機載遙測頻帶資源分析研究

支高飛+劉鵬+王蒙佳

針對當(dāng)前機載遙測系統(tǒng)中頻帶資源受限及試飛需求增加的雙重影響下，本文首先描述了S頻段的應(yīng)用現(xiàn)狀，然后對C波段從空間損耗、多徑損耗等多個影響因素進行理論分析并對其應(yīng)用進行可行性研究。

一、引言

目前機載遙測系統(tǒng)中采用S波段作為使用頻段，其頻率區(qū)間為2200MHz～2390 MHz并一直延續(xù)至今。近年來，隨著試飛監(jiān)控中PCM數(shù)據(jù)流的顯著增加，以及對機載高清視頻畫面的監(jiān)控需求，使得S波段內(nèi)遙測傳輸速率急劇上升且占用帶寬顯著增加。

此外，民用領(lǐng)域上中第四代移動通信4G的部分工作頻段（2320MHz～2370MHz）與S波段有重疊影響，致使該頻段資源顯得日趨擁擠和珍貴。為了應(yīng)對S波段頻譜資源與日益增長的帶寬需求之間的矛盾，傳統(tǒng)的S遙測頻段正向C波段進行遷移。

我國于2013年在《中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定》中，增加了C波段中5091MHz～5150MHz頻率區(qū)間供試飛遙測專用并明確了這一試飛遙測用頻率區(qū)間?，F(xiàn)從遙測接收性能和天線跟蹤性能兩個主要方面，對C波段遙測系統(tǒng)的性能進行一些探討。

二、遙測接收性能

接收端的信噪比（SNR）是衡量遙測系統(tǒng)接收性能的重要指標(biāo)，其計算公式為：

SNR=PT+GT+G/Tsys-LC-LP-LM-LA-KB

其中，PT為遙測發(fā)射機的發(fā)射功率，GT為發(fā)射天線的增益，G/Tsys為遙測接收系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)，LC為線纜損耗，LP為自由空間損耗，LM為多徑損耗，LA為雨衰，K為波爾茲曼常數(shù)，B為等效噪聲功率帶寬。由此可見，載波頻率的改變將主要影響自由空間損耗、接收系統(tǒng)的G/T值等分項，現(xiàn)對其進行逐步分析。

2.1自由空間損耗

無線電波在自由空間進行傳播時的功率損耗計算公式為：

LP=20log（4πfd/c）

其中，d為遙測作用距離，f為載波頻率，c為光速。由上式可知，載波頻率的增加將會引起其空間損耗值的增大。當(dāng)頻率從S波段遷移至C波段后，其空間損耗將隨之增加。

2.2接收系統(tǒng)品質(zhì)因數(shù)

接收系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)G/Tsys值可通過對接收系統(tǒng)的增益以及產(chǎn)生的損耗進行計算求得，式中G為接收天線凈增益，Tsys為接收系統(tǒng)在位于參考平面的等效噪聲溫度。其中，接收天線凈增益可近似等于拋物面天線的增益值。根據(jù)拋物面天線計算公式：

其中D為天線口徑，λ為載波波長。隨著載波頻率的增加，拋物面天線的增益將隨之提高。

同時接收系統(tǒng)在位于參考平面的等效噪聲溫度：

Tsys=Tant+Ty

其中，Tant為在天線處的等效噪聲溫度，Ty為在接收機第二中頻處的等效噪聲溫度。對于單位長度的同軸電纜來說，信號頻率的增加將導(dǎo)致線纜上的損耗相應(yīng)增加。當(dāng)載波頻率從S波段向C波段變化時，遙測接收系統(tǒng)的總G/T值將會發(fā)生改變。

2.3多徑損耗

多徑損耗是指電磁波在反射平面經(jīng)過漫反射和鏡面反射后，與直射波一同進入遙測接收天線，并引起接收端信號的衰落。

由于C波段載波波長較S波段更短，反射面粗糙度的增加，將使得入射的電磁波產(chǎn)生更多的散射分量，進而降低多徑干擾的強度。

其近似計算公式：

θ=70λ/D

其中λ為載波波長，D為拋物面天線口徑。隨著載波頻率的增加，一定程度上減少多徑反射的干擾。

三、天線跟蹤性能

通過對波瓣寬度的分析可知，當(dāng)頻率從S波段遷移至C波段后，-3dB波瓣寬度將隨之變窄。下表為遙測地面站幾種典型的天線尺寸所對應(yīng)的-3dB波瓣寬度值：

拋物面遙測天線的波瓣寬度變窄，意味著將有可能給天線對目標(biāo)的跟蹤帶來問題。

四、小結(jié)

通過對空間損耗、接收品質(zhì)以及多徑損耗等多個因素進行分析，將S波段與C波段的傳輸及多徑損耗進行較為詳細(xì)的理論比較。經(jīng)過將上述兩種波段的研究對比，希望對C波段在將來的機載遙測系統(tǒng)中應(yīng)用起到一定的借鑒和參考作用。

參 考 文 獻

[1]金濤 數(shù)據(jù)鏈試飛電波傳播衰減計算. 航空電子技術(shù)，2011