常规高空气象探测系统电磁环境测试探讨

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1、常规高空气象探测系统电磁环境测试探讨■杨 露 吴 楷一、概述常规高空气象探测是指采用气球自由升空方式对自地球表面到几万米高度空间空气运动的状态（风向、风速）和气象要素（气压、温度、湿度）的变化进行探测、收集、处理的活动和工作过程。常规高空气象探测的仪器包括探空气球、探空仪以及地面跟踪接收设备等。无线电技术在常规高空气象探测系统中主要用于地面跟踪接收设备对升空的探空仪的跟踪捕捉、通讯及数据传输、测距等。我国目前在用的常规高空探测系统主要工作在两个频段：395～405MHz（400MHz频段）与1669～1681MHz（L波段）。工作在400MHz频段的设备有

2、GTS(U)2-1型数字式电子探空仪、GZZ2型电码式探空仪与701型二次测风雷达等；工作于L波段的设备有GTS1型数字探空仪与GFE(L)1型二次测风雷达等。根据中国气象局探空的发展规划，电子探空仪-L波段二次测风雷达是未来为主的过渡体制，逐步取代701系列探空系统。这也符合《中华人民共和国频率划分规定》对“气象辅助”业务工作频段的划分：“气象辅助”业务应工作在27.5～28MHz、400.15～406MHz、1668.4～1700MHz频段内。随着卫星导航定位系统，特别是美国的全球定位系统(GlobalPositionSystem，GPS)的发展，人们

3、开始将GPS技术利用到气象探测中，采用GPS探空仪与地面GPS自动跟踪接收系统配合，完成从地面到高空温、压、湿、风综合气象要素的实时探测。把GPS利用于高空气象探测是国际上公认的最新技术，GPS高空气象探测系统主要工作在400.15～406MHz。对常规高空气象探测系统的电磁环境保护主要是考虑对其地面跟踪接收设备的电磁环境兼容性分析，根据探空系统的发展趋势及应用规模，本文针对电子探空仪-L波段二次测风雷达系统展开探讨。二、无线电干扰保护门限计算电子探空仪主要由传感器、采集处理器、无线电发射机及电池等部分组成。传感器感应空间的温度、湿度和气压的变化，然后经采

4、集处理器的采集和变换并以一定形式调制发射机，发射机将采集的数据用高频信号发射出来，同时对二次雷达询问信号产生回答信号，提供给二次雷达测距。GTS1型数字探空仪主要电气性能参数如表1：频率范围发射功率接收灵敏度调制方式天线极化形式1672-1679.5MHz≥400mW≤20调幅垂直极化表1：GTS1型数字探空仪主要电气性能参数L波段二次测风雷达是集跟踪雷达与数字无线电通信于一体的综合系统。GFE(L)1型雷达雷达采用了假单脉冲二次雷达工作体制，实现了角度自动跟踪、自动测距、自动数据处理、近距离抓球与测距，具有较高的精度和自动化程度，其主要电气性能参数如表2

5、：频率范围脉冲功率天线增益天线极化接收系统灵敏度1669-1681MHz≥15kW，≥1.5kW（近程发射机）≥28dB垂直极化≤-107dBm表2：GFE(L)1型二次测风雷达主要电气性能参数表2中的技术参数要优于GB/T12506-1990《测风雷达通用技术条件》的要求。根据表2，折算到L波段二次测风雷达天线口面的最小可测功率（）约为-129dBm(3MHz)。考虑电子探空仪-L波段二次测风雷达的探测最大作用距离（）为200km、工作频率（）为1675MHz，以及自由空间的传播损耗（、dB）：①根据表1可以计算出在直线距离200km外的探空仪发射到接收

6、天线口面的功率（）为-115.45dBm（考虑探空仪的天线增益1.5dB）。比较及，设置（-129dBm/3MHz）作为电子探空仪-L波段二次测风雷达系统的无线电同频干扰保护门限。对于L波段二次测风雷达接收机输入端对通频带外临频干扰信号的可容许干扰（、dBm），根据GB13618-1992《对空情报雷达站电磁环境防护要求》，并考虑雷达接收天线的增益以及馈线损耗，按式②、式③计算：②③式②对应于调幅干扰信号计算、式③对应于调频干扰信号计算，式中：是干扰信号频率偏移接收机工作频率时的接收机带外抑制系数（dB），取值见表3[10]。频偏（MHz）1.52.02.

7、53.03.54.0(dB)103351626670表3：接收机带外抑制系数三、电磁环境测试系统的构建（一）电磁环境测试系统性能论证电磁环境测试系统的性能主要体现在测试灵敏度方面，对于被测系统，测试系统的灵敏度应满足高于被测系统接收灵敏度的要求。本文以AgilentN9020A频谱分析仪为核心构建电磁环境测试系统如图1所示：图1：电磁环境测试系统框图图1中0.8m抛物面在L波段天线增益（）约为23dB，低噪声放大器增益（）42dB、噪声系数（）≤2dB，N9020A频谱分析仪平均显示噪声电平为-166dBm/Hz。考虑低噪声放大器的噪声功率（、dBm）：④

8、式中：为玻尔兹曼常数（），为天线温度（一般取），为接收机带宽（Hz