武帥　沈洪標(biāo)　邢劭謙

摘 要：隨著通信技術(shù)及大氣探測(cè)技術(shù)的飛速發(fā)展，大量衛(wèi)星通信設(shè)備在氣象部門的工作中有著大量應(yīng)用。布建在各縣區(qū)的地面接收站以及布建在市區(qū)布局的中規(guī)模地面接收站，使得各級(jí)氣象臺(tái)資料獲取種類及時(shí)效大大提高。由于衛(wèi)星通信采取的是無(wú)線通信，很容易受到各種電磁波的干擾。這時(shí)只有對(duì)這些常見(jiàn)的干擾因素進(jìn)行排除，才能保證地面接收站可以正常運(yùn)行，也可以為各級(jí)臺(tái)站提供必要的探測(cè)資料，為精細(xì)化天氣預(yù)報(bào)的制作提供實(shí)時(shí)傳遞的參考資料，進(jìn)而為政府提供準(zhǔn)確詳實(shí)的天氣預(yù)報(bào)，在監(jiān)測(cè)自然災(zāi)害以及參與國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)過(guò)程中有著重要作用。本文主要分析了日本"葵花-8"靜止氣象衛(wèi)星接收系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上探討了氣象衛(wèi)星地面接受系統(tǒng)干擾因素及相應(yīng)的解決對(duì)策。

關(guān)鍵詞：氣象衛(wèi)星；地面接收系統(tǒng)；感染因素；對(duì)策

中圖分類號(hào)：P414.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）04-0000-00

在氣象衛(wèi)星運(yùn)行過(guò)程中，很容易受到電磁波的干擾，導(dǎo)致衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確。這時(shí)就需要準(zhǔn)確分析氣象衛(wèi)星地面接收系統(tǒng)常見(jiàn)的干擾因素，并探討針對(duì)這些干擾因素的解決對(duì)策。

1 日本"葵花-8"靜止氣象衛(wèi)星接收系統(tǒng)概要分析

“葵花”是日本“氣象衛(wèi)星”的昵稱。自1978年開始，日本就開始使用“葵花”進(jìn)行氣象觀測(cè)，至今已經(jīng)持續(xù)39年，并成功發(fā)射了8顆衛(wèi)星。日本處于板塊交界處，地震頻發(fā)，且受到臺(tái)風(fēng)影響較為嚴(yán)重，利用“葵花”衛(wèi)星等各類衛(wèi)星對(duì)地震活動(dòng)及臺(tái)風(fēng)動(dòng)向等狀況進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)臺(tái)風(fēng)行進(jìn)路線預(yù)測(cè)，并監(jiān)視預(yù)測(cè)臺(tái)風(fēng)、地震都有著重要意義?！翱ā毙l(wèi)星收集到的觀測(cè)數(shù)據(jù)除了可以在氣象業(yè)務(wù)中應(yīng)用意外，還能在氣候、水資源、環(huán)境保護(hù)以及防災(zāi)救災(zāi)等諸多領(lǐng)域中應(yīng)用[1]。包括葵花-8在內(nèi)，日本已經(jīng)發(fā)射了9顆衛(wèi)星，其中除了第一顆多用途運(yùn)輸衛(wèi)星是由于火箭問(wèn)題出現(xiàn)發(fā)射失敗，而其他衛(wèi)星都已經(jīng)發(fā)射成功并投入在軌使用?？?1～5都屬于自旋式穩(wěn)定的靜止衛(wèi)星系列，利用的是美國(guó)的衛(wèi)星平臺(tái)?？?6～7屬于三軸穩(wěn)定的二代氣象衛(wèi)星，不僅具備一定的氣象觀測(cè)功能，還能提供相應(yīng)的航空管制服務(wù)，因此也被稱為多用途運(yùn)輸衛(wèi)星系列[2]。為了保證向用戶連續(xù)提供滿意的氣象服務(wù)，日本氣象臺(tái)發(fā)射了多用途運(yùn)輸衛(wèi)星的軌道備份星?？?8是一顆全長(zhǎng)約8m的衛(wèi)星，發(fā)射質(zhì)量約為3500kg?？?8的研制過(guò)程中，重點(diǎn)對(duì)下列幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了解決：完成新型主遙感器等在內(nèi)的衛(wèi)星本體研制；開發(fā)處理觀測(cè)數(shù)據(jù)的專用軟件；完善與衛(wèi)星通信用的地面設(shè)施；完善對(duì)葵花-8監(jiān)視及控制的地面設(shè)施；完善執(zhí)行對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的軟件處理設(shè)施。其中，為了確保衛(wèi)星得以穩(wěn)定運(yùn)行，按照設(shè)計(jì)要求，保證有效載荷對(duì)準(zhǔn)對(duì)象及對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)及高分辨率的可見(jiàn)光紅外輻射計(jì)?？?8的姿態(tài)確定選擇以星追蹤器及慣性基準(zhǔn)單元為主體，將星追蹤器及慣性基準(zhǔn)單元中獲取的數(shù)據(jù)及敏感器、加速度計(jì)獲得的數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)送至地面，經(jīng)地面處理后確定高精度姿態(tài)[3]。同時(shí)，衛(wèi)星本體在對(duì)經(jīng)地面處理后的數(shù)據(jù)作為姿態(tài)控制信息外，還可以開展高精度的姿態(tài)控制工作。這樣就可以避免像葵花-7這樣的以地球敏感器為姿態(tài)檢測(cè)主體開展的衛(wèi)星可能會(huì)出現(xiàn)難以連續(xù)開展姿態(tài)控制的問(wèn)題，保證衛(wèi)星在運(yùn)行過(guò)程中可以對(duì)控制精度大幅提高。

2氣象衛(wèi)星地面接收系統(tǒng)常見(jiàn)感染因素

2.1電離層閃爍

當(dāng)電波穿越至電離層時(shí)，由于電離層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不均勻性及隨機(jī)變化性，導(dǎo)致信號(hào)振幅、相位及到達(dá)角等出現(xiàn)短周期性變化，導(dǎo)致電離層閃爍。電離層閃爍與地理位置、工作開展頻率以及太陽(yáng)活動(dòng)都有著一定關(guān)系。3GHZ頻率以下，電離層閃爍是較為嚴(yán)重的電離層現(xiàn)象。當(dāng)頻率為3GHZ以下時(shí)，電離層閃爍是出現(xiàn)的十分嚴(yán)重的電離層現(xiàn)象[4]。一般來(lái)說(shuō)，電離層閃爍最嚴(yán)重情況下是在春分前后出現(xiàn)，其次是在秋分前后。電離層閃爍的持續(xù)時(shí)間一般為30min-1h，多在日落后及深夜期間發(fā)生。

2.2衛(wèi)星星蝕及日凌現(xiàn)象的影響

星蝕現(xiàn)象指的是衛(wèi)星每年進(jìn)入春分和進(jìn)入秋分的前后23d內(nèi)，當(dāng)星下點(diǎn)進(jìn)入當(dāng)?shù)貢r(shí)間的午夜前后，這時(shí)，地球、太陽(yáng)及衛(wèi)星三點(diǎn)處于一條直線，地下將太陽(yáng)光擋住后，衛(wèi)星進(jìn)入至地球的陰影區(qū)域，便會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星出現(xiàn)日蝕現(xiàn)象。在星蝕期間，衛(wèi)星主要依靠的能源就是蓄電池或燃料電池供給[5]。由于衛(wèi)星自身重量產(chǎn)生的限制性，星載蓄電池僅僅可以對(duì)星體正常運(yùn)轉(zhuǎn)的需要進(jìn)行維持，很難再對(duì)各種轉(zhuǎn)發(fā)器提供必要的電能。為了使得在星蝕期間服務(wù)區(qū)通信業(yè)務(wù)最低時(shí)對(duì)衛(wèi)星星下點(diǎn)，可以對(duì)衛(wèi)星位置進(jìn)行東移或西移，對(duì)星蝕發(fā)生的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而對(duì)衛(wèi)星的正常工作進(jìn)行保證。但是若出現(xiàn)偏移則會(huì)使得接收站接收衛(wèi)星時(shí)的仰角出現(xiàn)一定變化，進(jìn)而帶來(lái)十分不利的影響，導(dǎo)致傳輸損耗大大增加，接收?qǐng)鲆布眲p弱，如接收天線擁有的口徑較小，天線自身的精準(zhǔn)度較差，則會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星信號(hào)出現(xiàn)停頓或斷續(xù)。日凌現(xiàn)象指的是在每年的春分日及秋分日前后，衛(wèi)星在太陽(yáng)及地球間，地球站天線在對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星時(shí)，也對(duì)準(zhǔn)了太陽(yáng)，太陽(yáng)噪聲過(guò)于強(qiáng)大則會(huì)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生影響，使得正常的通信服務(wù)很難開展，導(dǎo)致出現(xiàn)通信中斷的情況[6]。而月亮也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)同樣問(wèn)題，但相比較而言，月亮光產(chǎn)生的噪聲相較于太陽(yáng)光要弱得多，不會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星信號(hào)出現(xiàn)中斷。

2.3地面微波干擾的影響

地面產(chǎn)生的微波干擾多在L波段出現(xiàn)，目前在KU波段可以暫不考慮干擾帶來(lái)的影響。如廣電、鐵路、油田等都已經(jīng)設(shè)有自身的微波中繼線路。每個(gè)中繼站中間相隔的距離約為40公里。只要該地區(qū)的微波中繼線采用的頻率為4GHZ，就會(huì)導(dǎo)致L波段的衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生不同程度的干擾。若干擾較嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致接收云圖掉線或接收不到。

3解決對(duì)策

3.1消除電離層閃爍

在每年的春分或秋分前后，在18點(diǎn)-24點(diǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星云圖出現(xiàn)掉線情況時(shí)，不要對(duì)天線及接收機(jī)盲目調(diào)整。由于葵花-8發(fā)射功率較低，因此一般受到的影響較小。

3.2消除衛(wèi)星星蝕及日凌現(xiàn)象影響

為了防止出現(xiàn)星蝕影響，就需要對(duì)接收天線口徑加大，并對(duì)天線精準(zhǔn)度進(jìn)行校準(zhǔn)，使得天線接收?qǐng)鰪?qiáng)于最強(qiáng)值，這樣一來(lái)就可以使得帶來(lái)的不利影響得到有效降低[7]。日凌現(xiàn)象的發(fā)生是必然的，而最好的解決辦法就是準(zhǔn)備好相應(yīng)的備用接收天線，對(duì)其他衛(wèi)星進(jìn)行接收。當(dāng)日凌現(xiàn)象再次出現(xiàn)時(shí)，就可以對(duì)其他衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行接收以作為備用。

3.3消除地面微波干擾帶來(lái)的影響

對(duì)地面微波中繼線產(chǎn)生的干擾進(jìn)行減少可以采取的措施有：首先，將接收天線放在地面上，利用周圍建筑物遮擋微波干擾。這是一種較為有效的措施，經(jīng)實(shí)踐表明，這種利用建筑物遮擋的原則可以對(duì)干擾信號(hào)適當(dāng)降低，使其約衰減20dB作用，而這樣的衰減程度也就是將干擾降低至最低程度。其次，當(dāng)天線的放置位置是在樓頂上時(shí)，就可利用電梯間或水箱等建筑物的微波干擾進(jìn)行遮擋干擾。最后，在微波干擾方向處設(shè)置一個(gè)金屬屏蔽網(wǎng)，從而對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)地屏蔽。

4結(jié)語(yǔ)

就目前來(lái)看，各級(jí)氣象臺(tái)都開始利用氣象衛(wèi)星地面接收站獲取相應(yīng)的氣象信息。只有對(duì)各類干擾因素進(jìn)行排除后，才能保證系統(tǒng)得以正常運(yùn)行，才能為各級(jí)氣象臺(tái)站提供實(shí)時(shí)的探測(cè)資料，為精準(zhǔn)化的天氣預(yù)報(bào)制作提供實(shí)時(shí)性的參考資料，進(jìn)而為各級(jí)政府提供準(zhǔn)確詳實(shí)的預(yù)報(bào)產(chǎn)品，在對(duì)自然災(zāi)害的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)以及促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中都起到重要作用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：武帥（1977—），男，山西廣靈人，碩士研究生，工程師，研究方向：氣象衛(wèi)星資料開發(fā)與應(yīng)用。