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散射通信设备气象雷达数据传输分析

 论文栏目:通信设备论文     更新时间:2018/10/12 16:08:12   

摘要:文章采用散射通信设备对架设在野外的气象雷达数据进行非视距传输试验,验证散射通信设备用于气象雷达数据传输的可行性。验证结果表明,作为一种非常规无线传输方式,散射通信设备能够满足特定条件下的非视距传输要求,丰富了气象雷达数据传输手段。

关键词:散射通信;气象雷达;非视距传输

引言

作为传统雷达领域的一个重要分支,气象雷达利用空中雨滴、云状滴、冰晶、雪花等对电磁波的散射作用,来探测大气中气象回波的形状、分布范围以及移动速度,从而演算出天气特征和变化趋势[1]。对于架设在野外的气象雷达来说,需要将雷达数据实时传输到气象中心进行下一步分析。目前,固定式气象雷达站数据传输方式多数采用光缆,机动式气象雷达一般采用无线网桥方式进行数据传输。使用无线网桥传输时,主要面临两个问题:一是距离不够远;二是传输路径需要通视,不能存在高大树木、建筑物等阻挡。为了解决非视距远距离传输问题,特使用散射通信设备对气象雷达数据传输能力进行了验证。

1散射通信简介

对流层是大气层的一个区域,位于从地面到大约10km高,质量大约是大气总质量的85%[2]。大气分层示意图如图1所示。对流层内部存在大量不断变化的湍流团,电磁波遇到湍流团时会发生散射现象,当电磁波的波长与湍流团尺寸相当时,散射方向主要去往前方,其中一部分电磁波转向地面,形成超视距“弯管传输”,达到类似无源转发效果。对流层散射通信,就是利用对流层湍流团快速、不均匀变化特性实现的超视距通信方式,由于该通信方式具有单跳跨距大、较强的抗侦收抗毁等优点,在军事通信中占有重要的地位[3]。随着电子技术的快速发展,近年来散射通信在通用化、标准化、模块化方面得到长足进步,特别是高分集重数接收技术、单天线隐分集技术、失真自适应接收技术、自适应均衡、编码纠错等技术逐渐成熟并获得应用,必将使新一代抗干扰、高机动、小型化的散射通信设备在今后的通信领域发挥越来越重要的作用[4]。

2验证过程

2.1验证方式

安徽四创电子股份有限公司(以下简称“四创电子”)将位于合肥郊区试验场某型气象雷达数据传输至市区公司办公楼,用来验证散射通信设备数据传输可行性,传输设备选用技术较为先进的BL-C-10型便携式散射通信设备。

2.2验证设备

2.2.1BL-C-10型便携式散射通信设备该设备是一种中小容量、超视距无线传输设备,主要组成包括2台用户复用设备、2台散射通信低频设备、2台散射通信高频设备、2套天馈系统和其它配套设备。设备采用单天线、单发射机、单接收机技术体制,整机结构简单,操作灵活方便。如图2所示。散射通信设备主要技术指标:1)工作频段:C频段;2)最远传输距离:60km;3)业务速率:256~2048kb/s;4)支持业务:话音、数据、图像、IP;5)发射功率:40W(射频单元出口);6)天线增益:≥32dB(标配直径1.2m天线)。2.2.2某型气象雷达风廓线雷达是一种新型对空气象遥感探测设备,原理是向大气中发射电磁波,通过接收大气湍流对电磁波的散射而产生的回波[5],经过计算获得空中风场数据。该型雷达采用相干脉冲多普勒相控阵雷达体制,设计有自动高/低组合工作模式,能以较高的时间分辨力和空间分辨力实时探测低对流层(边界层)三维风场,最高探测高度3~5km。该型雷达因具有机动性强、时空分辨率高、探测精度高、可靠性高等优势,广泛应用于机场等具有测风需求的场合。如图3所示。该型雷达主要性能指标:1)工作频率:VHF;2)最高探测高度:3~5km;3)最低探测高度:50m;4)高度分辨率:50m;5)时间分辨率:2min(高低模式、5波束);6)系统灵敏度:≤-150dBm;7)系统动态范围:≥90dB(加AGC);8)风向范围:0~360!;9)风速范围:0~60m/s;10)供电:220×(1±10%)V,50Hz±1Hz,整机功耗≤3kW;11)工作海拔:≤3000m。2.2.3其他测试设备笔记本电脑、网络测试仪、摄像机、网络交换机等。

2.3验证过程

2016年10月采用散射通信设备进行气象雷达数据传输验证。设备发端位于四创电子合肥某处试验场,收端位于四创电子办公楼。收、发两端空中直线距离约10km左右,由于中间有较多建筑物和树木遮挡,两端无法通视。由于两端阻挡严重,为达到试验效果,将发端天线架设在试验场气象雷达测试塔高空作业平台上,工作平台距离地面高度12m;收端天线架设在四创电子办公楼5楼楼顶,距地高度15m左右。如图4所示。该散射通信设备天线采用可拆分模块化设计,现场拼装,整个安装和架设过程方便快捷,简单易用。两端天线架设完成以后,目视传输方向,仍有部分树木和建筑物遮挡。两端天线均上仰至3°,经过短暂调试,设备两端接收告警均消失,表示链路已经联通,此后进入数据传输验证阶段。首先,在收、发端同时加上1路网络摄像机视频信号,双向传输两路720P视频图像,摄像机设置为自动可变码流模式,每秒帧率20。测试显示视频码流稳定在512Kbps左右,双向码流可到1024Kbps,传输视频画面流畅,偶然出现摄像机控制信号延时稍大现象。然后测试两端网络传输情况,使用笔记本ping命令进行测试,测试字节为10000的长网络包,整个测试过程中网络传输比较稳定,网络延时基本稳定在87ms左右。用专业网络测试仪进行测试,两者在网速和传输延时指标方面基本一致。最后测试气象雷达数据,数据接口为网络接口,数据刷新速度为2s/幅。结果表明数据传输完整、连续,实时性较好。所传输的气象风场图具体界面如图5所示。

3验证结论

利用四创电子某型气象风廓线雷达和BL-C-10型便携式散射通信设备,分别对视频图像、网络数据以及气象雷达数据进行了传输验证。验证结果表明,在选择合适的架设位置前提下,散射通信设备具有一定的非视距条件下数据传输能力,能够为气象雷达野外数据传输提供一种备选方式。但是相对来说,散射通信设备存在传输容量较小、性价比不高和发射功率较大等劣势。

参考文献:

[1]焦中生,沈超玲,张云.气象雷达原理[M].北京:气象出版社,2005.

[2]胡永云.关于平流层异常影响对流层天气系统的研究进展[J].地球科学进展,2006,21(07):713-720,76.

[3]甘启光.认知无线电在散射通信中的初步应用[J].电子科技,2009,22(09):28-30.

[4]石兴华.散射通信接入技术研究与应用[D].西安:西安电子科技大学,2013.

[5]阮征,葛润生,吴志根.风廓线仪雷达探测降水云体结构方法的研究[J].应用气象学报,2002,13(03):330-338.

作者:高启学 郭晨 单位:安徽四创电子股份有限公司

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