文獻標識碼： A
文章編號： 0258-7998(2012)11-0104-04
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，在火箭發射的全程中，火箭與中繼星都視線可見，可以進行連續通信。
為了保證信息的暢通，中繼星接收到的火箭發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波段箭載相控陣衛星數據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。整個通信鏈路由發射機、發射天線、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。大氣層總質量的90%集中在離地球表面15 km高度以內，總質量的99.9%集中在地球表面50 km高度以內。
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（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，即：
式中，±4XTXR項中的符號取決于接收電波極化旋轉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，FM體制的已經完全沒有鏈路裕度，而BPSK和QPSK最大也只有1.6 dB。
如果按發射功率為10 W,鏈路裕度為6 dB，衛星接收機的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， 則可以采用增大發射功率到38 W或天線增益為23.85 dB的辦法來實現。
在其他參數相同的情況下，采用BPSK或QPSK可以比FM體制的發射功率小20 W左右，天線增益可以小2.66 dB左右。
參考文獻
[1] PRATT T,BOSTIAN C,ALLNUTT J.衛星通信[M].甘良才,譯.北京:電子工業出版社, 2005:215-230.
[2] ITU-R P.676-6-2005, Attenuation by atmospheric gases[S].
[3] 李環. 運載火箭發動機火焰衰減仿真研究[J]. 導彈與航天運載技術,2007(4):10-12,28.
[4] 中國人民解放軍總裝備部軍事訓練教材編輯工作委員會.天地通信技術[M]. 北京:國防工業出版社, 2002.
272-290.