張家芳

（國家新聞出版廣電總局二〇二二臺 新疆喀什市 844000）

探討極化復(fù)用技術(shù)在遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中的運用

張家芳

（國家新聞出版廣電總局二〇二二臺 新疆喀什市 844000）

隨著信息科技應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，數(shù)據(jù)傳輸頻帶資源緊張的問題逐漸顯現(xiàn)，為有效的擴(kuò)寬頻率資源，極化復(fù)用技術(shù)出現(xiàn)并得到迅速的推廣，本文將化復(fù)用技術(shù)與遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域相結(jié)合，通過對極化復(fù)用技術(shù)在遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中的運用、運用時產(chǎn)生的附加影響進(jìn)行系統(tǒng)的分析，結(jié)合實際案例對其運用進(jìn)行研究，為提升我國在遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，使其更好地為用戶提供服?wù)作出努力。

遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸；極化復(fù)用技術(shù)；運用

前言

在遙感器由單一形式向多項綜合觀測深化、現(xiàn)在遙感器地面像元分辨率不斷提升的同時，遙感衛(wèi)星產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量也不斷增多，使數(shù)據(jù)傳輸效率滿足實際要求的壓力不斷加大，所以將能夠有效擴(kuò)展頻率資源的極化復(fù)用技術(shù)應(yīng)用于遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中對推動遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸效率的提升具有重要的意義。

1 極化復(fù)用技術(shù)在遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中的運用

相比傳統(tǒng)遙感衛(wèi)星性地數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用的頻率分割傳輸方法，極化復(fù)用技術(shù)可以將頻帶重復(fù)利用，換言之一個天線利用一種頻率實現(xiàn)兩種極化波的傳送，而兩種極化波可以分別傳輸部分信息，現(xiàn)階段利用圓極化形式復(fù)用，常規(guī)選擇左、右旋圓極化波，而利用線極化形式復(fù)用，常規(guī)選擇垂直、水平極化波，通過香農(nóng)定理可以發(fā)現(xiàn)，在遙感衛(wèi)星運用過程中信道功率和頻帶兩者的利用率之間存在相互矛盾的關(guān)系，在遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用傳統(tǒng)形式的情況下，衛(wèi)星通信系統(tǒng)產(chǎn)生的信噪相對較小，而且頻帶資源可以滿足星地之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)目偭康膶嶋H需要，利用對功率利用率較理想的BPSK和QPSK進(jìn)行調(diào)試就完全可以滿足頻帶需要[1]。但現(xiàn)階段雖然衛(wèi)星通信信道的功率資源在衛(wèi)星發(fā)射功率不斷增加和高增益點波束天線應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大的作用下壓力縮減，但其頻帶資源在數(shù)據(jù)傳輸速率不斷提升的刺激下壓力變大?，F(xiàn)階段結(jié)合相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，X頻段是遙感衛(wèi)星星地數(shù)據(jù)下傳主體頻段，此時如果仍選用QPSK調(diào)試體制，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式和極化復(fù)用技術(shù)方式每秒鐘的最高傳輸量分別為375Mbit和750Mbit，傳輸量提升近一倍，所以極化復(fù)用技術(shù)在遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中運用受到國內(nèi)外的高度重視，并在實踐中積極的展開相關(guān)的研究[2]。例如美國研發(fā)的WorldView-1衛(wèi)星運用極化復(fù)用技術(shù)，實現(xiàn)在數(shù)據(jù)下傳主體頻段每秒鐘傳送2×400Mbit，我國運用極化復(fù)用技術(shù)使遙感衛(wèi)星在數(shù)據(jù)下傳主體頻段的傳輸能力提升到每秒鐘2×450Mbit等。

2 極化復(fù)用技術(shù)在遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中運用的附加影響

極化復(fù)用技術(shù)應(yīng)用的中的去極化會使交叉計劃傳輸通道之間的干擾擴(kuò)大，進(jìn)而使雙極化傳輸?shù)男盘栙|(zhì)量難以保證，而同極化衰減和交叉極化辨別率作為雙極化衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸性能的主要因素，并不能對誤碼特性退化程度進(jìn)行準(zhǔn)確的估算沒在進(jìn)行估算的過程中需要將調(diào)制方式、碼速率等參數(shù)綜合考慮，現(xiàn)階段通常將交叉極化干擾的影響等同于使其傳輸通道內(nèi)高斯白噪聲功率譜密度值增加，而星地數(shù)據(jù)傳輸分為星上發(fā)射、星地路徑、地面接收三個步驟，而每個步驟都會受到其他因素的影響[3]。例如在星上發(fā)射過程中如果天線的狀態(tài)不理想，會導(dǎo)致發(fā)射波和理想極化狀態(tài)不符；星地路徑中降雨因素會導(dǎo)致頻率之間雨衰、雨致去極化效應(yīng)的差異，分別對接收信號功率、雙極化傳輸信號等產(chǎn)生影響，而地面接收會隨著降雨的增加使天線噪聲溫度不斷提升，接受效果難以保證。當(dāng)將極化復(fù)用技術(shù)運用在遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中，可以對同極化衰減、交叉極化鑒別率進(jìn)行計算和傳輸，使傳輸?shù)馁|(zhì)量因各種因素的影響變化范圍得到有效的控制，在計算同極化衰減值的過程中，結(jié)合星地數(shù)據(jù)傳輸鏈路模型可以對地面站和降雨情況存在差異時的雨致衰減、地面接收天線噪聲溫度變化情況等進(jìn)行計算，進(jìn)而對地面站接收的接收天線增益與接收系統(tǒng)噪聲性能的等效噪聲溫度的比值進(jìn)行計算，將計算獲取的降雨極化衰減值和地面站接收的接收天線增益與接收系統(tǒng)噪聲性能的等效噪聲溫度的比值極化衰減值相加即可以獲取同極化衰減值。在計算交叉極化鑒別率的過程中，對星地鏈路在地面站接收和降雨情況等方面存在差異的雨致去極化效應(yīng)進(jìn)行計算，然后利用數(shù)據(jù)傳輸各階段的天線軸比相加，獲取整個傳輸鏈路的交叉極化鑒別率。如果將交叉極化鑒別率表示為XPD，將極化衰減值表示為CPA，將極化復(fù)用傳輸?shù)母咚拱自肼暪β首V密度值表示為E/N，則降低因子則可以表示為：CPA+101g{1+Γ10[（EIN）nom-CPA-XPD]/10}?？梢?，在將極化復(fù)用技術(shù)在遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中運用的過程中，需要對降雨對極化復(fù)用傳輸信號的影響和國際電聯(lián)提供的星地數(shù)據(jù)傳輸鏈路的計算模型產(chǎn)生全面的認(rèn)識。

3 結(jié)合案例，分析極化復(fù)用技術(shù)在遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中的運用

系統(tǒng)鏈路在一定時間內(nèi)通信鏈路工作正常時間與總時間的比值被稱為衛(wèi)星通信系統(tǒng)的可用度，通信衛(wèi)星的可用度通常在99.99%以上，為遙感衛(wèi)星由于工作時間性對靈活，而且數(shù)據(jù)傳輸主要為短期工作形勢，所以其可信度通常在99.9%左右，將極化復(fù)用技術(shù)應(yīng)用于某遙感衛(wèi)星中，下傳頻率數(shù)據(jù)率上升到每秒鐘2×450Mbit，星上發(fā)射和地面接收天線軸比分別在1db和1.5db以下，地面站在三亞、北京兩地，接受的接收系統(tǒng)噪聲性能的等效噪聲溫度的比值為34.5B/K，通過計算發(fā)現(xiàn)三亞和北京的地面站鏈路可用度達(dá)到99.9%，時，鏈路設(shè)計與量分別要達(dá)到8db和6.5db，結(jié)合兩地降雨率的差異，在鏈路設(shè)計總余量設(shè)計為6.5db的情況下，兩地的極化復(fù)用影響因子和常規(guī)鏈路設(shè)計余量應(yīng)分別為3.5db和3db，可見極化復(fù)用技術(shù)應(yīng)用于遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中，要結(jié)合附加影響等因素進(jìn)行。

4 結(jié)論

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，將極化復(fù)用技術(shù)應(yīng)用于遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中，對緩解其數(shù)據(jù)頻帶資源緊張具有積極的作用，但考慮到其會產(chǎn)生附加影響，所以在鏈路計算的過程中要綜合考慮各方面，實現(xiàn)提升數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量前提下的系統(tǒng)成本節(jié)約。

[1]趙 寧．極化復(fù)用技術(shù)在遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用[J]．航天器工程，2010，04：55～62．

[2]王萬玉，張寶全，劉愛平，李娟妮，李 凡，王 強(qiáng)．頻率復(fù)用高碼速率遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)設(shè)計[J]．電訊技術(shù)，2012，04：423～428．

[3]王萬玉，王永華，王強(qiáng)．雙圓極化遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)極化鑒別率需求分析[J]．現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，15：45～48+54．

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