气象应急车通信设备连接中常见的干扰分析

崔炳俭

摘 要：在实际工作中，气象应急车通信设备会受到各种因素的干扰。基于此，本文主要分析气象应急通信车在采用亚洲4号通信卫星信接收数据过程中遇到的常见电磁干扰问题，探讨干扰的来源，并结合实际工作经验提出相应的防范措施，以期为相关工作者提供借鉴。

关键词：气象应急车；通信设备；干扰

中图分类号：P409；TN919.2；TN713 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）17-0053-03

Analysis of Common Interference in Communication Equipment

Connection of Meteorological Emergency Vehicle

CUI Bingjian

Abstract： In practical work， the communication equipment of meteorological emergency vehicle will be interfered by various factors. Based on this， this paper mainly analyzed the common electromagnetic interference problems encountered by meteorological emergency communication vehicle in the process of receiving data from the 4 communication satellite of Asia， discussed the source of the interference， and put forward the corresponding preventive measures according to the actual work experience， in order to provide reference for the related workers.

Keywords： meteorological emergency vehicle；communication equipment；interference

氣象应急通信车在接收数据时采用亚洲4号卫星，工作在Ku频段，卫星通信具有传播数据量大、信号覆盖面广、受地形影响小、可靠性高、机动性强和设备安装简单方便等特点。气象应急保障目前主要使用卫星数据通信接收系统等接收、发送信息，并和应急指挥中心实时联系。

在气象应急保障中，上述系统有时会出现无法正常接收到指挥中心数据信息的故障。通过分析故障原因发现，其多是因接收系统受到各种干扰所致。干扰是一个复杂的问题。干扰源较多时，不同的干扰源产生影响的机理不同，干扰源对不同通信设备的影响也不同。基于此，本文主要分析气象应急车通信设备连接中常见的干扰现象。

1 噪声及雨衰干扰

1.1 噪声干扰

应急通信车接收系统在接收亚洲4号卫星信号的同时也接收到了噪声信号。这些噪声信号主要为宇宙噪声、大气噪声（即大气中的氧气分子和水蒸气分子的吸收噪声）及从天线旁瓣、后瓣接收到的大地热辐射噪声等[1]。

宇宙噪声主要来自银河系，其特点是辐射的电磁波能量较强，波长从二十几米到几毫米（约3～300GHz）不等。虽然这种电磁波能穿过大气层，但到达地面后能量较弱。由于接收天线增益较高，因此，只有当天线正好对准这些星系时才会出现比较明显的干扰。

大气噪声即大气吸收损耗，是由地球大气层的气体吸收能量引起的，随着频率及接收天线仰角的变化而变化。人们经过大量的试验分析和测试得出噪声损耗与电磁频段的关系（见图1）。

从图1可以看出，电磁波频率为1～5GHz时，大气对电磁波的吸收较小；电磁波频率为5～10GHz时，大气吸收开始增加。大气吸收在频率上有两个峰值点：第一个峰值点在22.3GHz，主要是由水蒸气谐振点吸收引起的；第二个峰值点在60GHz，主要是由氧气谐振吸收引起的。同时，在30GHz附近有一个谷底，大气吸收损耗较小，这是在卫星通信Ka频段。虽然L（1.7GHz）、C（4/6GHz）和Ku（11/12GHz）频段都有不同的大气吸收损耗，但是，这种吸收损耗不足以影响卫星信道的正常工作。从噪声与接收条件的关系曲线可知（见图2），不同仰角的吸收损耗不同，低仰角明显高于高仰角，而各种噪声特别是宇宙噪声和大气噪声，也随接收天线仰角变低而急剧增大。因此，接收天线使用仰角应大于5°。

1.2 雨衰干扰

雨衰是降雨或积雨云造成信号衰减的现象。当电磁波穿过降雨区时，雨滴会对电波产生吸收和散射，从而造成衰减。雨衰的大小和雨滴半径与波长的比值有着密切关系，而雨滴半径与降雨率有关。雨衰对电磁波产生的影响主要是吸收衰减，大部分表现为热损耗。因频段不同，雨衰对卫星接受信道的影响也不同，对L和C频段衰减减小，对Ku和Ka频段衰减较大。雨衰随着降雨率的增大而增大。据资料显示：当雨滴的半径为0.025～0.300cm、电磁波长为2.5cm左右时，数分钟内雨衰可达到20dB，可使电磁波信号明显衰减，甚至出现暂时中断现象。例如，应急车在三门峡遇到大雨时，信号质量从32%降到5%，致使数据中断。

雨衰的形成在空间上有3个明显的部分（见图3）。第一部分是卫星天线至应急车的天线接收面。卫星到应急车天线的空间距离较长和受各种因素影响较大是造成雨衰的主要因素。目前，没有有效的方法避免或克服这一阶段的雨衰。在卫星链路设计中考虑这个过程的客观存在，留有足够的链路功率余量，以降低增益因雨衰而中断的概率。第二部分是天线接收面或反射面。天线面受雨雪量大小和粘挂雨雪多少的直接影响。其解决措施是采用物理或人工方法清除接受天线面上的粘挂物。当出现雨雪冰冻天气时，要及时使用天线防雨剂或者自动电加热技术，以及人工及时清除粘挂在接受天线反射面上的雨雪，以有效减少雨衰对应急车上卫星信道的影响。第三部分是高频头。应急车上卫星接收天线的高频头通常暴露在大气中，受雨雪的影响与天线面相似。解决方案是安装防水罩，但防水罩不能防止雨雪的粘挂，因此还需要采用天线防雨剂，防止雨雪粘挂对信号传输的衰耗。

降雨不但能引起雨衰，而且会产生降雨噪声，降雨噪声是雨、雾等吸收电磁波能量引起雨衰的同时所产生的电波辐射噪声，降暴雨时特别严重。降雨噪声与雨衰一样，在较高的频段（>10GHz）影响较大。工作中，同时降雨噪声与雨衰考虑，用留足够系统余量的方法来解决。

2 日凌干扰

日凌干扰持续时间只有每年春分和秋分前后，每天出现时间较短，干扰过后通信系统自动恢复正常工作。

日凌即太阳、卫星和地面接收天线所组成的角度很小或者三者在一条直线上时，地面接收天线直接对准卫星和太阳的现象（见图4）[2]。日凌干扰是指发生卫星日凌时，来自太阳黑子活动产生的强电磁辐射及太阳热噪声辐射直接进入应急设备接收系统，干扰正常卫星信号接收的现象。在静止卫星星下点进入当地中午前后的一段时间里，越靠近赤道的卫星地面站，受日凌影响越严重。日凌期间，除太阳本身发出干扰外，太阳辐射还会诱发地面接收系统本身的噪声干扰，使信号接收环境进一步恶化。我国地处北半球，离赤道较远，日凌现象不是太严重，只在春分和秋分前后表现比较明显。气象应急设备地面接收系统也受到日凌不同程度的影响，当日凌出现时，造成应急车接收系统品质G/T值下降，信道误码率增高，严重时甚至会出现传输信号中断的现象。

目前，选用口径较大的天线，采用副波瓣接收和选用高质量、选择性好的窄带高频头，即可明显减少干扰。

3 邻星干扰

邻星干扰是指两个在空间上相距较近的卫星，其有效波束照射范围相互重叠，导致发射或接收的电磁信号相互影响的现象。随着卫星通信技术的广泛应用，卫星在轨运行数量不断增多，使同步轨道资源严重不足，两颗静止卫星之间位置相差仅2.5°，不可避免地会出现邻星干扰现象。邻星干扰方式主要表现为：一颗卫星的上行信号被邻近卫星旁瓣所接受，造成上行干扰；或其下行信号功率过大，由旁瓣泄露进入邻近卫星的地面接收天线，造成下行干扰。

为了防止卫星信号的邻星干扰，对于上下链路干扰，均采用卫星下行链路降频方案。尽管卫星通信专家在卫星上采取各种措施减少邻星干扰，如开辟新的通信波段、利用新的编码方式和采用低旁瓣天线和超定向转发器等，但是，随着卫星技术的快速发展和各种用途卫星数量的不断增加，以及卫星使用寿命的延长和信号发射功率的提高，同步轨道资源变得越来越拥挤，卫星间隔越来越小，邻星干扰问题也越来越突出，已成为未来卫星通信研究的新课题。

4 雷电磁脉冲干扰

雷击可以产生强电磁脉冲，并通过天线、电缆、空间辐射和金属管线感应传到室内，甚至烧坏设备。有人误以为只要有良好的避雷针、引下线及接地系统等传统防雷方式就可以高枕无忧了。其实不然，雷电仍会无情地击毁电子设备。其主要原因是传统的方法只能保护建筑物，不能有效保护建筑物內的电子设备。

卫星接收系统遭雷击时，被损坏部件一般是室外单元和室内单元。从接口与线路来看，损坏的多为接口，而线路绝缘很少损坏，因此保护重点应是接口[3]。

具体解决方法是：①检查应急车人工接地线是否接地良好，是否符合标准；②金属电缆尽量屏蔽处理；③应急车的电源相关部位、设备的接口与信号电缆部位加装接地压敏电阻SPD，要根据使用环境、设备要求和物理连接等技术指标选用SPD。

5 地面干扰

地面干扰种类繁多，主要有地面微波干扰和人为干扰2大类。地面常见干扰源包括微波线路、雷达、小灵通机站、卫星地面屏蔽器和手机屏蔽器等。当出现干扰时，首先检查应急车停放场地的电磁环境是否符合要求；其次按照不同类型的干扰采取不同的措施。

5.1 地面微波线路干扰

地面微波使用的C波段也是卫星信号下行的4GHz频段，因此，如果卫星接收天线仰角较低或者天线增益很高、天线旁瓣较宽、地面天线正好选在地面微波线路上等，都会干扰卫星接收系统的正常工作。解决办法是：①合理选择应急车停放位置，避开地面微波想线路；②在接收天线后面加装墙面屏蔽，屏蔽加装的前提是不影响系统的正常工作。

5.2 卫星地面屏蔽器干扰

卫星地面屏蔽器干扰主要表现形式是脉冲干扰。对于卫星气象数据接收干扰现象是：信号质量很好，但却不能正常接收数据。应急设备曾出现此干扰现象，造成不能正常接收数据，通信中断，后与地方无线电管理委员会协调才得以解决。

5.3 手机屏蔽器干扰

手机屏蔽器干扰频率正好是亚洲4号通信卫星中频的工作频段。应急车接收卫星云图时受到干扰，后通过无线电管理委员会检测查明是手机屏蔽器干扰所致。

5.4 雷达干扰

雷达干扰的主要原因是雷达频率与气象应急接收设备频率非常接近，而且雷达功率较高，从而造成应急车接收系统前置高放烧坏。对于此类干扰，首先应弄清楚雷达的有关技术指标，并在应急设备前端加装窄带滤波器，同时也可协调有关部门暂时停机解决此干扰。

6 结论

应急车上主要采用Ku频段卫星通信系统，干扰问题复杂多样。因此，工作人员要认真分析各种干扰产生的原因、影响范围等，并在设备安装、维护工作中加以防范，以有效避免或减少各种干扰对接收设备的影响和破坏。

参考文献：

[1]吴诗其，李兴.卫星通信导论[M].北京：电子工业出版社，2005.

[2]王秉均，王少勇.通信系统[M].西安：西安电子科技大学出版社，1999.

[3]王振华.雷电灾害与雷电预警防雷避雷技术操作标准规范（上、中、下）[M].长春：吉林银声音像出版社，1997.