武警衛星通信系統的雨衰估算及分析

摘 要：由于雨衰是影響衛星通信的重要因素，根據武警部隊衛星通信網建設的需要，基于ITU-R制定的雨衰計算模型，選取6個典型城市進行雨衰計算，得到雨衰對Ku波段衛星通信系統的影響，分析得出地星路徑仰角越小，海拔越低，降雨率越大，降雨造成的信號衰減越大。

關鍵詞：衛星通信；Ku波段；雨致衰減；EIRP

Rain Attenuation Estimation and Analysis of the Armed Police Force Satellite Communication 

ZHOU Yanqiu，JIA Fang，LI Ping

(Armed Police Force Engineering College，Xi′an，710086，China)

Abstract：The rain attenuation is the main reason affecting satellite communication.Based on the requirement of armed police force satellite communication，using the ITU-R rain attenuation forecasting model，the article calculates the rain attenuation of six representative cities.By the result，it analyzes the main factors which affect the rain attenuation.The conclusion is that the rain attenuation will be graver，with the smaller antenna elevation，the lower altitude and the bigger rainfall.The article could be used as the reference for EIRP of armed police force satellite communication.

Keywords：satellite communication system;Ku band;rain attenuation;EIRP

1 引 言

武警衛星通信網的建設是適應新時期武警部隊信息化發展的需要，電波傳播研究表明，對于Ku波段的衛星通信系統，雨衰是影響通信質量的重要因素。電波由于雨滴吸收和散射而產生衰減，就是降雨衰減，簡稱雨衰。由圖1可以看出電波傳播所受的各種天氣的影響中，降雨衰減是最為重要的。

雨衰的大小與雨滴直徑和電磁波的波長有關，當電磁波波長遠大于雨滴的直徑時，降雨衰減主要是雨滴的吸收衰減，散射衰減則發生在雨滴直徑較大或者波長較短時。當電磁波的波長和雨滴直徑越接近時衰減越大，特別在10 GHz以上頻段，雨衰的影響會非常明顯，而且衰減值隨頻率和雨強的增加而增大。由于武警衛星通信網所用頻率正是Ku波段，因此在通信鏈路的設計中必須考慮降雨對電波傳播的影響，由此來確定國內各地球站的設備，即天線增義和系統功率。通信網的建設必須保證全國范圍內的通信，由于我國幅員遼闊，地理面貌多種多樣，各地的降雨情況有很大的不同，這就要求在研究雨衰時，必須針對不同地區的降雨情況進行雨衰分析。

2 Ku波段地面-衛星通信線路雨致衰減計算

根據武警部隊各總隊所在地區特點，同時考慮我國的地理形式，選取6個典型城市進行Ku波段的雨衰分析，分別為：海口、昆明、福州、北京、烏魯木齊、哈爾濱。這里計算衛星鏈路上的雨衰采用ITU關于斜路徑降雨損耗的計算方法^［1］。

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3 武警衛星通信系統雨致衰減分析

從以上的計算結果中看出雨致衰減受很多方面的影響，對于武警衛星通信網的建設，必須綜合考慮經緯度，海拔，降雨率等各個方面的影響，由此可以得到不同地球站EIRP的變化和天線口徑的比較。其中:

下面給出在不考慮其他因素的影響時，降雨率、海拔、仰角與雨衰值之間的關系圖，如圖2~圖4所示。

從計算結果和圖中可以看出對于Ku波段降雨率的影響是所有因素中最為重要的，我國的降雨率有明顯的地區分別，其中新疆，西藏，青海，甘肅等西北地區的降雨率，明顯低于海南，廣州，福建等東南沿海城市，這使得武警部隊在這些地區建站時，天線的口徑可以根據降雨衰減適當增大或減小。比如烏魯木齊的降雨率為5 mm/h，降雨衰減為0.46 dB，海口降雨率則為124 mm/h，降雨衰減為23.23 dB，所以為了克服雨衰，海口天線增益要增大，EIRP值與天線口徑要隨之增大很多，而烏魯木齊則基本不用考慮雨衰的影響。

雨致衰減也會由于海拔高度的不同而不同，例如福州和昆明兩地的仰角相差為2°，但是海拔高度卻相差1 800多米，因此造成的雨衰差值達到11.85 dB，海拔高度越高，雨衰越小。武警衛星通信網建站時，特別是設計機動型的車載站，當工作于山地，平原，盆地等具有不同海拔特性的地區時，EIRP值的設計要足夠大，能較好的抵消雨衰的影響。站點的配置要既能滿足通信質量的要求，又不會造成資源的浪費。

除了以上兩點影響外，衛星通信鏈路的雨衰還與地星路徑的仰角有關，仰角不同，雨衰下的斜路徑長度就會不同，使得電波所受到的雨致衰減存在差別，仰角越大，路徑越短，雨衰值越小。武警衛星通信網各總隊通信站最大仰角差位于海口和哈爾濱之間，為31.8°，當兩站取相同降雨率(50 mm/h)和海拔高度(112.5 m)時，海口的衰減值為7.59 dB，低于哈爾濱3.5 dB。但是由于海口的降雨率是哈爾濱的兩倍多，使得海口的實際雨衰高于哈爾濱12.14 dB。

4 結 語

本文根據ITU-T規定的降雨衰減計算模型，選取“鑫諾一號”衛星(110.5)，采用線極化方式，針對武警衛星通信網所用Ku波段，計算了6個典型城市的降雨衰減，得到雨衰對Ku波段衛星通信系統的影響，分析了影響雨衰的主要因素，分別給出了地星路徑仰角，降雨率，海拔與雨衰之間的關系圖，分析得出地星路徑仰角越小，海拔越低，降雨率越大，則降雨衰減越大，對于我國的Ku波段武警衛星通信系統，如何采取必要措施，減少降雨衰減對通信的影響，使得地面站的配置更加合理，既能滿足通信質量的要求，又盡可能的節省資金，將是對國家和武警部隊都有著重要意義的問題，值得我們進一步深入研究。

參 考 文 獻

［1］張更新.衛星移動通信系統［M］.北京:人民郵電出版社，2001.

［2］Brussaard G.Atmospheric Modelling Millimetre Wave Propatation (Final Report)［R］ Eindhoven University of Technology.Netherlands，1991.

［3］仇盛柏，陳京華.我國典型地區不同積分時間降雨率的換算公式［J］.電波科學學報，1997，12(1):112-117.

作者簡介

周艷秋 女，1984年出生，碩士研究生。研究方向為微波技術與天線。

賈 方 男，1984年出生，碩士研究生。研究方向為無線數據通信。

李 萍 女，1957年出生，教授，研究生導師。研究方向為微波技術與天線等。