散射通信設(shè)備氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸分析論文

　　摘要：文章采用散射通信設(shè)備對架設(shè)在野外的氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行非視距傳輸試驗(yàn)，驗(yàn)證散射通信設(shè)備用于氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目尚行�。�?yàn)證結(jié)果表明，作為一種非常規(guī)無線傳輸方式，散射通信設(shè)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(dá)數(shù)據(jù)傳輸手段。

　　關(guān)鍵詞：散射通信；氣象雷達(dá)；非視距傳輸

　　引言

　　作為傳統(tǒng)雷達(dá)領(lǐng)域的一個重要分支，氣象雷達(dá)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(shè)在野外的氣象雷達(dá)來說，需要將雷達(dá)數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸?shù)綒庀笾行倪M(jìn)行下一步分析。目前，固定式氣象雷達(dá)站數(shù)據(jù)傳輸方式多數(shù)采用光纜，機(jī)動式氣象雷達(dá)一般采用無線網(wǎng)橋方式進(jìn)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(yuǎn)；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(yuǎn)距離傳輸問題，特使用散射通信設(shè)備對氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸能力進(jìn)行了驗(yàn)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(tuán)，電磁波遇到湍流團(tuán)時會發(fā)生散射現(xiàn)象，當(dāng)電磁波的波長與湍流團(tuán)尺寸相當(dāng)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(dá)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(tuán)快速、不均勻變化特性實(shí)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(qiáng)的抗偵收抗毀等優(yōu)點(diǎn)，在軍事通信中占有重要的地位［３］。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，近年來散射通信在通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化方面得到長足進(jìn)步，特別是高分集重?cái)?shù)接收技術(shù)、單天線隱分集技術(shù)、失真自適應(yīng)接收技術(shù)、自適應(yīng)均衡、編碼糾錯等技術(shù)逐漸成熟并獲得應(yīng)用，必將使新一代抗干擾、高機(jī)動、小型化的散射通信設(shè)備在今后的通信領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用［４］。

　　２驗(yàn)證過程

　�。玻�１驗(yàn)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(yàn)場某型氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸至市區(qū)公司辦公樓，用來驗(yàn)證散射通信設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸可行性，傳輸設(shè)備選用技術(shù)較為先進(jìn)的ＢＬ－Ｃ－１０型便攜式散射通信設(shè)備。

　�。玻�２驗(yàn)證設(shè)備

　　２．２．１ＢＬ－Ｃ－１０型便攜式散射通信設(shè)備該設(shè)備是一種中小容量、超視距無線傳輸設(shè)備，主要組成包括２臺用戶復(fù)用設(shè)備、２臺散射通信低頻設(shè)備、２臺散射通信高頻設(shè)備、２套天饋系統(tǒng)和其它配套設(shè)備。設(shè)備采用單天線、單發(fā)射機(jī)、單接收機(jī)技術(shù)體制，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，操作靈活方便。如圖２所示。散射通信設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)：

　�。保┕ぷ黝l段：Ｃ頻段；

　　２）最遠(yuǎn)傳輸距離：６０ｋｍ；

　�。常�業(yè)務(wù)速率：２５６～２０４８ｋｂ／ｓ；

　　４）支持業(yè)務(wù)：話音、數(shù)據(jù)、圖像、ＩＰ；

　�。担┌l(fā)射功率：４０Ｗ（射頻單元出口）；

　�。叮┨炀�增益：≥３２ｄＢ（標(biāo)配直徑１．２ｍ天線）。

　　２．２．２某型氣象雷達(dá)風(fēng)廓線雷達(dá)是一種新型對空氣象遙感探測設(shè)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(jì)算獲得空中風(fēng)場數(shù)據(jù)。該型雷達(dá)采用相干脈沖多普勒相控陣?yán)走_(dá)體制，設(shè)計(jì)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(shí)時探測低對流層（邊界層）三維風(fēng)場，最高探測高度３～５ｋｍ。該型雷達(dá)因具有機(jī)動性強(qiáng)、時空分辨率高、探測精度高、可靠性高等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于機(jī)場等具有測風(fēng)需求的場合。如圖３所示。該型雷達(dá)主要性能指標(biāo)：

　�。保┕ぷ黝l率：ＶＨＦ；

　�。玻┳罡咛綔y高度：３～５ｋｍ；

　�。常┳畹吞綔y高度：５０ｍ；

　�。矗└叨确直媛剩海担埃恚�

　�。担�時間分辨率：２ｍｉｎ（高低模式、５波束）；

　�。叮┫到y(tǒng)靈敏度：≤－１５０ｄＢｍ；

　　７）系統(tǒng)動態(tài)范圍：≥９０ｄＢ（加ＡＧＣ）；

　�。福╋L(fēng)向范圍：０～３６０!；

　�。梗╋L(fēng)速范圍：０～６０ｍ／ｓ；

　�。保埃┕╇姡海玻玻啊粒ǎ薄溃保埃ィ�Ｖ，５０Ｈｚ±１Ｈｚ，整機(jī)功耗≤３ｋＷ；

　�。保保┕ぷ骱０危骸埽常埃埃埃怼�

　　２．２．３其他測試設(shè)備筆記本電腦、網(wǎng)絡(luò)測試儀、攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等。

　　２．３驗(yàn)證過程

　�。玻埃保赌辏保霸虏捎蒙⑸渫ㄐ旁O(shè)備進(jìn)行氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸驗(yàn)證。設(shè)備發(fā)端位于四創(chuàng)電子合肥某處試驗(yàn)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(yán)重，為達(dá)到試驗(yàn)效果，將發(fā)端天線架設(shè)在試驗(yàn)場氣象雷達(dá)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(shè)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(shè)備天線采用可拆分模塊化設(shè)計(jì)，現(xiàn)場拼裝，整個安裝和架設(shè)過程方便快捷，簡單易用。兩端天線架設(shè)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(shè)備兩端接收告警均消失，表示鏈路已經(jīng)聯(lián)通，此后進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸驗(yàn)證階段。首先，在收、發(fā)端同時加上１路網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)視頻信號，雙向傳輸兩路７２０Ｐ視頻圖像，攝像機(jī)設(shè)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(jī)控制信號延時稍大現(xiàn)象。然后測試兩端網(wǎng)絡(luò)傳輸情況，使用筆記本ｐｉｎｇ命令進(jìn)行測試，測試字節(jié)為１００００的長網(wǎng)絡(luò)包，整個測試過程中網(wǎng)絡(luò)傳輸比較穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)延時基本穩(wěn)定在８７ｍｓ左右。用專業(yè)網(wǎng)絡(luò)測試儀進(jìn)行測試，兩者在網(wǎng)速和傳輸延時指標(biāo)方面基本一致。最后測試氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接口為網(wǎng)絡(luò)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(shí)時性較好。所傳輸?shù)臍庀箫L(fēng)場圖具體界面如圖５所示。

　　３驗(yàn)證結(jié)論

　　利用四創(chuàng)電子某型氣象風(fēng)廓線雷達(dá)和ＢＬ－Ｃ－１０型便攜式散射通信設(shè)備，分別對視頻圖像、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)以及氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行了傳輸驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明，在選擇合適的架設(shè)位置前提下，散射通信設(shè)備具有一定的非視距條件下數(shù)據(jù)傳輸能力，能夠?yàn)闅庀罄走_(dá)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(shè)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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