氣象應(yīng)急車通信設(shè)備連接中常見的干擾分析

崔炳儉

摘 要：在實(shí)際工作中，氣象應(yīng)急車通信設(shè)備會受到各種因素的干擾?；诖耍疚闹饕治鰵庀髴?yīng)急通信車在采用亞洲4號通信衛(wèi)星信接收數(shù)據(jù)過程中遇到的常見電磁干擾問題，探討干擾的來源，并結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)提出相應(yīng)的防范措施，以期為相關(guān)工作者提供借鑒。

關(guān)鍵詞：氣象應(yīng)急車；通信設(shè)備；干擾

中圖分類號：P409；TN919.2；TN713 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）17-0053-03

Analysis of Common Interference in Communication Equipment

Connection of Meteorological Emergency Vehicle

CUI Bingjian

Abstract： In practical work， the communication equipment of meteorological emergency vehicle will be interfered by various factors. Based on this， this paper mainly analyzed the common electromagnetic interference problems encountered by meteorological emergency communication vehicle in the process of receiving data from the 4 communication satellite of Asia， discussed the source of the interference， and put forward the corresponding preventive measures according to the actual work experience， in order to provide reference for the related workers.

Keywords： meteorological emergency vehicle；communication equipment；interference

氣象應(yīng)急通信車在接收數(shù)據(jù)時采用亞洲4號衛(wèi)星，工作在Ku頻段，衛(wèi)星通信具有傳播數(shù)據(jù)量大、信號覆蓋面廣、受地形影響小、可靠性高、機(jī)動性強(qiáng)和設(shè)備安裝簡單方便等特點(diǎn)。氣象應(yīng)急保障目前主要使用衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信接收系統(tǒng)等接收、發(fā)送信息，并和應(yīng)急指揮中心實(shí)時聯(lián)系。

在氣象應(yīng)急保障中，上述系統(tǒng)有時會出現(xiàn)無法正常接收到指揮中心數(shù)據(jù)信息的故障。通過分析故障原因發(fā)現(xiàn)，其多是因接收系統(tǒng)受到各種干擾所致。干擾是一個復(fù)雜的問題。干擾源較多時，不同的干擾源產(chǎn)生影響的機(jī)理不同，干擾源對不同通信設(shè)備的影響也不同。基于此，本文主要分析氣象應(yīng)急車通信設(shè)備連接中常見的干擾現(xiàn)象。

1 噪聲及雨衰干擾

1.1 噪聲干擾

應(yīng)急通信車接收系統(tǒng)在接收亞洲4號衛(wèi)星信號的同時也接收到了噪聲信號。這些噪聲信號主要為宇宙噪聲、大氣噪聲（即大氣中的氧氣分子和水蒸氣分子的吸收噪聲）及從天線旁瓣、后瓣接收到的大地?zé)彷椛湓肼暤萚1]。

宇宙噪聲主要來自銀河系，其特點(diǎn)是輻射的電磁波能量較強(qiáng)，波長從二十幾米到幾毫米（約3～300GHz）不等。雖然這種電磁波能穿過大氣層，但到達(dá)地面后能量較弱。由于接收天線增益較高，因此，只有當(dāng)天線正好對準(zhǔn)這些星系時才會出現(xiàn)比較明顯的干擾。

大氣噪聲即大氣吸收損耗，是由地球大氣層的氣體吸收能量引起的，隨著頻率及接收天線仰角的變化而變化。人們經(jīng)過大量的試驗(yàn)分析和測試得出噪聲損耗與電磁頻段的關(guān)系（見圖1）。

從圖1可以看出，電磁波頻率為1～5GHz時，大氣對電磁波的吸收較??；電磁波頻率為5～10GHz時，大氣吸收開始增加。大氣吸收在頻率上有兩個峰值點(diǎn)：第一個峰值點(diǎn)在22.3GHz，主要是由水蒸氣諧振點(diǎn)吸收引起的；第二個峰值點(diǎn)在60GHz，主要是由氧氣諧振吸收引起的。同時，在30GHz附近有一個谷底，大氣吸收損耗較小，這是在衛(wèi)星通信Ka頻段。雖然L（1.7GHz）、C（4/6GHz）和Ku（11/12GHz）頻段都有不同的大氣吸收損耗，但是，這種吸收損耗不足以影響衛(wèi)星信道的正常工作。從噪聲與接收條件的關(guān)系曲線可知（見圖2），不同仰角的吸收損耗不同，低仰角明顯高于高仰角，而各種噪聲特別是宇宙噪聲和大氣噪聲，也隨接收天線仰角變低而急劇增大。因此，接收天線使用仰角應(yīng)大于5°。

1.2 雨衰干擾

雨衰是降雨或積雨云造成信號衰減的現(xiàn)象。當(dāng)電磁波穿過降雨區(qū)時，雨滴會對電波產(chǎn)生吸收和散射，從而造成衰減。雨衰的大小和雨滴半徑與波長的比值有著密切關(guān)系，而雨滴半徑與降雨率有關(guān)。雨衰對電磁波產(chǎn)生的影響主要是吸收衰減，大部分表現(xiàn)為熱損耗。因頻段不同，雨衰對衛(wèi)星接受信道的影響也不同，對L和C頻段衰減減小，對Ku和Ka頻段衰減較大。雨衰隨著降雨率的增大而增大。據(jù)資料顯示：當(dāng)雨滴的半徑為0.025～0.300cm、電磁波長為2.5cm左右時，數(shù)分鐘內(nèi)雨衰可達(dá)到20dB，可使電磁波信號明顯衰減，甚至出現(xiàn)暫時中斷現(xiàn)象。例如，應(yīng)急車在三門峽遇到大雨時，信號質(zhì)量從32%降到5%，致使數(shù)據(jù)中斷。

雨衰的形成在空間上有3個明顯的部分（見圖3）。第一部分是衛(wèi)星天線至應(yīng)急車的天線接收面。衛(wèi)星到應(yīng)急車天線的空間距離較長和受各種因素影響較大是造成雨衰的主要因素。目前，沒有有效的方法避免或克服這一階段的雨衰。在衛(wèi)星鏈路設(shè)計(jì)中考慮這個過程的客觀存在，留有足夠的鏈路功率余量，以降低增益因雨衰而中斷的概率。第二部分是天線接收面或反射面。天線面受雨雪量大小和粘掛雨雪多少的直接影響。其解決措施是采用物理或人工方法清除接受天線面上的粘掛物。當(dāng)出現(xiàn)雨雪冰凍天氣時，要及時使用天線防雨劑或者自動電加熱技術(shù)，以及人工及時清除粘掛在接受天線反射面上的雨雪，以有效減少雨衰對應(yīng)急車上衛(wèi)星信道的影響。第三部分是高頻頭。應(yīng)急車上衛(wèi)星接收天線的高頻頭通常暴露在大氣中，受雨雪的影響與天線面相似。解決方案是安裝防水罩，但防水罩不能防止雨雪的粘掛，因此還需要采用天線防雨劑，防止雨雪粘掛對信號傳輸?shù)乃ズ摹?/p>

降雨不但能引起雨衰，而且會產(chǎn)生降雨噪聲，降雨噪聲是雨、霧等吸收電磁波能量引起雨衰的同時所產(chǎn)生的電波輻射噪聲，降暴雨時特別嚴(yán)重。降雨噪聲與雨衰一樣，在較高的頻段（>10GHz）影響較大。工作中，同時降雨噪聲與雨衰考慮，用留足夠系統(tǒng)余量的方法來解決。

2 日凌干擾

日凌干擾持續(xù)時間只有每年春分和秋分前后，每天出現(xiàn)時間較短，干擾過后通信系統(tǒng)自動恢復(fù)正常工作。

日凌即太陽、衛(wèi)星和地面接收天線所組成的角度很小或者三者在一條直線上時，地面接收天線直接對準(zhǔn)衛(wèi)星和太陽的現(xiàn)象（見圖4）[2]。日凌干擾是指發(fā)生衛(wèi)星日凌時，來自太陽黑子活動產(chǎn)生的強(qiáng)電磁輻射及太陽熱噪聲輻射直接進(jìn)入應(yīng)急設(shè)備接收系統(tǒng)，干擾正常衛(wèi)星信號接收的現(xiàn)象。在靜止衛(wèi)星星下點(diǎn)進(jìn)入當(dāng)?shù)刂形缜昂蟮囊欢螘r間里，越靠近赤道的衛(wèi)星地面站，受日凌影響越嚴(yán)重。日凌期間，除太陽本身發(fā)出干擾外，太陽輻射還會誘發(fā)地面接收系統(tǒng)本身的噪聲干擾，使信號接收環(huán)境進(jìn)一步惡化。我國地處北半球，離赤道較遠(yuǎn)，日凌現(xiàn)象不是太嚴(yán)重，只在春分和秋分前后表現(xiàn)比較明顯。氣象應(yīng)急設(shè)備地面接收系統(tǒng)也受到日凌不同程度的影響，當(dāng)日凌出現(xiàn)時，造成應(yīng)急車接收系統(tǒng)品質(zhì)G/T值下降，信道誤碼率增高，嚴(yán)重時甚至?xí)霈F(xiàn)傳輸信號中斷的現(xiàn)象。

目前，選用口徑較大的天線，采用副波瓣接收和選用高質(zhì)量、選擇性好的窄帶高頻頭，即可明顯減少干擾。

3 鄰星干擾

鄰星干擾是指兩個在空間上相距較近的衛(wèi)星，其有效波束照射范圍相互重疊，導(dǎo)致發(fā)射或接收的電磁信號相互影響的現(xiàn)象。隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，衛(wèi)星在軌運(yùn)行數(shù)量不斷增多，使同步軌道資源嚴(yán)重不足，兩顆靜止衛(wèi)星之間位置相差僅2.5°，不可避免地會出現(xiàn)鄰星干擾現(xiàn)象。鄰星干擾方式主要表現(xiàn)為：一顆衛(wèi)星的上行信號被鄰近衛(wèi)星旁瓣所接受，造成上行干擾；或其下行信號功率過大，由旁瓣泄露進(jìn)入鄰近衛(wèi)星的地面接收天線，造成下行干擾。

為了防止衛(wèi)星信號的鄰星干擾，對于上下鏈路干擾，均采用衛(wèi)星下行鏈路降頻方案。盡管衛(wèi)星通信專家在衛(wèi)星上采取各種措施減少鄰星干擾，如開辟新的通信波段、利用新的編碼方式和采用低旁瓣天線和超定向轉(zhuǎn)發(fā)器等，但是，隨著衛(wèi)星技術(shù)的快速發(fā)展和各種用途衛(wèi)星數(shù)量的不斷增加，以及衛(wèi)星使用壽命的延長和信號發(fā)射功率的提高，同步軌道資源變得越來越擁擠，衛(wèi)星間隔越來越小，鄰星干擾問題也越來越突出，已成為未來衛(wèi)星通信研究的新課題。

4 雷電磁脈沖干擾

雷擊可以產(chǎn)生強(qiáng)電磁脈沖，并通過天線、電纜、空間輻射和金屬管線感應(yīng)傳到室內(nèi)，甚至燒壞設(shè)備。有人誤以為只要有良好的避雷針、引下線及接地系統(tǒng)等傳統(tǒng)防雷方式就可以高枕無憂了。其實(shí)不然，雷電仍會無情地?fù)魵щ娮釉O(shè)備。其主要原因是傳統(tǒng)的方法只能保護(hù)建筑物，不能有效保護(hù)建筑物內(nèi)的電子設(shè)備。

衛(wèi)星接收系統(tǒng)遭雷擊時，被損壞部件一般是室外單元和室內(nèi)單元。從接口與線路來看，損壞的多為接口，而線路絕緣很少損壞，因此保護(hù)重點(diǎn)應(yīng)是接口[3]。

具體解決方法是：①檢查應(yīng)急車人工接地線是否接地良好，是否符合標(biāo)準(zhǔn)；②金屬電纜盡量屏蔽處理；③應(yīng)急車的電源相關(guān)部位、設(shè)備的接口與信號電纜部位加裝接地壓敏電阻SPD，要根據(jù)使用環(huán)境、設(shè)備要求和物理連接等技術(shù)指標(biāo)選用SPD。

5 地面干擾

地面干擾種類繁多，主要有地面微波干擾和人為干擾2大類。地面常見干擾源包括微波線路、雷達(dá)、小靈通機(jī)站、衛(wèi)星地面屏蔽器和手機(jī)屏蔽器等。當(dāng)出現(xiàn)干擾時，首先檢查應(yīng)急車停放場地的電磁環(huán)境是否符合要求；其次按照不同類型的干擾采取不同的措施。

5.1 地面微波線路干擾

地面微波使用的C波段也是衛(wèi)星信號下行的4GHz頻段，因此，如果衛(wèi)星接收天線仰角較低或者天線增益很高、天線旁瓣較寬、地面天線正好選在地面微波線路上等，都會干擾衛(wèi)星接收系統(tǒng)的正常工作。解決辦法是：①合理選擇應(yīng)急車停放位置，避開地面微波想線路；②在接收天線后面加裝墻面屏蔽，屏蔽加裝的前提是不影響系統(tǒng)的正常工作。

5.2 衛(wèi)星地面屏蔽器干擾

衛(wèi)星地面屏蔽器干擾主要表現(xiàn)形式是脈沖干擾。對于衛(wèi)星氣象數(shù)據(jù)接收干擾現(xiàn)象是：信號質(zhì)量很好，但卻不能正常接收數(shù)據(jù)。應(yīng)急設(shè)備曾出現(xiàn)此干擾現(xiàn)象，造成不能正常接收數(shù)據(jù)，通信中斷，后與地方無線電管理委員會協(xié)調(diào)才得以解決。

5.3 手機(jī)屏蔽器干擾

手機(jī)屏蔽器干擾頻率正好是亞洲4號通信衛(wèi)星中頻的工作頻段。應(yīng)急車接收衛(wèi)星云圖時受到干擾，后通過無線電管理委員會檢測查明是手機(jī)屏蔽器干擾所致。

5.4 雷達(dá)干擾

雷達(dá)干擾的主要原因是雷達(dá)頻率與氣象應(yīng)急接收設(shè)備頻率非常接近，而且雷達(dá)功率較高，從而造成應(yīng)急車接收系統(tǒng)前置高放燒壞。對于此類干擾，首先應(yīng)弄清楚雷達(dá)的有關(guān)技術(shù)指標(biāo)，并在應(yīng)急設(shè)備前端加裝窄帶濾波器，同時也可協(xié)調(diào)有關(guān)部門暫時停機(jī)解決此干擾。

6 結(jié)論

應(yīng)急車上主要采用Ku頻段衛(wèi)星通信系統(tǒng)，干擾問題復(fù)雜多樣。因此，工作人員要認(rèn)真分析各種干擾產(chǎn)生的原因、影響范圍等，并在設(shè)備安裝、維護(hù)工作中加以防范，以有效避免或減少各種干擾對接收設(shè)備的影響和破壞。

參考文獻(xiàn)：

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