探析雨、雪、霧對(duì)衛(wèi)星通信信號(hào)的影響

杜靜 鄭秀成 張?chǎng)?/p>

摘要：

近些年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，衛(wèi)星通信已經(jīng)在氣象、軍事、測(cè)繪等各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域得到廣泛普及與應(yīng)用。但是，影響衛(wèi)星通信系統(tǒng)性能及其傳輸質(zhì)量的因素越來(lái)越多樣化，其中氣象因素作為嚴(yán)重影響衛(wèi)星通信信號(hào)的一項(xiàng)因素越來(lái)越不容忽視。本文重點(diǎn)探討了雨、雪、霧等天氣現(xiàn)象對(duì)衛(wèi)星通信信號(hào)的影響，并在此基礎(chǔ)上提出有效的處理應(yīng)對(duì)措施，僅供參考。

關(guān)鍵詞：雨衰;雪;霧;衛(wèi)星通信信號(hào);影響

引言

衛(wèi)星傳輸是無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)囊环N常見(jiàn)類型，通常表現(xiàn)出傳播范圍廣、速度快、效果好、質(zhì)量高、維護(hù)成本低、極少會(huì)受到地理環(huán)境的限制等特點(diǎn)。當(dāng)前，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)衛(wèi)星事業(yè)也突飛猛進(jìn)。然而，受到開(kāi)放式的影響，導(dǎo)致衛(wèi)星在輸送傳播與信息接收過(guò)程中極易受到外界各種因素的干擾，進(jìn)而導(dǎo)致微信通信信號(hào)的傳輸效果與質(zhì)量明顯下降?；诖耍疚闹攸c(diǎn)研究了雨、雪、霧對(duì)衛(wèi)星通信信號(hào)的影響，對(duì)于提升衛(wèi)星通信信號(hào)質(zhì)量，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)衛(wèi)星事業(yè)實(shí)現(xiàn)快速、健康發(fā)展等具有重要意義。

1雨、雪、霧對(duì)衛(wèi)星通信信號(hào)的影響

當(dāng)出現(xiàn)雨、雪、霧等惡劣天氣現(xiàn)象時(shí)，電波在對(duì)流層傳播時(shí)由此產(chǎn)生的一部分能量往往會(huì)被雨、雪、霧等吸收或散射，進(jìn)而導(dǎo)致一部分能量被損耗。能量損耗的多少與雨雪的大小、霧的濃度等密切相關(guān)。

1.1雨對(duì)衛(wèi)星通信信號(hào)的影響

降雨天氣過(guò)程發(fā)生時(shí)，由于降雨云層的類型不同，其形狀、厚度、水汽含量、移向、水汽凝成物的幾何尺寸、電波的波長(zhǎng)等都會(huì)在一定程度上影響到電波的衰減。當(dāng)電磁波穿過(guò)降雨發(fā)生區(qū)域時(shí)，雨滴往往會(huì)吸收或散射一定量的電波，進(jìn)而導(dǎo)致電波明顯減少，這一現(xiàn)象被稱為雨衰。雨滴的直徑及電磁波的波長(zhǎng)對(duì)雨衰的大小起到?jīng)Q定性作用，通常情況下，當(dāng)電磁波的波長(zhǎng)越接近雨滴的直徑，則降雨引起的衰減就越大。相關(guān)資料研究表明，降雨過(guò)程中雨滴的半徑往往位于0.25～3.00mm之間。就Ku頻段而言，其電波波長(zhǎng)大都位于25mm左右。由此可見(jiàn)電波波長(zhǎng)與雨滴的直徑較為接近，進(jìn)而導(dǎo)致Ku波段在工作過(guò)程中造成的雨衰現(xiàn)象較為顯著。就C波段而言，大多數(shù)波長(zhǎng)均位于75mm左右，波長(zhǎng)明顯大于雨滴的半徑，由此引發(fā)的雨衰現(xiàn)象相對(duì)較弱。當(dāng)出現(xiàn)中到大雨天氣過(guò)程時(shí)，Ku頻段小站將會(huì)頻繁出現(xiàn)短時(shí)下線現(xiàn)象，主要是由于雨對(duì)Ku頻段信號(hào)具有明顯的衰減作用，在此作用下將會(huì)導(dǎo)致信噪比與功率明顯下降。

雨水既會(huì)導(dǎo)致電磁波衰減，又會(huì)增加輻射電磁波的噪聲溫度，并產(chǎn)生去極化現(xiàn)象，對(duì)接收信號(hào)的載噪比產(chǎn)生嚴(yán)重影響，并使正交極化信號(hào)之間的相互干擾得到明顯增加。當(dāng)水汽在饋源內(nèi)聚積時(shí)，白天由于氣溫較高由此對(duì)信號(hào)產(chǎn)生的影響并不明顯，相對(duì)比而言夜間氣溫比較低，當(dāng)夜間溫度低于0℃時(shí)水汽將會(huì)發(fā)生凝結(jié)，進(jìn)而嚴(yán)重影響到通信，甚至還會(huì)導(dǎo)致其發(fā)生中斷，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)白天通夜間斷的“怪現(xiàn)象”。

1.2雪對(duì)衛(wèi)星通信信號(hào)的影響

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，降雪天氣過(guò)程并不會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星信號(hào)出現(xiàn)明顯的衰減現(xiàn)象，尤其是小到中雪天氣過(guò)程對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的影響更小，然而中到大雪天氣過(guò)程對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的影響卻不容忽視。一旦出現(xiàn)中到大雪天氣過(guò)程將會(huì)導(dǎo)致Ku頻段微信通信在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生中斷。就C頻段而言，降雪與降雨天氣過(guò)程都不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生明顯的影響，通常會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)小站下線現(xiàn)象。相對(duì)比而言，化雪時(shí)將會(huì)明顯影響到Ku及C頻段的衛(wèi)星通信。在雪融化時(shí)，冰渣顆粒將會(huì)導(dǎo)致天線饋源與主反射面的表面不平整，由此對(duì)電磁波的散射與吸收作用也有所不同，使衛(wèi)星天線口面的電磁場(chǎng)未能均勻分布，不僅導(dǎo)致天線的增益明顯減少，還使天線的噪聲溫度明顯增加，與此同時(shí)接收系統(tǒng)的G/T值、上行鏈路的EIRP值都將明顯減小。另外，雪在自然條件下融化時(shí)往往會(huì)持續(xù)一定的時(shí)間，不僅會(huì)明顯影響到天線的增益，還會(huì)導(dǎo)致小站在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)通信中斷等現(xiàn)象。

1.3霧對(duì)衛(wèi)星通信信號(hào)的影響

大量實(shí)驗(yàn)表明密霧對(duì)電磁波的衰減現(xiàn)象與降雨天氣比較類似，濃霧對(duì)電磁波的衰減現(xiàn)象類似于小雨。當(dāng)工作頻率低于20GHz時(shí)，可以忽略輕霧對(duì)電磁波的影響。

通過(guò)上述分析可見(jiàn)，小雨及中雨天氣過(guò)程不會(huì)明顯影響到C波段的衛(wèi)星信號(hào)，當(dāng)發(fā)生暴雨天氣過(guò)程且雨區(qū)的高度位于2km以上時(shí)，雨衰將會(huì)嚴(yán)重影響到C波段信號(hào)的衰耗，而且雨、雪、霧天氣現(xiàn)象對(duì)C波段衛(wèi)星信號(hào)的衰耗作用要明顯小于Ku波段。

降雨天氣過(guò)程發(fā)生時(shí)不僅會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星通信信號(hào)有所衰減，還會(huì)增加噪聲溫度并引發(fā)去極化現(xiàn)象，由雨衰對(duì)衛(wèi)星通信信號(hào)的影響較為顯著。因此，通常情況下都必須考慮到雨衰產(chǎn)生的影響，除此之外，在對(duì)其進(jìn)行計(jì)算時(shí)還要對(duì)去極化、降雨噪聲等因素進(jìn)行綜合考慮。

2如何減少雨、雪、霧對(duì)衛(wèi)星通信信號(hào)的影響

2.1改進(jìn)技術(shù)，以減小降雨、雨衰現(xiàn)象對(duì)衛(wèi)星通信的影響

降雨、雨衰現(xiàn)象發(fā)生時(shí)往往會(huì)增加空中噪聲溫度，進(jìn)而嚴(yán)重干擾衛(wèi)星通信信號(hào)。針對(duì)這一現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)積極引進(jìn)先進(jìn)的儀器設(shè)備，盡可能減少極化損耗以及天線指向誤差損耗，使接收天線的增益明顯升高。另外，還應(yīng)當(dāng)選用適宜的工作頻率，并采用先進(jìn)的信道編碼等技術(shù)以減少其對(duì)衛(wèi)星通信的影響。

2.2及時(shí)進(jìn)行掃雪除冰

當(dāng)雨雪天氣過(guò)程發(fā)生時(shí)，若端站出現(xiàn)信噪比下降等而無(wú)法正常工作，應(yīng)當(dāng)及時(shí)將室外天線主反射面及饋源上的積雪、積水等清掃干凈。另外，在對(duì)天線饋源上的積水、積雪等進(jìn)行清掃時(shí)必須動(dòng)作輕緩，以避免饋源上的塑料保護(hù)膜上遭受損壞。

2.3強(qiáng)化管理，并做好防水處理工作

相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)認(rèn)真做好電纜連接頭、室外設(shè)備連接處的防水密封處理工作，還要定期對(duì)室外設(shè)備進(jìn)行檢查，并采取有效措施對(duì)室外電纜進(jìn)行保護(hù)。室外單元的防水、防潮工作必須引起北方重雪區(qū)與南方重雨區(qū)的高度重視，應(yīng)當(dāng)以相關(guān)要求為依據(jù)，并使用防水膠帶定期做好電纜接頭處、室外單元連接處的防水處理工作。在實(shí)際的檢查過(guò)程中一旦發(fā)現(xiàn)電纜接頭處、室外單元設(shè)備連接處出現(xiàn)有水珠、冰凌或冷凌等，應(yīng)當(dāng)立即將防水膠帶解開(kāi)，并烘干接頭處，之后再對(duì)其進(jìn)行防水處理。其中室外單元設(shè)備在更換之后做好其防水工作更加不容忽視。

3結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)上述分析可見(jiàn)，雨、雪、霧等惡劣天氣現(xiàn)象往往會(huì)對(duì)衛(wèi)星通信造成嚴(yán)重影響。因此，必須掌握以上各種天氣現(xiàn)象影響衛(wèi)星通信的原因，并重視由此產(chǎn)生的嚴(yán)重后果。而且還要強(qiáng)化管理，積極做好以上各種惡劣天氣現(xiàn)象的預(yù)防措施，以最大限度減少雨、雪、霧對(duì)衛(wèi)星通信信號(hào)的影響，進(jìn)而保障衛(wèi)星通信信號(hào)質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介：杜靜（1984-）女，漢族，黑龍江省慶安縣人，工程師，本科學(xué)歷，從事短時(shí)臨近預(yù)報(bào)和人影指揮工作。