地球站間干擾保護距離的研究*：衛星固定業務地球站對近地空間研究業務地球站的干擾保護距離

李建欣，楊文翰

（國家無線電監測中心 北京 100037）

1 引言

近年來，我國在航天領域取得飛速發展，“天宮一號”空間站的建立、“神舟十號”載人飛船的成功對接、探月系統工程月球車的成功落月探測以及火星探測衛星系統的成功部署等，一次次使我國在空間研究業務中取得歷史性的突破。

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

當前，世界無線電通信大會（WRC）已經考慮為衛星固定業務（fixed-satellite service，FSS）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，FSS地球站的上行發射信號將會對地球站的下行接收信號產生潛在干擾。因此，本文專注于8 450～8 500 MHz頻段FSS對于近地SRS地球站的潛在干擾問題，并針對相應問題進行了兼容計算。使用我國位于上海的空間研究地球站SHAI（北緯31.1°，東經121.2°）作為本計算中近地SRS的特殊地球站來計算干擾，以便在FSS新頻率劃分之前預先確定近地SRS地球站所需的保護距離。

2 系統間兼容性計算

2.1 兼容計算方法

干擾分析采用國際電信聯盟（以下簡稱國際電聯）ITU-R SA.609[1]建議書中所規定的近地SRS的保護標準-216 dBW/Hz，以便確定近地SRS地球站需要的保護距離。考慮FSS在8 450～8 500 MHz頻段的上行信號對于近地SRS地球站同樣在8 450～8 500 MHz頻段的下行接收天線的干擾，假設干擾信號頻率采用近地SRS地球站上述接收信號的中心頻率。

FSS地球站發射對近地SRS地球站接收的干擾來自于超視距傳播，而不是視距傳播。為了計算超視距傳播損耗，使用ITU-R P.452[2]建議書的計算方法，同時采用ITU-R SA.609建議書中所規定的0.1%作為干擾保護標準可允許超過的概率百分比值。

本文基于90 m分辨率的航天飛機航拍地理信息數據，以近地SRS地球站0～360°區域每1°為一步進，計算FSS地球站對于近地SRS地球站所需的隔離距離。為了滿足近地SRS地球站的保護標準，使用以下發射和接收參數計算傳播損耗 Lreq（dB）：

其中，PT表示天線輸入端的發射功率譜密度（dBW/Hz）；GT表示FSS地球站發射天線增益 （dB）；θt表示 FSS地球站發射天線在近地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地球站干擾保護電平（dBW/Hz）。

在本文的鏈路干擾計算中，認為近地SRS地球站的天線可以在跟蹤角最小為5°的時候進行工作。在實際中，為了更準確地計算，近地SRS地球站天線的接收增益可以采用《無線電規則》[3]附錄8～10附件3中規定的方法，即在天線各個方位角上，當5°最小仰角和當地地平線仰角不同時天線增益的計算方法。

2.2 FSS地球站和近地SRS地球站的特性參數

在新劃分的頻段中，典型FSS地球站的發射特性參數見表1和表2。

對于NGSO和GSO FSS系統，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地球站的發射功率譜密度進行計算：PT=0 dBW/Hz，使用《無線電規則》第21.8條規定的最大FSS地球站發射功率譜密度。

表1 FSS地球站的特性參數

表2 FSS地球站的特性參數的備注

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

ITU-R P.452建議書中規定的折射因子（ΔN）和平面折射系數（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地球站保護標準的傳播損耗計算如下：

針對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。

仿真計算設計200 ms時延，仿真計算結果如圖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，1°為一步進的標準下NGSO FSS地球站與近地SRS地球站所需的隔離距離的干擾計算仿真結果；圖2和圖4分別在地圖上顯示所需隔離距離的地理區域。

表3 近地SRS地球站的特性參數

表4 近地SRS地球站的特性參數的備注

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

由兼容計算仿真結果可以看出，對于近地SRS地球站的保護，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 結束語

根據兼容計算的仿真結果，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，都可能會對近地SRS地球站的接收產生干擾。為了避免干擾的產生，需要建立FSS地球站的隔離距離要求，以保護我國空間研究業務的應用，尤其是涉及神舟載人飛船、空間站通信等我國重點航天項目。

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

在本計算中考慮的SHAI地球站，在8 450～8 500 MHz，為了達到近地SRS地球站的保護標準，需要在近地SRS地球站周圍相應建立542～582 km的保護距離。本文所得出的保護距離結果可以應用到其他近地SRS地球站的保護隔離距離標準中，以確保我國航天技術中空間研究事業的穩步發展。

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

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

3 國際電信聯盟.無線電規則,2012

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