FOD探测雷达与射电天文业务的频率兼容性分析.pdf

DIGITCW技术 分析Technology Analysis50DIGITCW2023.090 引言射电望远镜采用被动接收的无源探测原理，将接收到的微弱电磁信号经高增益天线和接收机两级放大后，对信号进行检波和分析。实际捕获到的宇宙天体辐射电磁信号往往很小，因此需要相关设备具备非常高的灵敏性。地面同频段发射设备在距离较近且地物遮挡不强的情况下，将存在进入射电望远镜的信号强度高于其接收灵敏度的可能性，即对射电望远镜造成干扰。1 国内现有天文望远镜的基本现状我国现有射电天文望远镜基本情况详见表1，覆盖毫米波频段的射电望远镜不多，故与FOD探测雷达的同频兼容性相互兼容的也不多。本文以上海某天文台射电望远镜为例，分析其与FOD探测雷达的频率兼容性。2 射电天文望远镜受扰准则按照ITU-R RA.769，灵敏度即辐射设备输入侧能够发现的以及测算的功率P的最低浮动。具体定义为 （1）式中，分别为噪声频谱密度；则分别表示带宽以及积分周期2。以及一般选择玻尔兹曼常数 来转换成温度方程形式，比如：（2）因此，灵敏度方程可以表示为FOD探测雷达与射电天文业务的频率兼容性分析赵 燚，詹达诲（国家无线电监测中心检测中心，北京 100041）摘要：射电望远镜的系统组成包括用于搜集射电波的天线模块、用于扩大电参量的高敏接受模块、分析模块以及显示模块等多个部分。结合我国现有射电天文望远镜基本情况，覆盖毫米波频段的射电望远镜不多，故与FOD探测雷达的同频兼容的也不多。文章以某天文台射电望远镜为例，分析其与FOD探测雷达的频率兼容性。关键词：FOD；天文；兼容性；干扰doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.09.017中图分类号：TM 7，C 93 文献标志码：A 文章编码：1672-7274（2023）09-0050-04Frequency Compatibility Analysis of FOD Radar and Radio Astronomy OperationsZHAO Yi,Zhan Haida(The State Radio_monitoring_center Testing Center,Beijing 100041,China)Abstract:The system composition of radio telescope includes:the composition of this equipment contains several parts such as antenna module for collecting radio waves,high-sensitivity receiver module for expanding electrical parameters,analysis module,and display module.Combined with the basic situation of existing radio astronomical telescopes in China,there are not many radio telescopes covering the millimeter wave band,so there are not many compatible with the same frequency of FOD detection radar.This paper takes an observatory radio telescope as an example and analyzes its frequency compatibility with FOD detection radarKey words:FOD;astronomy;compatibility;interference 表1 我国现有射电天文望远镜汇总1 名称 特性 用途与附近民航机场距离贵州射电天文台（FAST）500米口径，70 MHz3 GHz深空探测等距贵阳龙洞堡机场约93 km云南天文台某射电望远镜40米口径，S/X频段深空探测等距昆明长水机场约16 km上海某天文台射电望远镜65米口径，（L、S、X、C、Ku、K、Ka和Q）频段深空探测等距上海虹桥机场约22 km；距上海浦东机场约62 km新疆某射电望远镜25米口径，S/X频段深空探测等距新疆某机场约52 km北京某射电望远镜28面9米口径米波阵列、50米口径深空探测等距首都国际机场约65 km作者简介：赵 燚（1993-），男，江苏靖江人，中级工程师，本科，研究方向为无线电通信技术。詹达诲（1982-），男，海南海口人，中级工程师，本科，研究方向为无线电通信技术。DCWTechnology Analysis技术分析51数字通信世界2023.09 （3）式中，是空间宇宙，大气层以及地球自体辐射和的天线噪声温度；是接收机噪声温度温度；是与之和。积分周期假定为两千秒，则指代于带宽之中导致灵敏性百分之十的损失结果，如下：（4）干扰也可指代入射之天线端口干扰相较于全向天线功率铜梁谱密度。全向天线的等效面积，、分别为光速与频率3。全向天线干扰接收增益设成0 dBi，指代干扰由旁瓣传入。则相对应的干扰功率为：（5）那么（6）射电天文观察机制包含了连续型以及谱线型两种。按照ITU-R RA.769要求分析得到这两类机制之下有害干扰的具体干扰门限结果如表2和表3所示。表2 连续观察模式下有害干扰对射电天文的干扰门限值 中 心 频 率（GHz）频 段 （GHz）带宽（GHz）最小天线噪声温度 （K）接收机噪声温度（K）系统灵敏度干扰门限温度变化T功率谱密 度P(dB(W/Hz)输入功率PH（dBW）功率通量密度SH f(dB(W/m2)功率通量谱 密度SH(dB(W/(m2Hz)777678212300.011-278.2-195.2-136.0 -229.07776.2577.751.512300.011-278.2-196.4-137.2 -229.07776.577.5112300.011-278.2-198.2-139.0 -229.0949296412300.011-278.2-192.2-131.3 -227.39492.595.5312300.011-278.2-193.4-132.5 -227.3949395212300.011-278.2-195.2-134.3 -227.39493.594.5112300.011-278.2-198.2-137.3 -227.3表3 谱线观察模式下有害干扰对射电天文的干扰门限值 中 心 频 率（GHz）频段 （GHz）谱线信道带宽（MHz）最小天线噪声温度（K）接收机噪声温度（K）系统灵敏度干扰门限温度变化 T（mk）功率谱密度P(dB(W/Hz)全带宽输入功率PH（dBW）全带宽功率通量密度SH f(dB(W/m2)功率通量谱密度SH(dB(W/(m2Hz)777678112300.94-258.9-175.9-116.7-209.77776.2577.75112300.94-258.9-177.1-117.9-209.77776.577.5112300.94-258.9-178.9-119.7-209.79492-96112300.94-258.9-172.8-111.9-208.09492.595.5112300.94-258.9-174.1-113.2-208.0949395112300.94-258.9-175.9-114.9-208.09493.594.5112300.94-258.9-178.9-118.0-208.0修改为：无论7678 GHz，12 GHz带宽，还是9296 GHz，14 GHz带宽，只需达到等效干扰输入总功不高于-198.2 dBW，那么对射电天文的干扰功率就会在ITU-R RA.769建议的限值以下。ITU-R RA.769假定射电天文接收模块捕获的干扰为天线旁瓣所获得，这时的天线增益为0 dBi。假设基于天线主瓣捕获的，则因为主瓣增益极大，此时需要对增益予以考虑。2.1 射电望远镜传播模型假定环境是一个标准大气压，温度，大气中水蒸气密度。依据ITU-R M.2322模型，（7）式中，表示空气损耗，涵盖了氧气以及水分两种损耗，。70100 GHz大气衰减系数如图1所示，如若 为77 GHz，则 是0.3639 dB/km；如若 为94 GHz，则值约为0.4068 dB/km。图1 70100 GHz空气衰减系数式中，为天文台可以承受的监测参量丢失时间最低比值，即2%。FSL为自由空间传播模型，即：（8）式中，、分别表示频率（MHz）以及干扰源同天线的跨度（km）。具体计算如ITU-R P.526。忽略其他方面的因素，只是分析天气较好情况下的干扰，最为严苛背景下的干扰。通视条件下（不考虑绕射损耗时），77 GHz和94 GHz的空气传播衰减随着距离变化的曲线如图2所示。DIGITCW技术 分析Technology Analysis52DIGITCW2023.09图2 77 GHz、94 GHz通视条件下路径衰减瓣对地，因此，可以认为FOD探测雷达对其他远距离的设备的干扰是通过天线副瓣进行的，设备特性和探测方式决定了塔架式FOD探测雷达天线通常不采用俯仰加权的形式，而边灯式FOD探测雷达天线可能采用俯仰加权形式。因此假设塔架式FOD探测雷达俯仰向天线副瓣电平相对主瓣低13 dB，增益为30 dBi；塔架式FOD探测雷达俯仰向天线副瓣电平相对主瓣低20 dB，增益为12 dBi。目前，F O D 探测雷达 发 射功率通常不超 过 23 dBm，即-7 dBW，发射瞬时带宽约为14 GHz，在最为严酷的条件下，干扰总功率不得超过-198.2 dBW。4 FOD计算模型由于地球曲率的影响，当距离超过通视距离时，务必分析绕射损失（具体计算如ITU-R P.526）。考虑折射通视距离常用式（9）估计为：（9）式中，、分为发射天线和接收天线的高度，单位m；Los为通视距离，单位km。表4显示不同高度干扰源的通视距离。表4 不同高度条件下的通视距离Los(km)射电天文台天线高度（m)25501002004008001600干扰源天线高度（m）0.523.532.044.161.285.3119.4167.7124.733.345.362.486.5120.7168.91033.642.254.271.395.4129.6177.81234.943.455.572.596.7130.8179.11436.044.556.673.797.8131.9180.21637.145.657.774.798.9133.0181.31838.146.658.775.799.9134.0182.32039.047.659.676.7100.8135.0183.2在通视距离外，绕射损耗可用ITU-R P.526规定的方法估计。忽略其他方面的因素，只是分析天气较好情况下的干扰，最为严苛背景下的干扰。图3 77 GHz和94 GHz频段不同距离下的路径损耗图3显示了77 GHz（天线高度高度0.5 m）和94 GHz（天线高度12 m）时不同距离的路径损耗（射电天线架设高度25 m）。在视界处会有不连续点出现。3 FOD探测雷达干扰模型FOD探测雷达天线具有较窄的辐射主瓣，并且主图4 射电天文干扰共存仿真模型图依据ECC Rep-056内的干扰模拟系统，以天文台为核心，设置于机场周边的FOD探测雷达所造成的干扰。假设FOD探测雷达的分布远小于隔离距离，同一机场内的FOD探测雷达与射电天文台的距离近似相等。最为恶劣的情况是多个机场以射电天文台为圆心等距离分布。假定，是一个干扰装置的均值发射功率，天文台捕获到第 个机场功率：（10）式中，d、分别指代诉求最低的跨度30 m、第 个机场间距天文台间距、第 个圆环间距天文台的路径消耗、第 个机场内的FOD探测雷达配备数目（通常为101 000个）3。则，天文台捕获的干扰总功为：（11）在仿真中用到的参数分别如表5和表6所示。表5 94 GHz塔架式FOD雷达与射电天文干扰共存仿真参数 参数 值最大功率通量谱密度-227.3(dBW/(m2Hz)最大干扰总功率-198.2 dBW射电天文台接收天线增益0 dBi射电天文台天线高度25 m频率94 GHz塔架式FOD探测发射功率-7 dBW塔架式FOD探测雷达天线高度10 m最小计算距离1 km最大计算距离500 km每个机场雷达数量10、100环绕射电天文台机场数量1、10、20DCWTechnology Analysis技术分析53数字通信世界2023.09表6 77 GHz边灯式探测雷达与射电天文干扰共存仿真参数 参数 值最大功率通量谱密度-227.3(dBW/(m2Hz)最大干扰总功率-198.2 dBW射电天文台接收天线增益0 dBi射电天文台天线高度25 m频率77 GHz边灯式FOD探测雷达发射功率-7 dBW塔架式FOD探测雷达雷达高度0.5 m最小计算距离1 k m最大计算距离500 km每个机场雷达数量100、1 000环绕射电天文台机场数量1、10、205 计算结果根据上述模型及参数，计算得到在不同环绕射电天文台机场数量的保护间隔，如表7和表8所示。表7 不同机场与塔架式FOD探测雷达密度下的保护间隔频段环绕射电天文台机场数量保护距离（km）每个机场10台雷达保护距离（km）每个机场40台雷达77 GHz 1 37.2 38.4 2 37.8 39.094 GHz 1 36.1 37.1 2 36.6 37.7表8 不同机场与边灯式FOD探测雷达密度下的保护间隔频段环绕射电天文台机场数量保护距离（km）每个机场100台雷达保护距离（km）每个机场400台雷达77 GHz 1 30.9 32.1 2 31.5 32.694 GHz 1 29.8 30.9 2 30.3 31.46 结束语按照分析数据，FOD探测雷达同天文台共存要求的保护间距最高为40千米，这时既可以满足塔架式探测雷达的需求，也可以满足边灯式探测雷达的需求。参考文献1 中华人民共和国无线电频率划分规定Z2023.2 房骥，林磊，等76-81GHz车载雷达与射电天文共存研究J数字通信世界，2018(02):10-12.3 民用机场跑道外来物探测设备无线电管理暂行规定的通知Z工信部联无202334号.完成任务3。因此，针对每一个数据集，我们首先通过人工标注的方式获得实体名称，并按照一定的规则建立起该实体与其他实体之间的关系，然后再利用这些关系生成对应的语料库文件。最后，利用上述模型进行实验，得到最终的评价指标。4 结束语综上所述，本文设计了一种基于BiLSTM编码解码器结构的命名实体关系抽取模型，并通过实验证明其具有较好的性能。最后，对未来相关工作做出了展望：进一步完善命名实体识别模型，使得模型更加符合实际应用场景，从而提升模型的实用价值。将更多注意力放在命名实体关系抽取方面，以期为后续研究提供参考依据。参考文献1 韩振桥面向医疗领域的术语抽取与对齐平台的设计与实现D中国科学院大学（中国科学院沈阳计算技术研究所），2022.2 林建成中文电子病历实体抽取技术研究D兰州：西北师范大学，2018.3 陈德鑫基于深度学习的在线医疗信息抽取研究D武汉：武汉大学，2017.图1 基于命名实体识别工具的抽取技术与其他技术的对比实验图（上接第40页）