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每年春分和秋分前後,太陽運行到地球赤道上空。由於這時太陽距離地球最近,太陽發出的電磁波對地球的輻射最為強烈,這就是天文學上的“日凌”現象。由於通訊衛星多定點在赤道上空運行,在這期間,如果太陽、通信衛星和地面衛星接收天綫恰巧又在一條直綫上,那麽電磁波對於人造衛星的影響也就最為強烈,嚴重的會造成衛星信號傳輸出現障礙,地球上的衛星接收係統在接收到衛星信號時也接收到大量太陽輻射的雜波,無法識別有用信號,造成信號質量下降甚至中斷。
日凌對通信信號的幹擾大約要持續十天左右。但是不同衛星、不同地域受幹擾的時間也會不同。緯度越高影響越早,不過結束也早;緯度靠南的地區則相反。
衛星通信,就是利用通訊衛星作為中繼站來轉發無綫電信號,實現兩個或多個地面衛星站之間的通信,是現代通信技術和航天技術相結合併由計算機實現其控製的先進通信方式。它居高臨下,視野開闊,不受地理條件的限製,也不受自然災害的影響,衹要在它的覆蓋範圍內,不論距離的遠近,都可以實現通信。但是,在衛星通信過程中,地面衛星接收站(以下簡稱“地面站”)每年都要在春分和秋分前後遇上兩次接收信號中斷的現象,這種現象是太陽造成的,被人們稱為“日凌中斷通信”。
地球自轉的軌道與太陽成23.5度的傾斜角,因此每年太陽會在3月21日(春分)及9月23日(秋分)時經過地球赤道上空。
地球同步軌道通信衛星位於離地球赤道上空約36,000公裏的軌道位置上,與地球保持同步轉動。因此,每年春分和秋分前後,在衛星地球站所在地的每天中午時分,衛星將處在太陽與地球之間的直綫上。這時衛星地球站天綫在對準衛星的同時也對準太陽,使太陽産生的強大的電磁波直接投射在地球站天綫上。由於太陽産生的電磁波頻譜很寬,因此,對地球站來說,該電磁波是一個巨大的噪聲源,對其所接受的衛星信號造成幹擾從而使接收鏈路嚴重惡化甚至中斷,這種現象即稱為衛星通信的“日凌現象”。
由此可見,日凌現象是衛星通信係統遇到的一種無法避免的自然現象。但日凌衹影響衛星地球站的下行鏈路,不影響其上行鏈路。它每年均會集中發生二次,即春分(3月21日)和秋分(9月23日)期間,每次約延續6天左右。每次發生時,衛星地球站會連續數天在同一時段內出現接收信號質量下降或通訊中斷現象。因此,為保證衛星通信係統的穩定運行,應準確預測出日凌發生的日期和時間,以便及時采取有效措施防範和降低日凌現象對衛星通信電路的幹擾。
日凌發生的日期和時間與衛星地球站所處的地理位置和其接收天綫的電氣特性有關。 |
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日凌與緯度的關係: 緯度影響每年日凌開始和結束的日期。
春分時,地球站的緯度越高(北),則日凌開始和結束的日期越早;秋分時,緯度越高,則日凌開始和結束的日期越晚。
如果兩地經度一樣,那麽緯度每相差3度左右,則這兩地日凌開始和結束的日期就會相差一天。例如,當地球站工作在c波段,其接收天綫為2.4米時。重慶(東經106.5°/北緯29.6°)與貴陽(東經106.7°/北緯26.6°)的日凌發生日期分別為:
春分 秋分
重 慶 3月4日 - 12日 10月2日 - 9日
貴 陽 3月5日 - 13日 10月1日 - 8日
日凌與經度的關係:經度影響每天日凌開始和結束的時間。
地球站的經度越往西,則每天日凌開始和結束的時間越早;經度越往東,則每天日凌開始和結束的時間越晚。
如果兩地緯度一樣,那麽經度每相差2度,則兩地日凌開始及結束的時間會相差約1分鐘。例如,當地球站工作在c波段,其接收天綫為2.4米時,上海(東經121.5°/北緯31.2°)與合肥(東經117.7°/北緯31.9°)在10月3日的日凌發生時間分別為:
上海: 12時53分 - 59分
合肥: 12時51分 - 57分
地球站電氣特性與日凌的關係: 對一個地球站來講,其日凌持續時間從太陽進入其天綫3db波束寬度開始,以離開其3db波束寬度結束。因此,地球站的日凌持續時間與其接收頻率和天綫口徑大小有關。
日凌與接收頻率的關係:接收頻率越高,天綫3db波束寬度越窄,則日凌持續時間越短。例如,對於2.4米天綫:
c波段3db波束帶寬:2.2°
ku波段3db波束帶寬:0.7°
地球每分鐘轉0.25度,則在天綫口徑同為2.4米時,c波段日凌持續時間比ku波段長約6分鐘。
日凌與天綫口徑的關係:天綫口徑越大,3db波束寬度越窄,則日凌持續時間越短。例如2.4米的c波段天綫3db波束寬度為2.2度,3.7米的c波段天綫3db波束寬度為1.4度,則2.4米天綫的日凌持續時間比3.7米天綫約長3分鐘。 |
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“日凌”是太陽對某種事物的侵犯。衆所周知,衛星通信是靠電磁波傳遞信息,地面站的接收天綫總是對着通訊衛星,將衛星傳來的信號會聚於拋物面天綫的焦點上,經檢波電路檢波後進行放大處理的。目前我們普遍使用的通訊衛星都是在地球的赤道平面內距地面約3.6×107米的軌道上受地球萬有引力作用繞地球轉動的同步衛星(以下簡稱“衛星”)。其轉動方向和周期與地球的自轉方向和周期相同,相對地面靜止,轉一周為一晝夜;而地球又繞太陽在黃道平面內作近似正圓的橢圓運動,轉一周為一年。從鼕至到春分,地球繞地軸自轉的赤道平面與繞太陽公轉的黃道平面的夾角不斷減小,從春分到夏至其夾角不斷增大,從夏至到秋分其夾角又不斷減小,從秋分到鼕至又不斷增大。或者說以地球為參照物,太陽在地球的南、北回歸綫之間作周期性運動。每年春分和秋分時節,地球自轉的赤道平面和公轉的黃道平面重合,地球、衛星、太陽在一條直綫上。當通訊衛星處於太陽和地球之間的連綫上,此時在零緯度的衛星星下點的地面站天綫指嚮衛星,也正好對準了太陽,太陽輻射的強大電磁波幹擾信號與衛星發出的正常信號處於同一方向,地面站的接收天綫將幹擾信號和正常信號均會聚於焦點,使檢波係統無法把淹沒在太陽強大幹擾信號中的衛星信號區分出來,由衛星傳送的無綫電通信被迫中斷,發生“日凌中斷通信”現象。如果太陽輻射的電磁波幹擾信號與衛星傳送的通信信號不同方向,則地面站的拋物面天綫就不會將太陽的幹擾信號和衛星的通信信號同時會聚於焦點,就不會發生“日凌中斷通信”現象。 |
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地球距太陽約150000000000米,衛星距地面約36000000米,地球的半經約6400000米,衛星與太陽的距離比與地面的距離約大四千多倍,不同緯度的地面站與衛星、太陽連綫與黃道平面的夾角變化不大,衹有在春分和秋分前後地球、衛星、太陽三者纔可能共綫。中國處於地球的北半球,由於緯度不同,每當春分節前幾天的白天,地球自轉的赤道平面與繞太陽公轉的黃道平面的夾角由北嚮南逐漸減小,衛星略高於黃道平面,北半球的地面站、衛星、太陽有時會處在一直綫上,或者說太陽從南半球嚮北半球運動,我國從北到南先後出現“日凌中斷通信”現象,緯度越高,發生的越早,但總是在春分節前發生;每當秋分節後幾天的白天,地球轉動的赤道平面與其公轉的黃道平面的夾角由南嚮北開始增大,或者說太陽從北半球嚮南半球運動,北半球的地面站、衛星、太陽又會處於一直綫上,這段時間我國又開始從南嚮北逐漸出現“日凌中斷通信”現象,緯度越低,發生越早,但一定在秋分節過後發生。當然,日凌中斷通信的條件是地球上的地面站與衛星、太陽處於同一直綫上,由於地球、衛星、太陽三者的運動,處於同一直綫上的時間畢竟很短,又由於經度的不同,各地每次出現“日凌中斷通信”的時間也不盡相同。同一地面站的“日凌中斷通信”現象一年內將遇到兩次,每次持續的天數和每天持續的時間長短則根據地面站的地理位置和天綫的大小的不同而不同,一般最多持續一個星期,每天持續5—10分鐘,且發生在中午前後。 |
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人們把日凌中斷通信稱為衛星通信的“死角”,是一種自然現象,不能避免。目前,世界各國在衛星通信過程中解决“日凌中斷通信”的措施:一是避開。即根據衛星所處的位置,地面站所處的經緯度數,天綫的直徑,工作時的仰角,方位角等數值,預先計算出地面站出現“日凌中斷通信”的具體日期和時間,提前預報,使重要業務通信盡量避開“日凌中斷通信”的時間;二是通過另一顆通訊衛星工作。如每年的三月初,“日凌中斷通信”現象將在我國部分地區的地面站發生,這期間中央要召開 “人代會”,為了順利收看電視直播新聞,中央電視臺和北京電視臺同時直播新聞,當中央電視臺使用的亞洲一號衛星臨近“日凌”時,北京電視臺使用的亞洲二號衛星仍能正常進行直播,使大會盛況和會議精神及時通過另一顆通訊衛星傳遞給千傢萬戶的電視觀衆。 |