運載火箭在飛行過程中與地面站通信時，受地球曲率的影響，火箭與地面站之間由于地球表面的遮擋，只在一定的飛行時間內(nèi)可見，因此必須布置多個地面測控站才能完成不間斷測控。利用中繼星作為通信中繼，在火箭發(fā)射的全程中，火箭與中繼星都視線可見，可以進行連續(xù)通信。

    為了保證信息的暢通，中繼星接收到的火箭發(fā)射信號電平必須要有一定的安全裕量。火箭在飛行中電磁波需要穿過大氣層、電離層等，通信鏈路中主要存在以下的衰減：自由空間衰減、大氣衰減、火焰衰減、極化衰減、天線指向誤差損耗、雨衰等。本文對火箭飛行過程中，S波段箭載相控陣衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈的安全裕度進行了分析。
1 鏈路模型[1]
    運載火箭和中繼星通信鏈路如圖1所示。整個通信鏈路由發(fā)射機、發(fā)射天線、空間鏈路、接收天線、接收機等組成，其中空間鏈路衰減為：自由空間衰減、大氣衰減、火焰衰減、極化衰減、天線指向衰減、雨衰等。

    為了保證接收到的信號能在接收機端被正確地接收，必須要滿足一定的載噪比，同時為了可靠傳輸，還需要有一定的裕量M，接收機端的信噪比為：
 
2.2 大氣衰減Latm[2]
    根據(jù)ITU-R P.676-6 大氣衰減參考建議，在海拔高度小于10 km的情況下，可以根據(jù)嚴格的測試曲線結果進行擬合，得到單位距離上大氣（氧和水蒸氣）對電磁波的衰減量。頻率在S波段時，水和氧分子對電磁波的吸收率約為0.006 2 dB/km。大氣層總質(zhì)量的90%集中在離地球表面15 km高度以內(nèi)，總質(zhì)量的99.9%集中在地球表面50 km高度以內(nèi)。
    假設大氣層的高度為20 km，當垂直穿過大氣層時，引起的衰減為0.006 2×20=0.124 dB,當仰角為Φ時，則衰減為0.124/sin(Φ)，一般仰角必須大于15°，因此大氣引起的衰減最大不超過1.422 dB。
2.3 火焰衰減Lfla[3]
    火箭發(fā)動機的噴焰是一種不均勻的等離子體，它具有很高的電子濃度，且湍動異常劇烈，所以電信號通過火焰時會受到嚴重的影響。
　　火焰影響除了與信號的工作頻率、測量站的位置等有關外，主要取決于火焰的電參數(shù)（電子碰撞頻率v和電子濃度N），通常用?琢0表示頻率為w的無線信號在噴焰中的衰減常數(shù)，即：
　 
式中，±4XTXR項中的符號取決于接收電波極化旋轉(zhuǎn)方向與接收設備所要求的是否一致，一致時取正，相反時取負值。當XT=XR，α=0且同旋向時，Lp=0,這是極化匹配的條件；當XT=XR，α=90°且反旋向時，這是極化失配情況。接收天線極化軸比為2 dB，發(fā)射天線不同的軸比，不同的方向夾角下引起的極化衰減如圖2所示。

2.6 降雨引起的衰減Lrain
    雨衰是由于雨滴吸收能量并把能量散射出無線電波束之外而引起的。在長度為r0的傳播路徑上，降雨引起的總的衰減AR與沿電路的雨衰減?酌R(r)(dB/km)有如下關系式：
    
    從圖6~圖8可以看出，F(xiàn)M體制的已經(jīng)完全沒有鏈路裕度，而BPSK和QPSK最大也只有1.6 dB。

    如果按發(fā)射功率為10 W,鏈路裕度為6 dB，衛(wèi)星接收機的G/T值為5.7,天線增益為18 dB，要想傳輸碼速率為1 Mb/s的信號是不可行的。如果采用BPSK或QPSK體制， 則可以采用增大發(fā)射功率到38 W或天線增益為23.85 dB的辦法來實現(xiàn)。
    在其他參數(shù)相同的情況下，采用BPSK或QPSK可以比FM體制的發(fā)射功率小20 W左右，天線增益可以小2.66 dB左右。
參考文獻
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