CN104270207A - 一种用于测量ka频段卫星信号的降雨衰减值的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于测量ka频段卫星信号的降雨衰减值的装置，其包括：降雨率测量模块，与数据处理模块相接，用于获得降雨量，并将降雨量存入数据处理模块；信号衰减测量模块，与数据处理模块相接，用于获得ka频段的卫星信号，并将卫星信号存入数据处理模块；数据处理模块，根据存储的卫星信号分别计算雨天卫星信标功率和晴天卫星信标功率，将雨天卫星信标功率和晴天卫星信标功率相减获得雨衰值；根据存储的降雨量计算获得降雨率；根据所述雨衰值和降雨率获得ka频段卫星信号的降雨衰减值。本发明能准确获得ka频段卫星信号的降雨衰减值，为工作于Ka频段的卫星通信系统抗雨衰提供数据依据。

Description

一种用于测量ka频段卫星信号的降雨衰减值的装置

技术领域

本发明属于卫星通信技术领域，尤其涉及一种用于测量ka频段卫星信号的降雨衰减值的装置。

背景技术

随着通信技术的发展，Ka波段卫星通信将成为未来卫星通信的发展的必然趋势。但是在Ka波段，由降雨引起的信号衰减显著增大，一场大雨引起的降雨雨衰(以下简称“雨衰”)将超过20dB，造成卫星通信的中断的可能性很大。故针对工作于Ka频段的卫星通信系统，准确把握信号的雨衰特性非常重要，继而能够为抗雨衰提供重要的依据。但目前我国ka波段卫星通信还没有得到广泛的应用，很多地区尚未有效手段进行测量ka波段雨衰。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于测量ka频段卫星信号的降雨衰减值的装置，能准确获得ka频段卫星信号的降雨衰减值，为工作于Ka频段的卫星通信系统抗雨衰提供了数据依据。

本发明的用于测量ka频段卫星信号的降雨衰减值的装置，其包括：

降雨率测量模块，与数据处理模块相接，用于获得降雨量，并将降雨量存入数据处理模块；

信号衰减测量模块，与数据处理模块相接，用于获得ka频段的卫星信号，并将卫星信号存入数据处理模块；

数据处理模块，根据存储的卫星信号分别计算雨天卫星信标功率和晴天卫星信标功率，将雨天卫星信标功率和晴天卫星信标功率相减获得雨衰值；根据存储的降雨量计算获得降雨率；根据所述雨衰值和降雨率获得ka频段卫星信号的降雨衰减值。

进一步的，数据处理模块为笔记本电脑。

进一步的，信号衰减测量模块与数据处理模块通过RS-232接口相接。

进一步的，降雨率测量模块包括：雨量计和数据采集器；其中：

雨量计，用于计量现场降雨量并把计量得到的数据以脉冲的方式传给数据采集器；

数据采集器，用于采集雨量计计量得到的数据，并将其存入数据处理模块。

效果较佳的，所述雨量计为双阀容栅式雨量计。

进一步的，信号衰减测量模块包括：供电电路、低噪声变频器、频谱分析仪和接收天线；其中：供电电路，用于为低噪声变频器和频谱分析仪供电；频谱分析仪，用于观察卫星下行信号的频谱，并通过观察结果调整接收天线的指向和极化角，使接收天线对准卫星；

工作步骤为：卫星下行信号由接收天线接收后经低噪声变频器下变频，而后送入频谱分析仪获得信号电平数据，并通过RS-232接口将信号电平数据存入数据处理模块。

效果较佳的，频谱分析仪的第一本振受扫描斜波发生器控制，是扫频本振。

本发明的有益效果在于：本发明能准确获得ka频段卫星信号的降雨衰减值，为工作于Ka频段的卫星通信系统抗雨衰提供了数据依据，为ka波段卫星通信的广泛应用提供了基础。

附图说明

图1为本发明的用于测量ka频段卫星信号的降雨衰减值的装置结构示意图；

图2为本发明的信号衰减测量模块结构示意图。

具体实施方式

本发明采用卫星信标法测量ka频段的卫星信号的降雨衰减值。本发明的用于测量ka频段卫星信号的降雨衰减值的装置，至少包括：数据处理模块，所述数据处理模块经通信连接的信号衰减测量模块；所述数据处理模块经通信连接的降雨率测量模块。本发明的关键技术在于，通过雨天条件下测量接收到的卫星信标功率与晴天条件下的卫星信标功率相减，得到雨衰值。同时利用雨量计来计量现场降雨量，就可以得到相应的雨衰值与降雨率之间的关系,并把计量得到的数据传给数据处理模块处理，就可以得到相应的雨衰与降雨率之间的关系。

本发明的用于测量ka频段卫星信号的降雨衰减值的装置原理图如图1所示。

如图1所示，本装置由数据处理模块、信号衰减测量模块和降雨率测量模块组成。数据处理模块为笔记本电脑。

信号衰减测量模块包括：接收天线、低噪声变频器、频谱分析仪和供电电路；

降雨率测量器包括：双阀容栅式雨量计和数据采集器。

信号衰减测量器如图2所示。卫星下行信号由接收天线接收后，经低噪声变频器下变频，而后送入频谱分析仪，再通过RS-232接口将信号电平数据存入笔记本电脑。

测试地点：武汉，纬度：30.52°，经度：114.31°，海拔：23.3m；

观测卫星：亚太六号，卫星位置，东经134°；

接收天线：直径0.6m；

接收天线仰角：48.45°；

低噪声变频器：增益60dB；本振11300MHz；输入频率：12.25GHz～12.75GHz；输出频率：950MHz～1450MHz；由下面的供电电路为其供电；此实施例中测量的是垂直极化信号，因此供电电路采用12.5V直流电源。

供电电路：电源采用外接可变直流电源；电容C1有阻隔直流的作用，防止直流电流信号流入频谱分析仪；电感L阻隔交流信号。

频谱分析仪：频谱分析仪是在频率域对信号进行分析、测量的仪器。在对卫星信号的监测方面尤其便利。诸如一个转发器上有多少节目(载波)，每个载波占据的带宽，信号的功率电平，有无反极化干扰，有无异常下扰，有无互调信号等，都可以清晰地显示出米。通过观察下行信号的频谱，可以方便地调整接收天线的指向和极化角，从而使天线准确地对准卫星，提高接收质量。其工作原理为第一本振受扫描斜波发生器的控制，它是扫频本振，也就是说它的输出信号是在定的频率范围内是连续地、线性地变化的。变化的快慢即扫描速度当然也受斜波发生器的控制。由于第一本振是扫频的，输入的被测信号经过第一变频器之后，每个频率点的信号都被“提取”了一次，经过后面电路的处理，最终使输入信号的频谱得以显示。

雨量计采用“双阀容栅式雨量计”，主要用于计量现场降雨量，并把计量得到的数据以脉冲的方式传给采集器。其工作环境温度：0℃～60℃；测量精度：0.1mm～7mm/h；示值误差：一次性降雨≤10mm，误差≤±0.2mm，一次性降雨>10mm，误差≤±2％；工作电压：由数据采集器提供9～24V直流电压。测量时雨量计测出分钟降雨量(mm)，并通过数据采集器存入笔记本电脑。将电脑中的数据乘以60，即为对应于该分钟的降雨率(mm/h)。

雨量计的工作原理：雨量计有上下两个翻斗，中央有一个支点。当上翻斗盛积的水量达到一定的数量值时，上翻斗翻倒，另一半翻斗开始盛雨，翻倒雨水经过汇集漏斗流入计量翻斗。在测量过程中，随着翻斗间歇翻倒动作，带动开关，发出一个个脉冲信号，将非电量转换成电量输出。雨水由盛水器汇集，通过装有小圆护网的小漏斗及其下端的引流管注入上翻斗。计数翻斗中部装有一块小磁钢，磁钢上端有簧片。当计数翻斗翻动时，磁钢对簧片扫描，使簧片接点因磁化而瞬间闭合一次，送出一个电路导通脉冲。

本发明中雨量计的主要特点：

1、精度很高，由于采用的是精度容栅位移传感器，它的分辨率是0.01，所以对降雨量的检测精度也可以达到0.01，对于0.1毫米的降雨也能精确计量；

2、计量准确，上部承水器中的雨水进入贮水室，和贮水室雨水的排出，使用了两个电动阀门自动控制，即使遇到特大暴雨，雨量也不会有任何流失。这种科学设计，从根本上解决了以往虹吸或者老式翻斗雨量计遇到暴雨时计量误差大的毛病。

3、兼容性好，该雨量计的输出方式是脉冲，而且是无源(电源隔离)形式，所以对于国内任何厂商生产的采集器，都能匹配。

4、维护容易，该雨量计内部机构是模块化的，整体性强。安装的时候不需要再作任何测试和调整，固定后接上电缆、打开电源就开始计量。因此，现场安装和今后的维护都非常方便。

本发明中雨量计的主要技术参数：

其工作环境温度：0℃～60℃；

测量精度：0.1mm～5mm/min；

示值误差：一次性降雨≤10mm，误差≤±0.2mm，一次性降雨>10mm，误差≤±2％；

工作电压：由采集器提供9～24V直流电压；

功耗：静态0.18W，动态1.8W；

外形尺寸：高度，680±5mm，直径，232±5mm。

数据采集器用于收集雨量计发过来的降雨数据，并保存在采集器的存储器里面。然后，再通过通信电缆，把收集过来的雨量数据，传送给笔记本电脑。数据采集器由交流220V供电，内置后备电池确保外界停电以后能继续正常工作72小时。

数据采集器的主要技术参数：

保存雨量数据：大于180天；

工作电压：交流164V～240V；

功耗：≤25W；

外形尺寸：长，382±5mm，宽251±5mm，高67mm。

惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，举凡熟悉此项技艺的专业人士。在了解本发明的技术手段之后，自然能依据实际的需要，在本发明的教导下加以变化。因此凡依本发明申请专利范围所作的同等变化与修饰，都应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (7)

1.一种用于测量ka频段卫星信号的降雨衰减值的装置，其特征在于，包括：

降雨率测量模块，与数据处理模块相接，用于获得降雨量，并将降雨量存入数据处理模块；

信号衰减测量模块，与数据处理模块相接，用于获得ka频段的卫星信号，并将卫星信号存入数据处理模块；

数据处理模块，根据存储的卫星信号分别计算雨天卫星信标功率和晴天卫星信标功率，将雨天卫星信标功率和晴天卫星信标功率相减获得雨衰值；根据存储的降雨量计算获得降雨率；根据所述雨衰值和降雨率获得ka频段卫星信号的降雨衰减值。

2.如权利要求1所述的用于测量ka频段卫星信号的降雨衰减值的装置，其特征在于，

数据处理模块为笔记本电脑。

3.如权利要求1所述的用于测量ka频段卫星信号的降雨衰减值的装置，其特征在于，

信号衰减测量模块与数据处理模块通过RS-232接口相接。

4.如权利要求1所述的用于测量ka频段卫星信号的降雨衰减值的装置，其特征在于，降雨率测量模块包括：雨量计和数据采集器；其中：

雨量计，用于计量现场降雨量并把计量得到的数据以脉冲的方式传给数据采集器；

数据采集器，用于采集雨量计计量得到的数据，并将其存入数据处理模块。

5.如权利要求4所述的用于测量ka频段卫星信号的降雨衰减值的装置，其特征在于，所述雨量计为双阀容栅式雨量计。

6.如权利要求1所述的用于测量ka频段卫星信号的降雨衰减值的装置，其特征在于，

信号衰减测量模块包括：供电电路、低噪声变频器、频谱分析仪和接收天线；其中：供电电路，用于为低噪声变频器和频谱分析仪供电；频谱分析仪，用于观察卫星下行信号的频谱，并通过观察结果调整接收天线的指向和极化角，使接收天线对准卫星；

工作步骤为：卫星下行信号由接收天线接收后经低噪声变频器下变频，而后送入频谱分析仪获得信号电平数据，并通过RS-232接口将信号电平数据存入数据处理模块。

7.如权利要求6所述的用于测量ka频段卫星信号的降雨衰减值的装置，其特征在于，

频谱分析仪的第一本振受扫描斜波发生器控制，是扫频本振。