探讨极化复用技术在遥感卫星数据传输中的运用

2016-07-12张家芳

大科技 2016年13期

关键词：交叉极化复用技术星地

张家芳

（国家新闻出版广电总局二〇二二台新疆喀什市 844000）

探讨极化复用技术在遥感卫星数据传输中的运用

张家芳

（国家新闻出版广电总局二〇二二台新疆喀什市 844000）

随着信息科技应用范围的不断扩大，数据传输频带资源紧张的问题逐渐显现，为有效的扩宽频率资源，极化复用技术出现并得到迅速的推广，本文将化复用技术与遥感卫星数据传输领域相结合，通过对极化复用技术在遥感卫星数据传输中的运用、运用时产生的附加影响进行系统的分析，结合实际案例对其运用进行研究，为提升我国在遥感卫星数据传输的效率，使其更好地为用户提供服务作出努力。

遥感卫星数据传输；极化复用技术；运用

前言

在遥感器由单一形式向多项综合观测深化、现在遥感器地面像元分辨率不断提升的同时，遥感卫星产生的数据量也不断增多，使数据传输效率满足实际要求的压力不断加大，所以将能够有效扩展频率资源的极化复用技术应用于遥感卫星数据传输中对推动遥感卫星数据传输效率的提升具有重要的意义。

1 极化复用技术在遥感卫星数据传输中的运用

相比传统遥感卫星性地数据传输应用的频率分割传输方法，极化复用技术可以将频带重复利用，换言之一个天线利用一种频率实现两种极化波的传送，而两种极化波可以分别传输部分信息，现阶段利用圆极化形式复用，常规选择左、右旋圆极化波，而利用线极化形式复用，常规选择垂直、水平极化波，通过香农定理可以发现，在遥感卫星运用过程中信道功率和频带两者的利用率之间存在相互矛盾的关系，在遥感卫星数据传输应用传统形式的情况下，卫星通信系统产生的信噪相对较小，而且频带资源可以满足星地之间数据传输的总量的实际需要，利用对功率利用率较理想的BPSK和QPSK进行调试就完全可以满足频带需要[1]。但现阶段虽然卫星通信信道的功率资源在卫星发射功率不断增加和高增益点波束天线应用范围不断扩大的作用下压力缩减，但其频带资源在数据传输速率不断提升的刺激下压力变大。现阶段结合相关规范的规定，X频段是遥感卫星星地数据下传主体频段，此时如果仍选用QPSK调试体制，传统数据传输方式和极化复用技术方式每秒钟的最高传输量分别为375Mbit和750Mbit，传输量提升近一倍，所以极化复用技术在遥感卫星数据传输中运用受到国内外的高度重视，并在实践中积极的展开相关的研究[2]。例如美国研发的WorldView-1卫星运用极化复用技术，实现在数据下传主体频段每秒钟传送2×400Mbit，我国运用极化复用技术使遥感卫星在数据下传主体频段的传输能力提升到每秒钟2×450Mbit等。

2 极化复用技术在遥感卫星数据传输中运用的附加影响

极化复用技术应用的中的去极化会使交叉计划传输通道之间的干扰扩大，进而使双极化传输的信号质量难以保证，而同极化衰减和交叉极化辨别率作为双极化卫星数据传输性能的主要因素，并不能对误码特性退化程度进行准确的估算没在进行估算的过程中需要将调制方式、码速率等参数综合考虑，现阶段通常将交叉极化干扰的影响等同于使其传输通道内高斯白噪声功率谱密度值增加，而星地数据传输分为星上发射、星地路径、地面接收三个步骤，而每个步骤都会受到其他因素的影响[3]。例如在星上发射过程中如果天线的状态不理想，会导致发射波和理想极化状态不符；星地路径中降雨因素会导致频率之间雨衰、雨致去极化效应的差异，分别对接收信号功率、双极化传输信号等产生影响，而地面接收会随着降雨的增加使天线噪声温度不断提升，接受效果难以保证。当将极化复用技术运用在遥感卫星数据传输中，可以对同极化衰减、交叉极化鉴别率进行计算和传输，使传输的质量因各种因素的影响变化范围得到有效的控制，在计算同极化衰减值的过程中，结合星地数据传输链路模型可以对地面站和降雨情况存在差异时的雨致衰减、地面接收天线噪声温度变化情况等进行计算，进而对地面站接收的接收天线增益与接收系统噪声性能的等效噪声温度的比值进行计算，将计算获取的降雨极化衰减值和地面站接收的接收天线增益与接收系统噪声性能的等效噪声温度的比值极化衰减值相加即可以获取同极化衰减值。在计算交叉极化鉴别率的过程中，对星地链路在地面站接收和降雨情况等方面存在差异的雨致去极化效应进行计算，然后利用数据传输各阶段的天线轴比相加，获取整个传输链路的交叉极化鉴别率。如果将交叉极化鉴别率表示为XPD，将极化衰减值表示为CPA，将极化复用传输的高斯白噪声功率谱密度值表示为E/N，则降低因子则可以表示为：CPA+101g{1+Γ10[（EIN）nom-CPA-XPD]/10}。可见，在将极化复用技术在遥感卫星数据传输中运用的过程中，需要对降雨对极化复用传输信号的影响和国际电联提供的星地数据传输链路的计算模型产生全面的认识。

3 结合案例，分析极化复用技术在遥感卫星数据传输中的运用

系统链路在一定时间内通信链路工作正常时间与总时间的比值被称为卫星通信系统的可用度，通信卫星的可用度通常在99.99%以上，为遥感卫星由于工作时间性对灵活，而且数据传输主要为短期工作形势，所以其可信度通常在99.9%左右，将极化复用技术应用于某遥感卫星中，下传频率数据率上升到每秒钟2×450Mbit，星上发射和地面接收天线轴比分别在1db和1.5db以下，地面站在三亚、北京两地，接受的接收系统噪声性能的等效噪声温度的比值为34.5B/K，通过计算发现三亚和北京的地面站链路可用度达到99.9%，时，链路设计与量分别要达到8db和6.5db，结合两地降雨率的差异，在链路设计总余量设计为6.5db的情况下，两地的极化复用影响因子和常规链路设计余量应分别为3.5db和3db，可见极化复用技术应用于遥感卫星数据传输中，要结合附加影响等因素进行。