直升机卫星通信中旋翼遮挡问题和应对方法

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1、直升机卫星通信中旋翼遮挡问题和应对方法　　摘要：阐述了直升机卫星通信中旋翼遮挡对信号造成的影响，分析了不同航向和天线仰角条件下无遮挡时间比例，针对直升机宽带和窄带卫星通信前返向链路的不同特点，分别介绍了几种克服旋翼遮挡问题的方法。关键词：直升机卫星通信；旋翼遮挡；缝隙通信；时间分集中图分类号：TN927+.2?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2014）07?0050?03ProblemofrotorocclusioninhelicopterSATCOMandthesolutionDONGXiao?dong（The10thResearchInsti

2、tute，ChinaElectronicsTechnologyGroupCorporation，Chengdu610036，China）Abstract：TheeffectofrotorocclusioninhelicopterSATCOMonsignaliselaborated.Theproportionoftimewithoutocclusionwithdifferentcourseandantennaelevationangleisanalyzed.Severalsolutionofovercomingtheproblemsof10occlusionisp

3、resentedaimingatdifferentcharacteristicofforwardandbackwardlinkofhelicopterSATCOMwithwidebandandnarrowband.Keywords：helicopterSATCOM；rotorocclusion；gapcommunication；timediversity0引言目前，直升机的通信手段主要依靠短波和超短波。短波受电离层大气传播条件变化影响大，可通信概率低；超短波属于视距通信，地球曲率、高山遮挡、多径效应等因素都直接影响通信距离，限制了直升机的作战范围。采用卫星通信可

4、以较好地突破上述通信条件的局限，达到超视距通信的目的。直升机卫星通信系统由机载站和地面固定站通过同步卫星构成点对点通信系统。由于卫星通信电波传播方式是直射波，要求在无遮挡的条件下通信，而直升机飞行过程中，旋翼桨叶会周期性的遮挡天线，造成通信信号的周期性衰减，影响正常通信。本文针对旋翼遮挡问题进行了分析，探讨了前返向链路中可采用的应对旋翼遮挡的通信方法，包括缝隙突发、组帧重传、时间分集等方法。1旋翼遮挡问题10受直升机安装条件限制，卫星通信天线一般只能安装在直升机旋翼下方，尾梁或机体两侧。直升机旋翼由桨毂和安装在上面的4～6片桨叶构成。在飞行过程中，旋翼周期性的遮

5、挡卫星信号的入射波束，造成通信信号的衰减。图1是直升机旋翼桨叶遮挡天线示意图。图1旋翼遮挡示意图卫星信号的具体遮挡情况由卫星的仰角和位置以及直升机的航向、姿态等因素共同决定。直升机航向指向卫星时，天线除了会受到旋翼遮挡外，还会被桨毂遮挡，造成通信完全中断。直升机在平飞状态下，天线被旋翼遮挡的周期为前后两片桨叶依次经过天线与卫星波束连线的时间。遮挡周期由旋翼转速和桨叶数决定：[T=1（V×N）]（1）式中：[T]为遮挡周期，单位：s；[V]为旋翼转速，单位：r/s；[N]为浆叶数量。遮挡时间为单片桨叶经过天线与卫星波束连线的时间。朝向卫星水平飞行时，遮挡时间由波束

6、入射角、天线面到浆叶面距离[h、]天线安装位置到浆毂的距离[d、]旋翼宽度、天线面宽度几个参数决定。无线遮挡侧视图如图2所示。图2天线遮挡侧视图[d等效=d-h×cotα]（2）10缝隙区无遮挡时间：[τ无遮挡=T-l旋翼宽度+l天线面宽v转速×2πd等效]（3）缝隙区全遮挡时间：[τ全遮挡=l旋翼宽度-l天线面宽v转速×2πd等效]（4）在实际飞行过程中，直升机的航向和姿态不断变化，遮挡情况也随之变化。文献[2]给出了不同天线仰角和航向夹角情况下的等效距离计算公式：[d等效=λ2+d2-2dλcosβ，λ=h×cotα]（5）式中：[α]为天线仰角；[β]为卫

7、星方位与航向的夹角。并依据此公式给出无遮挡时间比率与天线仰角、卫星方位与航向夹角的关系，仿真结果如图3所示。图3无遮挡时间比率根据仿真结果，仰角固定，卫星方位与航向夹角等于0°时，即卫星方位与航向一致时，遮挡时间最大。在低仰角条件下，卫星方位与航向夹角等于180°时，遮挡时间最小。根据文献和实际测试数据，旋翼遮挡情况下，信号的衰减模型如图4所示。信号衰减周期为遮挡周期，信号衰减幅度约为10～15dB。2克服旋翼遮挡问题的方法10克服旋翼遮挡问题的方法是采用缝隙通信技术，通过非遮挡缝隙时间内传输的数据来恢复信息。实际设计中，根据卫星通信宽窄带通信以及前返向链路的不

8、同特点，采用不同的策略。