淺談氣象衛(wèi)星地面接收系統(tǒng)常見干擾因素及對策

武帥　沈洪標(biāo)　邢劭謙

摘 要：隨著通信技術(shù)及大氣探測技術(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，使得各級氣象臺資料獲取種類及時效大大提高。由于衛(wèi)星通信采取的是無線通信，很容易受到各種電磁波的干擾。這時只有對這些常見的干擾因素進行排除，才能保證地面接收站可以正常運行，也可以為各級臺站提供必要的探測資料，為精細(xì)化天氣預(yù)報的制作提供實時傳遞的參考資料，進而為政府提供準(zhǔn)確詳實的天氣預(yù)報，在監(jiān)測自然災(zāi)害以及參與國民經(jīng)濟建設(shè)過程中有著重要作用。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)的解決對策。

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

中圖分類號：P414.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）04-0000-00

在氣象衛(wèi)星運行過程中，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。這時就需要準(zhǔn)確分析氣象衛(wèi)星地面接收系統(tǒng)常見的干擾因素，并探討針對這些干擾因素的解決對策。

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”進行氣象觀測，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)，且受到臺風(fēng)影響較為嚴(yán)重，利用“葵花”衛(wèi)星等各類衛(wèi)星對地震活動及臺風(fēng)動向等狀況進行監(jiān)視，對臺風(fēng)行進路線預(yù)測，并監(jiān)視預(yù)測臺風(fēng)、地震都有著重要意義?！翱ā毙l(wèi)星收集到的觀測數(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輸衛(wèi)星是由于火箭問題出現(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，利用的是美國的衛(wèi)星平臺。葵花-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)，日本氣象臺發(fā)射了多用途運輸衛(wèi)星的軌道備份星?？?8是一顆全長約8m的衛(wèi)星，發(fā)射質(zhì)量約為3500kg?？?8的研制過程中，重點對下列幾個問題進行了解決：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；完善對葵花-8監(jiān)視及控制的地面設(shè)施；完善執(zhí)行對觀測數(shù)據(jù)的軟件處理設(shè)施。其中，為了確保衛(wèi)星得以穩(wěn)定運行，按照設(shè)計要求，保證有效載荷對準(zhǔn)對象及對準(zhǔn)太陽及高分辨率的可見光紅外輻射計?？?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、加速度計獲得的數(shù)據(jù)同時發(fā)送至地面，經(jīng)地面處理后確定高精度姿態(tài)[3]。同時，衛(wèi)星本體在對經(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)檢測主體開展的衛(wèi)星可能會出現(xiàn)難以連續(xù)開展姿態(tài)控制的問題，保證衛(wèi)星在運行過程中可以對控制精度大幅提高。

2氣象衛(wèi)星地面接收系統(tǒng)常見感染因素

2.1電離層閃爍

當(dāng)電波穿越至電離層時，由于電離層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不均勻性及隨機變化性，導(dǎo)致信號振幅、相位及到達角等出現(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活動都有著一定關(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，電離層閃爍是出現(xiàn)的十分嚴(yán)重的電離層現(xiàn)象[4]。一般來說，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)星每年進入春分和進入秋分的前后23d內(nèi)，當(dāng)星下點進入當(dāng)?shù)貢r間的午夜前后，這時，地球、太陽及衛(wèi)星三點處于一條直線，地下將太陽光擋住后，衛(wèi)星進入至地球的陰影區(qū)域，便會導(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星體正常運轉(zhuǎn)的需要進行維持，很難再對各種轉(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)最低時對衛(wèi)星星下點，可以對衛(wèi)星位置進行東移或西移，對星蝕發(fā)生的時間進行調(diào)整，進而對衛(wèi)星的正常工作進行保證。但是若出現(xiàn)偏移則會使得接收站接收衛(wèi)星時的仰角出現(xiàn)一定變化，進而帶來十分不利的影響，導(dǎo)致傳輸損耗大大增加，接收場也急劇減弱，如接收天線擁有的口徑較小，天線自身的精準(zhǔn)度較差，則會導(dǎo)致衛(wèi)星信號出現(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)星在太陽及地球間，地球站天線在對準(zhǔn)衛(wèi)星時，也對準(zhǔn)了太陽，太陽噪聲過于強大則會對衛(wèi)星信號產(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]。而月亮也會導(dǎo)致出現(xiàn)同樣問題，但相比較而言，月亮光產(chǎn)生的噪聲相較于太陽光要弱得多，不會導(dǎo)致衛(wèi)星信號出現(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，就會導(dǎo)致L波段的衛(wèi)星信號產(chǎn)生不同程度的干擾。若干擾較嚴(yán)重時，會導(dǎo)致接收云圖掉線或接收不到。

3解決對策

3.1消除電離層閃爍

在每年的春分或秋分前后，在18點-24點時發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星云圖出現(xiàn)掉線情況時，不要對天線及接收機盲目調(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，就需要對接收天線口徑加大，并對天線精準(zhǔn)度進行校準(zhǔn)，使得天線接收場強于最強值，這樣一來就可以使得帶來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，對其他衛(wèi)星進行接收。當(dāng)日凌現(xiàn)象再次出現(xiàn)時，就可以對其他衛(wèi)星信號進行接收以作為備用。

3.3消除地面微波干擾帶來的影響

對地面微波中繼線產(chǎn)生的干擾進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)實踐表明，這種利用建筑物遮擋的原則可以對干擾信號適當(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，就可利用電梯間或水箱等建筑物的微波干擾進行遮擋干擾。最后，在微波干擾方向處設(shè)置一個金屬屏蔽網(wǎng)，從而對干擾信號進行相應(yīng)地屏蔽。

4結(jié)語

就目前來看，各級氣象臺都開始利用氣象衛(wèi)星地面接收站獲取相應(yīng)的氣象信息。只有對各類干擾因素進行排除后，才能保證系統(tǒng)得以正常運行，才能為各級氣象臺站提供實時的探測資料，為精準(zhǔn)化的天氣預(yù)報制作提供實時性的參考資料，進而為各級政府提供準(zhǔn)確詳實的預(yù)報產(chǎn)品，在對自然災(zāi)害的準(zhǔn)確監(jiān)測以及促進國民經(jīng)濟發(fā)展中都起到重要作用。

參考文獻

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作者簡介：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。