电离层闪烁对测控系统信道的影响研究

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1、电离层闪烁对测控系统信道的影响研究甄卫民陈丽赵振维(中国电波传播研究所·山东青岛·266071)摘要首先介绍了电离层闪烁在我国不同地区的发生规律，然后讨论电离层闪烁效应对测控信道的影响，并给出相应减缓措施建议。关键词电离层闪烁；测控；信道；影响1引言卫星测控系统主要包括跟踪测轨、遥测和遥控三项功能。无线电跟踪测轨是利用无线电波对卫星进行跟踪，测量其距离、距离变化率(速度)等以确定飞行器的轨道参数。在测轨同时，通过上、下行多副载波信道传送遥控和遥测信息。目前主要采用S频段(称为统一S频段系统USB)和C频段(称为统一C频段系统)。USB的上行载波频率

2、是2000MHz～2100MHz，下行是2200MHz～2300MHz。遥测分系统将飞行器上的遥测数据向下发送。其主要技术指标包括：误码率、最大码速率、副载波频率等。误码率与接收机的输入载噪比及码速率有关，一般在10。左右。遥控分系统的任务是将地面的控制指令发送到飞行器，解调出遥控指令以实现对飞行器的控制。另外，还能将遥控指令经下行遥测信道反馈送回地面站进行校验。遥控系统的可靠性技术指标较高：一般漏指令概率<10-11，虚指令概率<10-12。由此可见，遥测特别是遥控系统对可靠性的要求很高。无线电测控信号经过电离层和对流层时会受其影u向。电离层中的

3、电子和地磁场的存在和变化都会使穿越电离层的无线电波发生变化。频率从30MHz到10GHz(包括VHF、UHF、L、S、C频段)的载波信号都会受到电离层的影响，效应包括电波折射延迟、闪烁、吸收等。卫星测控系统中的测距测速定轨系统受电离层和对流层的折射效应影响较大，而遥测和遥控系统．特别是遥控系统信道会受到电离层闪烁较大的影响，在我国的低纬地区影响更为严重。这里重点讨论电离层闪烁效应对USB系统的影响，并给出相应的减缓措施建议。2电离层闪烁简介无线电信号的幅度、相位等特征参量相对其平均值的较快速的起伏，称为闪烁。它是由于传播路径上折射指数不均匀的较快变

4、化所致。折射效应是大气层的背景效应，是任何时间都存在的。而闪烁是折射指数不均匀的较快变化所致，是随机出现的。对流层闪烁是由于温度和湿度的湍流不均匀性引起的信号快速变化，它对10GHz以上信号的影响较严重，而电离层闪烁对统一载波系统所用的频段特别是S频段影响严重。以下重点讨论电离层闪烁。以下讨论的仅是无线电波单程穿越电离层的情况，而测控系统的电波信号常常是双程穿越电离层，其效应会加倍。由于太阳上剧烈的能量和物质喷发以及一定条件下大气层中出现的非线性不稳定性，电离层电子密度会出现快速、随机的起伏涨落变化，通常将其称为电离层不均匀体。无线电穿越电离层不均

5、匀体时，能导致接收点的信号的幅度、相位发生快速的起伏变化——即闪烁，起伏的峰峰值在ldB到20多个dB范围内，持续时间从几分钟到数个小时。在磁低纬地区，测量到的不均匀体范围在东西方向可达1000km，在南北也可达到1000km。在中纬地区，不均匀体范围南北方向的尺度一般为几百公里，东西方向尺度仍能达到1000km。在所有地区，引起闪烁的夜间不均匀体大部分位于150km～1000km高度范围内的电离层F区内，在磁低纬上空，不均匀体主要位于150km～300krn高度范围内，不均匀体厚度在几十公里至几百公里范围内变化。闪烁的强弱受地磁纬度和太阳活动程度

6、高低、日变化、载波频率等因素的直接制约。闪烁主要发生在当地时间18：00点以后至第二天凌晨。据ITU报告，在10MHz到12GHz的载波频率范围内都观测到了闪烁，闪烁强度(闪烁指数＆)与载波频率f2_间具有1∥。5的依赖关系。即在一定范围内，信号频率愈低，闪烁愈强。同样的电离层不均匀体条件下，VHF、UHF频段闪烁信号较强，L频段、S频段次之，C频段以上较弱。在磁赤道、磁赤道异常区及高纬地区，不均匀体电子密度涨落较强，故闪烁较严重，对通信系统的影响较大。我国低纬地区的台湾、福建、广东、广西直至南海地区均处在磁赤道异常区及磁赤道附近，为电离层闪烁的高

7、活动区，电波受闪烁影响较为严重。3闪烁对测控系统通信信道的影响卫星测控系统的数据信道受到电离层闪烁的影响较大。电离层闪烁能导致地空无线电系统的信号幅度、相位的随机起伏，严重时甚至能造成系统中断，但一般情况下主要是造成遥测、遥控信道的误码率升高。3．1闪烁能导致系统接收设备信号中断统一载波系统USB中，对残留载波用窄带锁相环进行跟踪滤波，可获得较高的信号捕获灵敏度，它是完成远距离测控通信的关键。而对于测控系统的s频段信号，在太阳活动高年和磁低纬地区，电离层闪烁很强，在少量时段可能会导致系统的短暂中断。这是由于闪烁导致输入信号的载噪比降低，使接收机的载

8、波锁相环失锁乃至整个系统的短暂中断，这和具体接收机的锁相环电路有关。3．2闪烁对误码率的影响在数字系统中，误码率是主要的通