探討極化復用技術在遙感衛星數據傳輸中的運用

張家芳

（國家新聞出版廣電總局二〇二二臺 新疆喀什市 844000）

探討極化復用技術在遙感衛星數據傳輸中的運用

張家芳

（國家新聞出版廣電總局二〇二二臺 新疆喀什市 844000）

隨著信息科技應用范圍的不斷擴大，數據傳輸頻帶資源緊張的問題逐漸顯現，為有效的擴寬頻率資源，極化復用技術出現并得到迅速的推廣，本文將化復用技術與遙感衛星數據傳輸領域相結合，通過對極化復用技術在遙感衛星數據傳輸中的運用、運用時產生的附加影響進行系統的分析，結合實際案例對其運用進行研究，為提升我國在遙感衛星數據傳輸的效率，使其更好地為用戶提供服務作出努力。

遙感衛星數據傳輸；極化復用技術；運用

前言

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

1 極化復用技術在遙感衛星數據傳輸中的運用

相比傳統遙感衛星性地數據傳輸應用的頻率分割傳輸方法，極化復用技術可以將頻帶重復利用，換言之一個天線利用一種頻率實現兩種極化波的傳送，而兩種極化波可以分別傳輸部分信息，現階段利用圓極化形式復用，常規選擇左、右旋圓極化波，而利用線極化形式復用，常規選擇垂直、水平極化波，通過香農定理可以發現，在遙感衛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系，在遙感衛星數據傳輸應用傳統形式的情況下，衛星通信系統產生的信噪相對較小，而且頻帶資源可以滿足星地之間數據傳輸的總量的實際需要，利用對功率利用率較理想的BPSK和QPSK進行調試就完全可以滿足頻帶需要[1]。但現階段雖然衛星通信信道的功率資源在衛星發射功率不斷增加和高增益點波束天線應用范圍不斷擴大的作用下壓力縮減，但其頻帶資源在數據傳輸速率不斷提升的刺激下壓力變大。現階段結合相關規范的規定，X頻段是遙感衛星星地數據下傳主體頻段，此時如果仍選用QPSK調試體制，傳統數據傳輸方式和極化復用技術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，所以極化復用技術在遙感衛星數據傳輸中運用受到國內外的高度重視，并在實踐中積極的展開相關的研究[2]。例如美國研發的WorldView-1衛星運用極化復用技術，實現在數據下傳主體頻段每秒鐘傳送2×400Mbit，我國運用極化復用技術使遙感衛星在數據下傳主體頻段的傳輸能力提升到每秒鐘2×450Mbit等。

2 極化復用技術在遙感衛星數據傳輸中運用的附加影響

極化復用技術應用的中的去極化會使交叉計劃傳輸通道之間的干擾擴大，進而使雙極化傳輸的信號質量難以保證，而同極化衰減和交叉極化辨別率作為雙極化衛星數據傳輸性能的主要因素，并不能對誤碼特性退化程度進行準確的估算沒在進行估算的過程中需要將調制方式、碼速率等參數綜合考慮，現階段通常將交叉極化干擾的影響等同于使其傳輸通道內高斯白噪聲功率譜密度值增加，而星地數據傳輸分為星上發射、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]。例如在星上發射過程中如果天線的狀態不理想，會導致發射波和理想極化狀態不符；星地路徑中降雨因素會導致頻率之間雨衰、雨致去極化效應的差異，分別對接收信號功率、雙極化傳輸信號等產生影響，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。當將極化復用技術運用在遙感衛星數據傳輸中，可以對同極化衰減、交叉極化鑒別率進行計算和傳輸，使傳輸的質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，結合星地數據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行計算，進而對地面站接收的接收天線增益與接收系統噪聲性能的等效噪聲溫度的比值進行計算，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進行計算，然后利用數據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，將極化復用傳輸的高斯白噪聲功率譜密度值表示為E/N，則降低因子則可以表示為：CPA+101g{1+Γ10[（EIN）nom-CPA-XPD]/10}。可見，在將極化復用技術在遙感衛星數據傳輸中運用的過程中，需要對降雨對極化復用傳輸信號的影響和國際電聯提供的星地數據傳輸鏈路的計算模型產生全面的認識。

3 結合案例，分析極化復用技術在遙感衛星數據傳輸中的運用

系統鏈路在一定時間內通信鏈路工作正常時間與總時間的比值被稱為衛星通信系統的可用度，通信衛星的可用度通常在99.99%以上，為遙感衛星由于工作時間性對靈活，而且數據傳輸主要為短期工作形勢，所以其可信度通常在99.9%左右，將極化復用技術應用于某遙感衛星中，下傳頻率數據率上升到每秒鐘2×450Mbit，星上發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，接受的接收系統噪聲性能的等效噪聲溫度的比值為34.5B/K，通過計算發現三亞和北京的地面站鏈路可用度達到99.9%，時，鏈路設計與量分別要達到8db和6.5db，結合兩地降雨率的差異，在鏈路設計總余量設計為6.5db的情況下，兩地的極化復用影響因子和常規鏈路設計余量應分別為3.5db和3db，可見極化復用技術應用于遙感衛星數據傳輸中，要結合附加影響等因素進行。

4 結論

通過上述分析可以發現，將極化復用技術應用于遙感衛星數據傳輸中，對緩解其數據頻帶資源緊張具有積極的作用，但考慮到其會產生附加影響，所以在鏈路計算的過程中要綜合考慮各方面，實現提升數據傳輸質量前提下的系統成本節約。

[1]趙 寧．極化復用技術在遙感衛星數據傳輸中的應用[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．頻率復用高碼速率遙感衛星數據接收系統設計[J]．電訊技術，2012，04：423～428．

[3]王萬玉，王永華，王強．雙圓極化遙感衛星數據接收系統極化鑒別率需求分析[J]．現代電子技術，2014，15：45～48+54．

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1004-7344（2016）13-0271-01

2016-4-15