航天通信科技論文

航天通信科技論文

　　通信，指人與人之間通過某種行為或媒介進(jìn)行的信息交流與傳遞，下面小編給大家分享航天通信科技論文，大家快來跟小編一起欣賞吧。

　　航天通信科技論文篇一

　　3G通信基站對于航天測控頻段的影響及消除方法研究

　　摘 要：按照統(tǒng)一測控頻段規(guī)定，航天器測控頻段為S頻段，與3G通信頻段相鄰，對衛(wèi)星地面站接收信號有干擾，嚴(yán)重的會導(dǎo)致S頻段不可用。其原因在于3G通信信號的頻段與衛(wèi)星地面站S頻段間存在頻率距離過近甚至重疊的現(xiàn)象。這會導(dǎo)致衛(wèi)星地面站S頻段的前端放大器出現(xiàn)飽和，致使衛(wèi)星的對地信號無法進(jìn)入接收系統(tǒng)。

　　【關(guān)鍵詞】S頻段 3G通信 電磁干擾 誤碼率

　　1 研究的背景和意義

　　眾所周知，隨著信息化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，人們已經(jīng)越來越不滿足于現(xiàn)有GSM/CDMA網(wǎng)絡(luò)以窄帶方式提供的單一語音服務(wù)。而3G通信系統(tǒng)具有提供更大的系統(tǒng)容量和更靈活的高速率、多速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?，除了語音和數(shù)據(jù)傳輸外，還能傳送高達(dá)2Mbit/s的高質(zhì)量的活動圖像，真正實(shí)現(xiàn)“任何人，在任何地點(diǎn)、任何時間與任何人”都能便利通信這個目標(biāo)。所以，3G在全球得到了快速的發(fā)展，一部分國家已經(jīng)邁入了3G通信時代，在該趨勢下，越來越多的3G通信基站將會被建立。但是，衛(wèi)星地面站的S頻段接收工作頻率為2200～2300MHz，3G移動通信的下行頻率2110～2170MHz，與S頻段接收頻率僅間隔30MHz。3G通信信號對衛(wèi)星地面站S頻段信號接收存在電磁頻段干擾。這就使得遙感衛(wèi)星地面站附近的3G通信基站工作時對地面站接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)造成巨大的影響。情況嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致地面站的S頻段不可用，致使地面站無法對衛(wèi)星的進(jìn)行測控。如，我國三亞遙感衛(wèi)星地面站受3G通信基站的影響，S頻段無法工作。如果由于3G基站的設(shè)立而造成航天測控任務(wù)失敗，有可能造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。從促進(jìn)我國信息化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的角度看，遙感衛(wèi)星地面站和3G移動通信都很重要，如何減少3G通信基站對于航天測控頻段的影響，使得二者能夠“和平共處、相互促進(jìn)”就成為了一個急待解決的問題。

　　2 遙感衛(wèi)星地面站

　　2.1 工作原理

　　遙感衛(wèi)星地面站主要完成對在太陽同步軌道上運(yùn)行的遙感衛(wèi)星捕獲、跟蹤、實(shí)時接收、記錄下行的遙感數(shù)據(jù)及遙測數(shù)據(jù)，針對不同的遙感衛(wèi)星載荷完成遙感數(shù)據(jù)的快視成像及顯示，通過指定的方式輸出、存儲遙感原始數(shù)據(jù)和遙測數(shù)據(jù)。

　　地面站設(shè)備系統(tǒng)主要包括天伺饋分系統(tǒng)、跟蹤接收分系統(tǒng)、接收和處理分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄與快視分系統(tǒng)、監(jiān)控與管理分系統(tǒng)、測試標(biāo)校分系統(tǒng)、時頻分系統(tǒng)以及技術(shù)保障分系統(tǒng)等部分。地面站執(zhí)行一次衛(wèi)星過境接收任務(wù)前，首先由監(jiān)控管理分系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)計(jì)算并控制天線指向衛(wèi)星出現(xiàn)的方位，并控制天線完成方位和俯仰預(yù)置或進(jìn)行空域搜索;當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入地面站天線主波束范圍時，接收機(jī)捕獲信號，然后天線的跟蹤伺服系統(tǒng)閉環(huán)，對衛(wèi)星進(jìn)行角度跟蹤。為得到較大的跟蹤捕獲范圍，系統(tǒng)可以先采用S波段跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行寬波束引導(dǎo)，并由S波跟蹤設(shè)備的FFT對信號進(jìn)行快速頻率捕獲;然后天線的跟蹤伺服系統(tǒng)閉環(huán)，對衛(wèi)星進(jìn)行角度跟蹤。當(dāng)S波段跟蹤系統(tǒng)已可靠的完成對衛(wèi)星的捕獲跟蹤后，再由ACU切換到X波段跟蹤設(shè)備，使天線對衛(wèi)星精確跟蹤。同時，系統(tǒng)進(jìn)入遙感數(shù)據(jù)接收狀態(tài)。

　　X波段和S波段跟蹤信號變頻為70MHz中頻信號，跟蹤接收機(jī)收到并鎖定下行信號后，送出AGC電壓指示和角跟蹤誤差電壓給天線控制單元，使伺服回路閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)對天線驅(qū)動軸的控制，完成角跟蹤，并輸出測角數(shù)據(jù)。

　　衛(wèi)星的兩路下行數(shù)傳信號經(jīng)天線進(jìn)入饋源，再經(jīng)場放和下變頻器，變成1200MHz中頻信號進(jìn)入中頻切換單元;該中頻信號經(jīng)中頻分配單元分別送給兩個解調(diào)器完成QPSK或BPSK解調(diào)，并輸出I、Q之路的數(shù)據(jù)流和時鐘信號;這些信號經(jīng)基帶數(shù)據(jù)分配單元送給數(shù)據(jù)記錄及快視分系統(tǒng)，完成遙感數(shù)據(jù)的實(shí)時記錄及快視。

　　2.2 地面站選址及建筑設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　(1)選址應(yīng)遠(yuǎn)離市區(qū)，避免高大障礙物遮擋和電波干擾。天線主波束的方向必須避開居民點(diǎn)，以防天線產(chǎn)生的高頻電波影響人體健康。站址地基條件要好。

　　(2)總體布局一般由天線和中央控制室以及儀表測試室等組成主體建筑。主體建筑、輔助用房和生活用房均按功能分區(qū)布置。如1973年建成的上海國際衛(wèi)星通信地面站，將主體建筑布置在場地后部中央地段，輔助用房和生活用房布置在兩翼。

　　(3)天線基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格，地基要有足夠剛度。有不少地面站的天線基礎(chǔ)直接設(shè)在天然巖石地基上，以保證使用上的高精度要求。

　　(4)中央控制室需設(shè)空調(diào)，一般室溫要求冬季在20℃以上，夏季低于25℃;相對濕度不大于70%。中央控制室要作隔振和吸聲處理，以免空調(diào)系統(tǒng)影響通信設(shè)備。

　　(5)供電設(shè)計(jì)可靠性要求高，除具備兩路外線電源和一路備用電源外，還要有自動切換裝置或確保交流電不間斷的電源設(shè)備。

　　3 仿真分析

　　為了分析3G信號對于航天測控?cái)?shù)據(jù)的影響，我們建立了基帶鏈路仿真分析平臺，對于天線同時接收到的航天測控?cái)?shù)據(jù)和3G數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真分析，研究其對航天測控?cái)?shù)據(jù)誤碼率的影響。

　　通過該仿真分析，研究解調(diào)后的數(shù)據(jù)誤碼率受3G信號影響的程度，以確定進(jìn)入天線口面的3G信號強(qiáng)度的上限。使用Simulink作為仿真工具，開展研究工作。

　　3.1 3G信號干擾仿真

　　按照圖1仿真模塊進(jìn)行仿真。

　　根據(jù)仿真我們得到表1中的數(shù)據(jù)結(jié)果。通過分析上述表1實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們得到：當(dāng)Eb/N0 ≥7時，誤碼率為恒定值0.008758。此時，前端低噪放不飽和，3G信號對地面站接收信號的干擾無影響，誤碼率沒有發(fā)生變化。通過仿真分析，可以得知，落到帶內(nèi)的3G信號的諧波部分對于采用QPSK調(diào)制和RS編碼的航天測控?cái)?shù)據(jù)誤碼率影響影響甚微，可以認(rèn)為，只要前端放大器不飽和，進(jìn)入S頻段3G信號對于航天測控?cái)?shù)據(jù)誤碼率無影響。因此，只要保證3G信號強(qiáng)度不使前端低噪放飽和，就不會對地面站接收航天測控?cái)?shù)據(jù)造成影響。

　　3.2 干擾計(jì)算

　　衛(wèi)星地面站的S頻段接收工作頻率為2200MHz～2300MHz，聯(lián)通WCDMA下行頻率為2130～2145MHz，與S頻段接收頻率僅間隔55MHz。衛(wèi)星地面站的接收最低仰角為3°，該基站的高度文件說是30米，與我方接收天線存在約10米高差，基站發(fā)射的信號不會被衛(wèi)星地面站天線的波束主瓣接收，但旁瓣可以收到。 　　天線第一副瓣的增益比主瓣低15dB(約為30.5dB);衛(wèi)星地面站天線為圓極化接收天線，聯(lián)通的信號為垂直極化信號，用圓極化天線接收垂直極化天線的極化隔離為3dB;低噪放前采用了預(yù)選濾波器對2145MHz的信號進(jìn)行抑制，但該措施會導(dǎo)致系統(tǒng)S頻段G/T值的惡化，折中考慮后，在低噪放前端增加了40dB抑制度的濾波器(損耗0.4dB)。

　　衛(wèi)星接收信道前端采用的S頻段低噪放增益為60dB，P-1(1dB壓縮點(diǎn))為10dBm，接收到的WCDMA信號在LNA入口不能高于-50dBm，否則會引起LNA飽和，對接收性能造成惡化。等效到天線入口的信號強(qiáng)度不能超過-50+40+3-30.5=-37.5dBm，即基站的信號經(jīng)過空間損耗傳播后，在天線口面其信號強(qiáng)度不能超過-37.5dBm。因此，要求基站發(fā)射的信號空間損耗不小于68.7+37.5=106.2dB。

　　根據(jù)電磁波的自由空間損耗計(jì)算公式，(距離較近，忽略大氣損耗和地物遮擋)：L=32.44+20lgR(km)+20lgF(MHz)

　　計(jì)算可知，當(dāng)R≥2.27Km時，衛(wèi)星地面站S頻段前端LNA不會出現(xiàn)飽和。

　　4 結(jié)論

　　為了降低3G基站通信信號對衛(wèi)星地面站S頻段信號接收的影響，可以采取以下措施：

　　(1)在衛(wèi)星地面接收站周圍的一定區(qū)域內(nèi)禁止修建移動通信基站;

　　(2)在衛(wèi)星地面接收站設(shè)備中采用高性能的預(yù)選濾波器對3G通信的信號進(jìn)行抑制。

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　　作者單位

　　測繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 湖北省武漢市 430040

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