在每年的春分和秋分前后進(jìn)入星蝕高峰期。在此期間，每天發(fā)生星蝕所持續(xù)時(shí)間并不相等，每年約有52天的星蝕要持續(xù)1小時(shí)以上（每年的3月8日～4月3日以及9月9日至10月6日），星蝕最長(zhǎng)時(shí)間為72分鐘。如圖2-14所示。星蝕期間，衛(wèi)星只能靠星載蓄電池來(lái)供給能源。

2、應(yīng)對(duì)方法。為了避免在通信高峰時(shí)發(fā)生星蝕，可以通過(guò)調(diào)整衛(wèi)星的經(jīng)度來(lái)推遲或提前星蝕發(fā)生的時(shí)間。衛(wèi)星位置西移1？，星蝕開(kāi)始時(shí)間可推遲4分鐘，東移1？則可提前4分鐘。早期的衛(wèi)星星載電池容量較小，在星蝕期間轉(zhuǎn)發(fā)器不能正常工作從而影響正常通信?，F(xiàn)代的衛(wèi)星，早已對(duì)衛(wèi)星供電系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，可以完全克服星蝕的影響。

（三）日凌

1、日凌形成原因。與星蝕類似的另一個(gè)現(xiàn)象是，每年的春分和秋分前后，在衛(wèi)星地球站所在地的每天中午時(shí)分，衛(wèi)星處在太陽(yáng)與地球之間的直線上，這時(shí)衛(wèi)星地球站天線在對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的同時(shí)也對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，強(qiáng)大的太陽(yáng)噪聲會(huì)使通信惡化甚至中斷，這種現(xiàn)象就是日凌。

對(duì)每個(gè)地球站，日凌中斷每年在春分和秋分各發(fā)生一次，每次約持續(xù)6天。每天日凌中斷的最長(zhǎng)時(shí)間與地球站的天線口徑、工作頻率等有關(guān)。日凌中斷的日期與地球站的地理緯度有很大關(guān)系。當(dāng)太陽(yáng)由南往北穿過(guò)赤道面時(shí)，即春分前后，北半球高緯度地區(qū)首先發(fā)生日凌現(xiàn)象；當(dāng)太陽(yáng)由北往南穿過(guò)赤道面時(shí)，即秋分前后，日凌首先從南半球高緯度地區(qū)開(kāi)始。位于衛(wèi)星定點(diǎn)位置西邊的地球站總是早于衛(wèi)星定點(diǎn)位置以東的地球站發(fā)生日凌。

2、應(yīng)對(duì)辦法。對(duì)靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，日凌中斷一般是難以避免的。解決的方法是用兩顆定點(diǎn)于不同經(jīng)度的衛(wèi)星進(jìn)行替換，在日凌中斷出現(xiàn)前將信道轉(zhuǎn)接到另一顆衛(wèi)星上。

（四）雨衰

1、形成原因。當(dāng)電波穿過(guò)降雨的區(qū)域時(shí)，雨不僅吸收電

波能量，而且對(duì)電波產(chǎn)生散射。這種吸收和散射共同形成電波衰減，散射還能導(dǎo)致大范圍無(wú)線電干擾，并對(duì)電波存在去極化效應(yīng)，我們稱這些衰減和干擾為雨衰。雨衰產(chǎn)生的衰減呈現(xiàn)非選擇性和緩慢的時(shí)變性，雨衰的大小與雨滴直徑和波長(zhǎng)的比值有關(guān)，當(dāng)電磁波的波長(zhǎng)和雨滴直徑越接近時(shí)衰減越大，對(duì)于10GHz以上的電磁波，雨衰的影響非常明顯，且頻率越高雨衰的影響越大。

2、應(yīng)對(duì)方法。在上行站，除加大發(fā)射機(jī)功率、采用高效糾錯(cuò)編碼、站址分集技術(shù)外，還需要采取上行功率控制手段，以便自動(dòng)補(bǔ)償或消除在衛(wèi)星上行鏈路出現(xiàn)的雨、霧、云、雪等對(duì)上行信號(hào)的衰減作用，使轉(zhuǎn)發(fā)器在降雨情況下仍保持飽和或最大功率狀態(tài)。

二、結(jié)束語(yǔ)

衛(wèi)星通信系統(tǒng)由于其特殊性，干擾是不能避免的，而且干擾的種類多樣，應(yīng)該充分運(yùn)用衛(wèi)星系統(tǒng)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)的技術(shù)，根據(jù)不同情況采取相應(yīng)的措施。而且隨著衛(wèi)星技術(shù)的進(jìn)步，排除和解決衛(wèi)星系統(tǒng)干擾的技術(shù)也會(huì)不斷發(fā)展，衛(wèi)星通信系統(tǒng)將會(huì)得到更好的應(yīng)用。

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