地球站間干擾保護(hù)距離的研究*：衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)地球站對(duì)近地空間研究業(yè)務(wù)地球站的干擾保護(hù)距離

李建欣，楊文翰

（國家無線電監(jiān)測中心 北京 100037）

1 引言

近年來，我國在航天領(lǐng)域取得飛速發(fā)展，“天宮一號(hào)”空間站的建立、“神舟十號(hào)”載人飛船的成功對(duì)接、探月系統(tǒng)工程月球車的成功落月探測以及火星探測衛(wèi)星系統(tǒng)的成功部署等，一次次使我國在空間研究業(yè)務(wù)中取得歷史性的突破。

隨著無線通信的發(fā)展，由于頻譜資源日益緊張，無線電干擾事件頻頻發(fā)生，尤其是在空間研究業(yè)務(wù)（space research service，SRS）地球站的通信中。近幾年，在近地SRS地球站進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和傳輸、跟蹤和遙測遙令以及日常和緊急事件的操作測控中，常常報(bào)告相關(guān)業(yè)務(wù)操作受到有害干擾。保護(hù)近地SRS地球站的通信正常進(jìn)行，不僅關(guān)系到近地SRS地球站的正常研究工作，甚至關(guān)系到我國載人航天任務(wù)的成敗以及航天員的生命安全，其重要性日益凸顯。

當(dāng)前，世界無線電通信大會(huì)（WRC）已經(jīng)考慮為衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)（fixed-satellite service，F(xiàn)SS）在 8 400～8 500 MHz頻段劃分新的頻率使用。新的頻率劃分與近地SRS地球站存在頻率重疊，F(xiàn)SS地球站的上行發(fā)射信號(hào)將會(huì)對(duì)地球站的下行接收信號(hào)產(chǎn)生潛在干擾。因此，本文專注于8 450～8 500 MHz頻段FSS對(duì)于近地SRS地球站的潛在干擾問題，并針對(duì)相應(yīng)問題進(jìn)行了兼容計(jì)算。使用我國位于上海的空間研究地球站SHAI（北緯31.1°，東經(jīng)121.2°）作為本計(jì)算中近地SRS的特殊地球站來計(jì)算干擾，以便在FSS新頻率劃分之前預(yù)先確定近地SRS地球站所需的保護(hù)距離。

2 系統(tǒng)間兼容性計(jì)算

2.1 兼容計(jì)算方法

干擾分析采用國際電信聯(lián)盟（以下簡稱國際電聯(lián)）ITU-R SA.609[1]建議書中所規(guī)定的近地SRS的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)-216 dBW/Hz，以便確定近地SRS地球站需要的保護(hù)距離?？紤]FSS在8 450～8 500 MHz頻段的上行信號(hào)對(duì)于近地SRS地球站同樣在8 450～8 500 MHz頻段的下行接收天線的干擾，假設(shè)干擾信號(hào)頻率采用近地SRS地球站上述接收信號(hào)的中心頻率。

FSS地球站發(fā)射對(duì)近地SRS地球站接收的干擾來自于超視距傳播，而不是視距傳播。為了計(jì)算超視距傳播損耗，使用ITU-R P.452[2]建議書的計(jì)算方法，同時(shí)采用ITU-R SA.609建議書中所規(guī)定的0.1%作為干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)可允許超過的概率百分比值。

本文基于90 m分辨率的航天飛機(jī)航拍地理信息數(shù)據(jù)，以近地SRS地球站0～360°區(qū)域每1°為一步進(jìn)，計(jì)算FSS地球站對(duì)于近地SRS地球站所需的隔離距離。為了滿足近地SRS地球站的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，使用以下發(fā)射和接收參數(shù)計(jì)算傳播損耗 Lreq（dB）：

其中，PT表示天線輸入端的發(fā)射功率譜密度（dBW/Hz）；GT表示FSS地球站發(fā)射天線增益 （dB）；θt表示 FSS地球站發(fā)射天線在近地SRS地球站方向上的離軸角；Gr表示近地SRS地球站接收天線增益 （dB）；θr表示近地 SRS地球站接收天線在FSS地球站方向上的離軸角；P0r表示近地SRS地球站干擾保護(hù)電平（dBW/Hz）。

在本文的鏈路干擾計(jì)算中，認(rèn)為近地SRS地球站的天線可以在跟蹤角最小為5°的時(shí)候進(jìn)行工作。在實(shí)際中，為了更準(zhǔn)確地計(jì)算，近地SRS地球站天線的接收增益可以采用《無線電規(guī)則》[3]附錄8～10附件3中規(guī)定的方法，即在天線各個(gè)方位角上，當(dāng)5°最小仰角和當(dāng)?shù)氐仄骄€仰角不同時(shí)天線增益的計(jì)算方法。

2.2 FSS地球站和近地SRS地球站的特性參數(shù)

在新劃分的頻段中，典型FSS地球站的發(fā)射特性參數(shù)見表1和表2。

對(duì)于NGSO和GSO FSS系統(tǒng)，在8 450～8 500 MHz頻段確定FSS地球站和近地SRS地球站之間的隔離距離，需要通過FSS地球站的發(fā)射功率譜密度進(jìn)行計(jì)算：PT=0 dBW/Hz，使用《無線電規(guī)則》第21.8條規(guī)定的最大FSS地球站發(fā)射功率譜密度。

表1 FSS地球站的特性參數(shù)

表2 FSS地球站的特性參數(shù)的備注

近地SRS地球站接收的特性參數(shù)見表3和表4。本兼容計(jì)算中，近地SRS地球站的最小工作仰角為5°。

ITU-R P.452建議書中規(guī)定的折射因子（ΔN）和平面折射系數(shù)（N0）見表5。

2.3 8 450～8 500 MHz頻段近地SRS地球站的干擾

如上所述，滿足近地SRS地球站保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的傳播損耗計(jì)算如下：

針對(duì)NGSO FSS地球站，使用水平方向4 dB的傳輸增益，傳播損耗為（220+Gr）dB。

仿真計(jì)算設(shè)計(jì)200 ms時(shí)延，仿真計(jì)算結(jié)果如圖1～圖4以及表6所示。圖1和圖3顯示了0～360°方位角范圍內(nèi)，1°為一步進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)下NGSO FSS地球站與近地SRS地球站所需的隔離距離的干擾計(jì)算仿真結(jié)果；圖2和圖4分別在地圖上顯示所需隔離距離的地理區(qū)域。

表3 近地SRS地球站的特性參數(shù)

表4 近地SRS地球站的特性參數(shù)的備注

表5 ITU-R P.452建議書規(guī)定的折射因子（ΔN）和平面折射系數(shù)（N0）

由兼容計(jì)算仿真結(jié)果可以看出，對(duì)于近地SRS地球站的保護(hù)，NGSO FSS地球站所需的隔離距離要大于GSO FSS地球站。

圖2 地形圖上NGSO FSS地球站與近地SRS地球站所需的隔離距離

圖3 GSO FSS地球站與近地SRS地球站所需的隔離距離

圖4 地形圖上GSO FSS地球站與近地SRS地球站所需的隔離距離

3 結(jié)束語

根據(jù)兼容計(jì)算的仿真結(jié)果，在8 450～8 500 MHz頻段，隨著FSS地球站和近地SRS地球站之間距離的不同，無論是NGSO FSS地球站還是GSO FSS地球站，都可能會(huì)對(duì)近地SRS地球站的接收產(chǎn)生干擾。為了避免干擾的產(chǎn)生，需要建立FSS地球站的隔離距離要求，以保護(hù)我國空間研究業(yè)務(wù)的應(yīng)用，尤其是涉及神舟載人飛船、空間站通信等我國重點(diǎn)航天項(xiàng)目。

表6 在8 450～8 500 MHz頻段FSS地球站和近地SRS地球站所需的地理隔離距離

在本計(jì)算中考慮的SHAI地球站，在8 450～8 500 MHz，為了達(dá)到近地SRS地球站的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，需要在近地SRS地球站周圍相應(yīng)建立542～582 km的保護(hù)距離。本文所得出的保護(hù)距離結(jié)果可以應(yīng)用到其他近地SRS地球站的保護(hù)隔離距離標(biāo)準(zhǔn)中，以確保我國航天技術(shù)中空間研究事業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。

1 ITU-R SA.609-2建議書.有人和無人操縱的近地科學(xué)衛(wèi)星的無線電通信鏈路的保護(hù)準(zhǔn)則 （第二版）.http://www.itu.int/rec/R-REC-SA.609/en，2014

2 ITU-R P.452-14建議書.評(píng)估在頻率高于約0.1 GHz時(shí)地球表面上電臺(tái)之間干擾的預(yù)測程序 （第十四版）.http://www.itu.int/rec/R-REC-P.452/en，2014

3 國際電信聯(lián)盟.無線電規(guī)則,2012

4 ITU-R S.580-6建議書.與靜止衛(wèi)星通信的地球站天線方向性圖的設(shè)計(jì) （第六版 ）.http://www.itu.int/rec/R-REC-S.580/en，2014