艦艇衛星通信天線遮擋問題研究*

王添鴿 馬 遷 歐剛強

（1.海軍大連艦艇學院 大連 116018）（2.91917部隊 北京 100000）

1 引言

衛星通信，即以人造通信衛星為中繼站的微波中繼通信，逐漸成為艦艇中遠距離通信的重要手段［1］。目前，世界各國主要軍用通信衛星多采用地球同步衛星，即衛星相對于地球靜止于赤道上空，距赤道的高度約為35786.5km［2］。由于艦艇空間較為狹窄，上層建筑密布各類預警探測設備，而衛星通信天線多位于中低位置，不可避免地存在受到艦艇上層建筑遮擋的問題，進而造成衛星通信困難或中斷［3］。為避免艦艇上層建筑對衛星通信天線遮擋，研究衛星通信科學規劃方法及艦艇機動對策措施，對于做好艦艇衛星通信保障具有較為現實的意義。

2 艦艇衛星通信基本要素

對于使用地球同步衛星通信保障的艦艇，需要知道艦艇的經緯度和同步衛星所在經度，則艦艇衛通設備天線跟蹤衛星的角度，即俯仰角和方位角也就確定下來［4～5］。俯仰角（El）是指接收站天線仰望衛星的視線與水平面構成的夾角。方位角（Az）是指在接收點水平面上作一條接收站仰望衛星的視線的正投影線，從接收點的正北方開始，順時針方向轉到這條正投影線的角度。

其計算公式為

式中，φ1為艦艇當前所在經度，φ為衛星所在經度，λ1為艦艇當前所在緯度，r為地球半徑（6378.1km），R為衛星軌道半徑（地球半徑+衛星高度）。

衛星通信天線伺服系統需以艦艇首尾線為基準，向左右舷旋轉一定角度以實現［6］，即：

式中，C為艦艇航向，Q為衛星所在舷角（左舷為負值，右舷為正值）。

同時，為保證機動艦艇能夠隨時對準衛星，還應知道艦艇橫縱傾情況，進而進行微調跟蹤。因此，艦艇衛星通信基本要素主要包括：同步衛星經度、艦艇經緯度、艦艇航向及艦艇橫縱傾角度。

3 艦艇衛星通信天線受遮擋情況分析

當艦艇當前使用衛星所在舷角Q與遮擋物的舷角遮擋角β重合且遮擋物的俯仰遮擋角β≥艦艇衛星天線俯仰角El，此時，可認為衛星天線受遮擋［7］。

3.1 無橫縱傾情況

當艦艇未發生橫縱傾時，某遮擋物對衛星天線的俯仰遮擋角α、舷角遮擋角β計算公式為

式中，h1、h2分別為衛星天線中心、遮擋物相對艦艇穩心的高度，s1、s2，d1、d2分別為衛星天線中心、遮擋物相對艦艇穩心所在縱橫面的橫距和縱距（遮擋物在衛星天線同側則s2、d2為正，否則為負）。

3.2 橫縱傾情況

3.2.1 橫傾影響

當艦艇只發生橫傾時，不妨令遮擋物、衛星天線中心分別位于穩心O點左右兩側，當艦艇右傾角為θ時，h2、s1變化情況如圖（1）所示，計算公式為［8］

圖1 橫縱距情況變化示意圖

3.2.2 縱傾影響

當艦艇發生縱傾時，不妨令遮擋物、衛星天線中心分別位于穩心O點首尾兩側，當艦艇尾傾γ度時，h2、h1、d2、d1變化情況與橫傾相似，計算公式為

3.2.3 橫縱傾綜合影響

圖2 α、β隨θ、γ變化示意圖

當艦艇同時發生右傾及尾傾時，可通過式（6）～（9）計算得出右傾時的分別替換式（10）～（13）h1、h2，得出橫縱傾條件下的綜合變化情況，并將分別替換式（4）～（5）h1、h2、s1、s2、d1、d2，得出此時的俯仰遮擋角α、舷角遮擋角β［9］，分別如圖 2（a）、（b）所示［10］。

同理，可計算出其他橫縱傾綜合影響下的參數變化情況及相應的俯仰遮擋角與舷角遮擋角。

4 避免天線受遮擋的艦艇衛星通信保障措施

4.1 衛星通信保障規劃

當艦艇需按照某一航向C航行，根據氣象預報預測艦艇橫縱傾情況，且按照式（4）、（5）得出當前Q=β但α＜El時，為確認此航向衛星是否受到該遮擋物遮擋，可根據解析法航法計算公式［11］，近似求得航向上某點經度λ2與維度φ2間的關系：

將α值、φ2代入式（1）中，計算λ2是否在該航線內，如在該航線內，則衛星通信天線將受遮擋，應根據具體情況調整保障衛星資源或艦艇在該點后的航向。

4.2 艦艇機動

若艦艇需改變航向時，可按照式（1）、（2）計算當前El、Az值，按照式（4）、（5）計算各遮擋物當前α、β值，當有遮擋物影響衛星通信時，按照式（3）計算所有遮擋航向，為艦艇轉向提供參考意見［12］。

5 結語

艦艇在中遠距離需進行衛星通信時，可在出航準備階段，通過計算得出衛星通信天線可能出現的俯仰遮擋角與舷角遮擋，并根據具體情況規劃衛星資源，盡量避免受到遮擋；若無法避免遮擋，在不影響艦艇任務的基礎上，可通過艦艇機動的方式改變航向，避免衛星通信天線受到遮擋。