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散射通信設備氣象雷達數(shù)據(jù)傳輸分析論文
摘要：文章采用散射通信設備對架設在野外的氣象雷達數(shù)據(jù)進行非視距傳輸試驗，驗證散射通信設備用于氣象雷達數(shù)據(jù)傳輸?shù)目尚行浴ｒ炞C結(jié)果表明，作為一種非常規(guī)無線傳輸方式，散射通信設備能夠滿足特定條件下的非視距傳輸要求，豐富了氣象雷達數(shù)據(jù)傳輸手段。
關鍵詞：散射通信；氣象雷達；非視距傳輸
引言
作為傳統(tǒng)雷達領域的一個重要分支，氣象雷達利用空中雨滴、云狀滴、冰晶、雪花等對電磁波的散射作用，來探測大氣中氣象回波的形狀、分布范圍以及移動速度，從而演算出天氣特征和變化趨勢［１］。對于架設在野外的氣象雷達來說，需要將雷達數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)綒庀笾行倪M行下一步分析。目前，固定式氣象雷達站數(shù)據(jù)傳輸方式多數(shù)采用光纜，機動式氣象雷達一般采用無線網(wǎng)橋方式進行數(shù)據(jù)傳輸。使用無線網(wǎng)橋傳輸時，主要面臨兩個問題：一是距離不夠遠；二是傳輸路徑需要通視，不能存在高大樹木、建筑物等阻擋。為了解決非視距遠距離傳輸問題，特使用散射通信設備對氣象雷達數(shù)據(jù)傳輸能力進行了驗證。
１散射通信簡介
對流層是大氣層的一個區(qū)域，位于從地面到大約１０ｋｍ高，質(zhì)量大約是大氣總質(zhì)量的８５％［２］。大氣分層示意圖如圖１所示。對流層內(nèi)部存在大量不斷變化的湍流團，電磁波遇到湍流團時會發(fā)生散射現(xiàn)象，當電磁波的波長與湍流團尺寸相當時，散射方向主要去往前方，其中一部分電磁波轉(zhuǎn)向地面，形成超視距“彎管傳輸”，達到類似無源轉(zhuǎn)發(fā)效果。對流層散射通信，就是利用對流層湍流團快速、不均勻變化特性實現(xiàn)的超視距通信方式，由于該通信方式具有單跳跨距大、較強的抗偵收抗毀等優(yōu)點，在軍事通信中占有重要的地位［３］。隨著電子技術的快速發(fā)展，近年來散射通信在通用化、標準化、模塊化方面得到長足進步，特別是高分集重數(shù)接收技術、單天線隱分集技術、失真自適應接收技術、自適應均衡、編碼糾錯等技術逐漸成熟并獲得應用，必將使新一代抗干擾、高機動、小型化的散射通信設備在今后的通信領域發(fā)揮越來越重要的作用［４］。
２驗證過程
２．１驗證方式
安徽四創(chuàng)電子股份有限公司（以下簡稱“四創(chuàng)電子”）將位于合肥郊區(qū)試驗場某型氣象雷達數(shù)據(jù)傳輸至市區(qū)公司辦公樓，用來驗證散射通信設備數(shù)據(jù)傳輸可行性，傳輸設備選用技術較為先進的ＢＬ－Ｃ－１０型便攜式散射通信設備。
２．２驗證設備
２．２．１ＢＬ－Ｃ－１０型便攜式散射通信設備該設備是一種中小容量、超視距無線傳輸設備，主要組成包括２臺用戶復用設備、２臺散射通信低頻設備、２臺散射通信高頻設備、２套天饋系統(tǒng)和其它配套設備。設備采用單天線、單發(fā)射機、單接收機技術體制，整機結(jié)構(gòu)簡單，操作靈活方便。如圖２所示。散射通信設備主要技術指標：
１）工作頻段：Ｃ頻段；
２）最遠傳輸距離：６０ｋｍ；
３）業(yè)務速率：２５６～２０４８ｋｂ／ｓ；
４）支持業(yè)務：話音、數(shù)據(jù)、圖像、ＩＰ；
５）發(fā)射功率：４０Ｗ（射頻單元出口）；
６）天線增益：≥３２ｄＢ（標配直徑１．２ｍ天線）。
２．２．２某型氣象雷達風廓線雷達是一種新型對空氣象遙感探測設備，原理是向大氣中發(fā)射電磁波，通過接收大氣湍流對電磁波的散射而產(chǎn)生的回波［５］，經(jīng)過計算獲得空中風場數(shù)據(jù)。該型雷達采用相干脈沖多普勒相控陣雷達體制，設計有自動高／低組合工作模式，能以較高的時間分辨力和空間分辨力實時探測低對流層（邊界層）三維風場，最高探測高度３～５ｋｍ。該型雷達因具有機動性強、時空分辨率高、探測精度高、可靠性高等優(yōu)勢，廣泛應用于機場等具有測風需求的場合。如圖３所示。該型雷達主要性能指標：
１）工作頻率：ＶＨＦ；
２）最高探測高度：３～５ｋｍ；
３）最低探測高度：５０ｍ；
４）高度分辨率：５０ｍ；
５）時間分辨率：２ｍｉｎ（高低模式、５波束）；
６）系統(tǒng)靈敏度：≤－１５０ｄＢｍ；
７）系統(tǒng)動態(tài)范圍：≥９０ｄＢ（加ＡＧＣ）；
８）風向范圍：０～３６０!；
９）風速范圍：０～６０ｍ／ｓ；
１０）供電：２２０×（１±１０％）Ｖ，５０Ｈｚ±１Ｈｚ，整機功耗≤３ｋＷ；
１１）工作海拔：≤３０００ｍ。
２．２．３其他測試設備筆記本電腦、網(wǎng)絡測試儀、攝像機、網(wǎng)絡交換機等。
２．３驗證過程
２０１６年１０月采用散射通信設備進行氣象雷達數(shù)據(jù)傳輸驗證。設備發(fā)端位于四創(chuàng)電子合肥某處試驗場，收端位于四創(chuàng)電子辦公樓。收、發(fā)兩端空中直線距離約１０ｋｍ左右，由于中間有較多建筑物和樹木遮擋，兩端無法通視。由于兩端阻擋嚴重，為達到試驗效果，將發(fā)端天線架設在試驗場氣象雷達測試塔高空作業(yè)平臺上，工作平臺距離地面高度１２ｍ；收端天線架設在四創(chuàng)電子辦公樓５樓樓頂，距地高度１５ｍ左右。如圖４所示。該散射通信設備天線采用可拆分模塊化設計，現(xiàn)場拼裝，整個安裝和架設過程方便快捷，簡單易用。兩端天線架設完成以后，目視傳輸方向，仍有部分樹木和建筑物遮擋。兩端天線均上仰至３°，經(jīng)過短暫調(diào)試，設備兩端接收告警均消失，表示鏈路已經(jīng)聯(lián)通，此后進入數(shù)據(jù)傳輸驗證階段。首先，在收、發(fā)端同時加上１路網(wǎng)絡攝像機視頻信號，雙向傳輸兩路７２０Ｐ視頻圖像，攝像機設置為自動可變碼流模式，每秒幀率２０。測試顯示視頻碼流穩(wěn)定在５１２Ｋｂｐｓ左右，雙向碼流可到１０２４Ｋｂｐｓ，傳輸視頻畫面流暢，偶然出現(xiàn)攝像機控制信號延時稍大現(xiàn)象。然后測試兩端網(wǎng)絡傳輸情況，使用筆記本ｐｉｎｇ命令進行測試，測試字節(jié)為１００００的長網(wǎng)絡包，整個測試過程中網(wǎng)絡傳輸比較穩(wěn)定，網(wǎng)絡延時基本穩(wěn)定在８７ｍｓ左右。用專業(yè)網(wǎng)絡測試儀進行測試，兩者在網(wǎng)速和傳輸延時指標方面基本一致。最后測試氣象雷達數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接口為網(wǎng)絡接口，數(shù)據(jù)刷新速度為２ｓ／幅。結(jié)果表明數(shù)據(jù)傳輸完整、連續(xù)，實時性較好。所傳輸?shù)臍庀箫L場圖具體界面如圖５所示。
３驗證結(jié)論
利用四創(chuàng)電子某型氣象風廓線雷達和ＢＬ－Ｃ－１０型便攜式散射通信設備，分別對視頻圖像、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)以及氣象雷達數(shù)據(jù)進行了傳輸驗證。驗證結(jié)果表明，在選擇合適的架設位置前提下，散射通信設備具有一定的非視距條件下數(shù)據(jù)傳輸能力，能夠為氣象雷達野外數(shù)據(jù)傳輸提供一種備選方式。但是相對來說，散射通信設備存在傳輸容量較小、性價比不高和發(fā)射功率較大等劣勢。
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