舰艇卫星通信天线遮挡问题研究*

王添鸽 马 迁 欧刚强

（1.海军大连舰艇学院 大连 116018）（2.91917部队 北京 100000）

1 引言

卫星通信，即以人造通信卫星为中继站的微波中继通信，逐渐成为舰艇中远距离通信的重要手段［1］。目前，世界各国主要军用通信卫星多采用地球同步卫星，即卫星相对于地球静止于赤道上空，距赤道的高度约为35786.5km［2］。由于舰艇空间较为狭窄，上层建筑密布各类预警探测设备，而卫星通信天线多位于中低位置，不可避免地存在受到舰艇上层建筑遮挡的问题，进而造成卫星通信困难或中断［3］。为避免舰艇上层建筑对卫星通信天线遮挡，研究卫星通信科学规划方法及舰艇机动对策措施，对于做好舰艇卫星通信保障具有较为现实的意义。

2 舰艇卫星通信基本要素

对于使用地球同步卫星通信保障的舰艇，需要知道舰艇的经纬度和同步卫星所在经度，则舰艇卫通设备天线跟踪卫星的角度，即俯仰角和方位角也就确定下来［4～5］。俯仰角（El）是指接收站天线仰望卫星的视线与水平面构成的夹角。方位角（Az）是指在接收点水平面上作一条接收站仰望卫星的视线的正投影线，从接收点的正北方开始，顺时针方向转到这条正投影线的角度。

其计算公式为

式中，φ1为舰艇当前所在经度，φ为卫星所在经度，λ1为舰艇当前所在纬度，r为地球半径（6378.1km），R为卫星轨道半径（地球半径+卫星高度）。

卫星通信天线伺服系统需以舰艇首尾线为基准，向左右舷旋转一定角度以实现［6］，即：

式中，C为舰艇航向，Q为卫星所在舷角（左舷为负值，右舷为正值）。

同时，为保证机动舰艇能够随时对准卫星，还应知道舰艇横纵倾情况，进而进行微调跟踪。因此，舰艇卫星通信基本要素主要包括：同步卫星经度、舰艇经纬度、舰艇航向及舰艇横纵倾角度。

3 舰艇卫星通信天线受遮挡情况分析

当舰艇当前使用卫星所在舷角Q与遮挡物的舷角遮挡角β重合且遮挡物的俯仰遮挡角β≥舰艇卫星天线俯仰角El，此时，可认为卫星天线受遮挡［7］。

3.1 无横纵倾情况

当舰艇未发生横纵倾时，某遮挡物对卫星天线的俯仰遮挡角α、舷角遮挡角β计算公式为

式中，h1、h2分别为卫星天线中心、遮挡物相对舰艇稳心的高度，s1、s2，d1、d2分别为卫星天线中心、遮挡物相对舰艇稳心所在纵横面的横距和纵距（遮挡物在卫星天线同侧则s2、d2为正，否则为负）。

3.2 横纵倾情况

3.2.1 横倾影响

当舰艇只发生横倾时，不妨令遮挡物、卫星天线中心分别位于稳心O点左右两侧，当舰艇右倾角为θ时，h2、s1变化情况如图（1）所示，计算公式为［8］

图1 横纵距情况变化示意图

3.2.2 纵倾影响

当舰艇发生纵倾时，不妨令遮挡物、卫星天线中心分别位于稳心O点首尾两侧，当舰艇尾倾γ度时，h2、h1、d2、d1变化情况与横倾相似，计算公式为

3.2.3 横纵倾综合影响

图2 α、β随θ、γ变化示意图

当舰艇同时发生右倾及尾倾时，可通过式（6）～（9）计算得出右倾时的分别替换式（10）～（13）h1、h2，得出横纵倾条件下的综合变化情况，并将分别替换式（4）～（5）h1、h2、s1、s2、d1、d2，得出此时的俯仰遮挡角α、舷角遮挡角β［9］，分别如图 2（a）、（b）所示［10］。

同理，可计算出其他横纵倾综合影响下的参数变化情况及相应的俯仰遮挡角与舷角遮挡角。

4 避免天线受遮挡的舰艇卫星通信保障措施

4.1 卫星通信保障规划

当舰艇需按照某一航向C航行，根据气象预报预测舰艇横纵倾情况，且按照式（4）、（5）得出当前Q=β但α＜El时，为确认此航向卫星是否受到该遮挡物遮挡，可根据解析法航法计算公式［11］，近似求得航向上某点经度λ2与维度φ2间的关系：

将α值、φ2代入式（1）中，计算λ2是否在该航线内，如在该航线内，则卫星通信天线将受遮挡，应根据具体情况调整保障卫星资源或舰艇在该点后的航向。

4.2 舰艇机动

若舰艇需改变航向时，可按照式（1）、（2）计算当前El、Az值，按照式（4）、（5）计算各遮挡物当前α、β值，当有遮挡物影响卫星通信时，按照式（3）计算所有遮挡航向，为舰艇转向提供参考意见［12］。

5 结语

舰艇在中远距离需进行卫星通信时，可在出航准备阶段，通过计算得出卫星通信天线可能出现的俯仰遮挡角与舷角遮挡，并根据具体情况规划卫星资源，尽量避免受到遮挡；若无法避免遮挡，在不影响舰艇任务的基础上，可通过舰艇机动的方式改变航向，避免卫星通信天线受到遮挡。