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浅谈“日凌”和“星蚀(星食)”对通信卫星的影响

来源:本站     发布时间:2021-08-18

 

随着现代科技的迅猛发展,人们对信息传输的需求越来越高.通信卫星以其覆盖面大、通信距离远、建设周期短,通信成本与距离无关等特点,在卫星通信拥有不可或缺的地位,具有重要的战略意义。但同时通信卫星的通信效果受到诸多方面的影响,下面就日凌和星蚀现象对通信效果的影响进行分析。

日凌现象的影响

地球自转的轨道与太阳成23.5°的倾斜角,因此每年太阳会在3月21日(春分)及9月23日(秋分)时经过地球赤道上空.每年在春分和秋分前后,当太阳直射地球赤道时,太阳发出的电磁波对地球赤道附近的辐射最为强烈.由于太阳产生的电磁波频谱很宽,因此,对地球站而言,该电磁波是一个巨大的噪声源,对卫星信号造成干扰从而使卫星的接收线路严重恶化甚至中断。

由于通信卫星多定点在赤道上空运行,在这期间,如果太阳、通信卫星和地面卫星接收天线恰巧又在一条直线上,这时的电磁波对于人造卫星的影响最为强烈,可能会造成卫星信号的传输出现障碍。地球上的卫星接收系统在接收到卫星信号的同时也会接收到大量太阳辐射的杂波,因为无法识别有用信号,所以会造成信号质量下降甚至中断。月球的运行也会对卫星产生同样的影响,但比太阳弱得多,所以不会造成卫星信号的中断。

由此可见,日凌现象是卫星通信系统遇到的一种无法避免的自然现象.但日凌只影响卫星地球站的下行链路,不影响其上行链路.它每年均会集中发生2次,即春分(3月21日)和秋分(9月23日)期间,每次约持续6天左右.每次发生时,卫星地球站会连续数天在同一时段内出现接收信号质量下降或通信中断现象.因此,为保证卫星通信系统的稳定运行,应准确预测出日凌发生的日期和时间,以便及时采取有效措施防范和降低日凌现象对卫星通信电路的干扰.解决方法是预备好备用接收天线,当日凌现象发生时,接收其他卫星信号作为备用。

日凌发生的日期和时间与卫星地球站所处的地理位置和其接收天线的电气特性有关.不同卫星、不同地域受干扰的时间不同。

1.1地理位置与日凌的关系

纬度影响每年日凌开始和结束的日期.春分时,地球站的纬度越高,则日凌开始和结束的日期越早;秋分时,纬度越高,则日凌开始和结束的日期越晚.如果两地经度一样,那么纬度每相差3°左右,则这两地日凌开始和结束的日期就会相差1天。

经度影响每天日凌开始和结束的时间.地球站的经度越往西,则每天日凌开始和结束的时间越早;经度越往东,则每天日凌开始和结束的时间越晚.如果两地纬度一样,那么经度每相差2°,则两地日凌开始及结束的时间会相差约1分钟.

1.2 地球站电气特性与日凌的关系

对一个地球站来讲,其日凌持续时间从太阳进入其天线3dB波束宽度开始,以离开其3dB波束宽度结束.因此,地球站的日凌持续时间与其接收频率和天线口径大小有关.

接收频率越高,天线3dB波束宽度越窄,则日凌持续时间越短.天线口径越大,3dB波束宽度越窄,则日凌持续时间越短。

2.卫星星蚀的影响 

星蚀又称星食,是指人造卫星被围绕着的天体挡住,得不到阳光照射的现象.星蚀有地星蚀和月星蚀两种.和日食、月食一样,当地球运行到太阳和通信卫星之间的时候,卫星处于地球阴影之中,这就是地星蚀;而当月球运行到太阳和通信卫星之间的时候,也会出现同样的情况,这就是月星蚀.

因为通信卫星使用的是太阳能电源,发生星蚀时太阳能电池得不到阳光照射,不能正常工作.星载蓄电池只能维持卫星自转而不能支持转发器正常工作,所以在星蚀发生时要采取措施减少卫星上能源的消耗,一般采取关闭卫星上部分设备减少耗电的措施.

对于同步轨道的通信卫星,地星蚀通常发生在春分和秋分前后,每次连续出现45d,共90d,而且春分和秋分这2d,星蚀的时间最长,为72min.现在的星载电池容量有了很大的提高,在发生星蚀期间内,可保证卫星正常工作,因此星蚀问题可以忽略,但星蚀现象还是存在的.

为了使星蚀现象发生在服务区的通信业务最低的时间内,要对卫星星下点(即卫星与地心连线同地球表面的交点)进行位置东移或西移,调整星蚀发生的时间,以保证卫星的正常工作.但是偏移会使地球站观看卫星的仰角发生变化,会带来不利影响,传输损耗增加,接收场强减弱,如接收天线口径较小,天线精准度较差,便会造成卫星信号停顿、断续的现象发生.为了防止星蚀现象的影响,有必要加大接收天线口径,校准天线精准度,使天线接收场强处于最强值,这样可以有效降低影响。

综上所述,为了使通信卫星的通信效果最好,应当充分考虑“日凌”现象和“星蚀”现象对通信效果的不利影响,把不利因素降到最低。

 

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