CN113285224B - 一种射电望远镜远场区域强电磁干扰规避方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种射电望远镜远场区域强电磁干扰规避方法，包括：确定强电磁干扰源和射电望远镜的参数信息；在射电望远镜的焦点处，测量地面干扰源的频谱，并确定其位置；确定射电望远镜在强电磁干扰源的中心频率处的天线方向图二位数组；确定在射电望远镜指向强电磁干扰源时，强电磁和地面干扰源进入射电望远镜的接收***的增益；确定射电望远镜的焦点处的总功率；根据总功率和射电望远镜的参数信息确定接收机的中频放大器的输入端功率；确定强电磁干扰源的规避角度。本发明提出的电磁干扰规避方法，通过确定强电磁干扰源的规避角度，使得射电望远镜受到的影响减少，从而规避强电磁干扰，提高观测的数据质量和观测效率。

Description

一种射电望远镜远场区域强电磁干扰规避方法

技术领域

本发明涉及射电天文技术领域，尤其涉及一种射电望远镜远场区域强电磁干扰规避方法。

背景技术

射电望远镜拥有极高的***灵敏度，随着空间无线电技术的发展，射电天文台址周围或空间存在强电磁干扰源导致射电望远镜接收机无法正常工作情况，即在射电望远镜远场区域内，存在导致接收机饱和的强电磁干扰，当望远镜指向强干扰时，强干扰致使望远镜接收机中的中频放大器处于非线性状态，以致观测数据无效。

目前在射电天文技术领域尚不存在强电磁干扰规避相关方法。

因此，为提高射电望远镜观测数据质量及观测效率，需要针对导致射电望远镜的接收***饱和的强电磁干扰源，结合望远镜接收特性，研究电磁干扰的规避方法，应用于实际观测，进而提高大型射电望远镜的科学产出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种射电望远镜远场区域强电磁干扰规避方法，以规避强电磁干扰，提高观测的数据质量和观测效率。

为了实现上述目的，本发明提供一种射电望远镜远场区域强电磁干扰规避方法，包括：

S1：确定射电望远镜远场区域中的一个强电磁干扰源的参数信息；

S2：确定射电望远镜的参数信息；

S3：在射电望远镜的焦点处，测量地面干扰源的频谱，并确定地面干扰源的位置；

S4：确定射电望远镜在强电磁干扰源的中心频率f_M处的天线方向图二位数组

以确定在干扰源处于各个方向时所分别对应的增益；G[m]为天线增益向量，

为干扰源所在方向偏离射电望远镜的主波束轴的角度向量，m为数组中的向量序数；

S5：确定在射电望远镜指向强电磁干扰源时，强电磁干扰源和地面干扰源进入射电望远镜的接收***的增益；

S6：确定强电磁干扰源和地面干扰源的信号到达射电望远镜的焦点处的功率；

S7：确定射电望远镜的焦点处的总功率；

S8：根据射电望远镜的焦点处的总功率以及射电望远镜的参数信息确定射电望远镜的接收机的中频放大器的输入端功率；

S9：确定所述强电磁干扰源的规避角度。

S10：使得射电望远镜的抛物面天线的主波束轴偏开所述强电磁干扰角度至少为所述规避角度

在所述步骤S1中，强电磁干扰源的参数信息包括强电磁干扰源的工作频率F₁、功率P_T、信号的极化方式以及位置；在所述步骤S2中，射电望远镜的参数信息包括射电望远镜的焦点的位置、其接收机的中频放大器的工作频率F₂、其接收机的馈源增益G_Feed、其接收机的低噪声放大器的增益G_LNA、以及其接收机的馈源至中频放大器之间的其他链路损耗G_Loss。

所述步骤S3包括：

S31：依据强电磁干扰源的信号的极化方式和位置，来设置位于射电望远镜的焦点处的测量天线的极化方式和指向；

S32：以中频放大器的工作频率F₂作为测量频段进行测量，得到

作为地面干扰源的频谱，F[n]为频率点，P[n]为频率点对应的功率值，n为频率点的序数；

S33：依据地面干扰源的频谱，结合无线电频率划分，确定所述频谱中地面的最强干扰的来源和位置，将其作为地面干扰源的位置。

在所述步骤S4中，所述天线方向图二位数组

是采用仿真软件建立射电望远镜的抛物面天线模型，来仿真确定的。

在所述步骤S5中，在射电望远镜指向强电磁干扰源时，强电磁干扰源进入射电望远镜的接收***的增益G_T为：

G_T＝max(G(m))，

其中，G(m)为天线方向图二位数组

中的天线增益向量G[m]；

在射电望远镜指向强电磁干扰源时，地面干扰源进入射电望远镜的接收***的增益G_T′为：

H＝Alt_A-Alt_B-，

式中，H、H′分别为强电磁干扰源、地面干扰源到射电望远镜焦点处的垂直距离；L、L′分别为强电磁干扰源、地面干扰源到射电望远镜的焦点处与地面投影的水平距离；

为地面干扰源的电磁波方向偏离主波束轴的角度；x＝Lat_A；y＝Lat_B；z＝Lon_B-Lon_A，Lon_A、Lat_A、Alt_A分别表示强电磁干扰源的经度、纬度和海拔，Lon_B、Lat_B、Alt_B分别表示射电望远镜的焦点处的经度、纬度和海拔；h为地球半径；θ、θ′分别为强电磁干扰源、地面干扰源与水平面的夹角。

在所述步骤S6中，确定强电磁干扰源的信号到达射电望远镜的焦点处的功率P_RT，包括：

S61：确定强电磁干扰源的信号传输至射电望远镜的焦点处的传播损耗P_Loss；

S62：考虑在射电望远镜指向强电磁干扰源时，强电磁干扰源进入射电望远镜的接收***的增益GT的影响，来确定强电磁干扰源的信号到达射电望远镜的焦点处的功率P_RT；

确定地面干扰源到达射电望远镜的焦点处的功率P_Rg，包括：

S61’：依据地面干扰源的频谱，确定焦点处的来自地面干扰源的信号的未经增益的功率P_g；

S62’：考虑在射电望远镜指向强电磁干扰源时，地面干扰源进入射电望远镜的接收***的增益G_T′的影响，来确定地面干扰源的信号到达射电望远镜的焦点处的功率P_Rg。

在所述步骤S7中，射电望远镜的焦点处的总功率P为：

其中，f_T1、f_T2为强电磁干扰源的起始频率和终止频率，f_R1、f_R2为中频放大器工作频率的起始频率和终止频率，P_RT为强电磁干扰源的信号到达射电望远镜的焦点处的功率，P_Rg为地面干扰源的信号到达射电望远镜的焦点处的功率；

在所述步骤S8中，射电望远镜的接收机的中频放大器的输入端功率P_Z为：

P_Z＝P+G_Feed+G_LNA-G_Loss，

其中，P为射电望远镜的焦点处的总功率，G_Feed为射电望远镜的接收机的馈源增益，G_Loss为射电望远镜的接收机的馈源至中频放大器之间的其他链路损耗。

所述步骤S9包括：

S91：确定射电望远镜的抛物面天线的增益的减少量G₁；

射电望远镜的抛物面天线的增益的减少量G₁为：

G₁＝P_Z-P_1dB+S，

式中，P_Z为射电望远镜的接收机的中频放大器的输入端功率，P_1dB为接收机的中频放大器的1dB压缩点对应的功率，单位为dBm；S为安全裕度；

S92：根据所述步骤S4中的天线方向图二位数组

确定在强电磁干扰源进入射电望远镜的接收***的增益G_T减少所述减少量G₁得到的规避增益所对应的规避角度

所述规避角度

为：

其中，G为规避增益；G[N]为在天线方向图二位数组中找到的增益值为规避增益G的天线增益向量，N为在天线增益向量G[m]为G[N]时在天线方向图二位数组中求解得到的数组中的向量序数，其为一维向量；

为天线增益向量G[m]为G[N]时天线方向图二位数组中求解得到的干扰源所在方向偏离射电望远镜的主波束轴的角度向量。

所述强电磁干扰源的数量为一个或多个。

当强电磁干扰源的数量为多个时，在所述步骤S10中，在将射电望远镜的抛物面天线的主波束轴偏开之前重复步骤S1-S9，以确定各个强电磁干扰源的规避角度，使得射电望远镜的抛物面天线的主波束轴偏开各个强电磁干扰角度分别至少为所述强电磁干扰源对应的规避角度。

由此，本发明提出的电磁干扰规避方法，通过确定强电磁干扰源的规避角度，设置射电望远镜的抛物面天线的主波束轴偏开所述强电磁干扰角度至少为所述规避角度，使得射电望远镜受到的影响减少，从而规避强电磁干扰，提高观测的数据质量和观测效率。

附图说明

图1是射电望远镜对准强电磁干扰源T时，地面干扰源T′相对强电磁干扰源T的位置关系图。

图2是地面电磁干扰测量方向示意图

图3是地面干扰源的频谱图。

图4是仿真得到的0°切面天线方向图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

本发明提出一种射电望远镜远场区域强电磁干扰规避方法，其适用于在射电望远镜远场区域内存在导致接收机饱和的至少一个强电磁干扰的情况，具体包括以下步骤：

步骤S1：确定射电望远镜远场区域中的一个强电磁干扰源T的参数信息；其中，如果射电望远镜远场区域中有多个强电磁干扰源T，则可以重复本发明的步骤，直到所有强电磁干扰源均被规避。

其中，强电磁干扰源T的参数信息包括强电磁干扰源T的工作频率F₁、功率P_T、信号的极化方式以及位置，因此所述步骤S1具体包括：

步骤S11：确定强电磁干扰源T的工作频率F₁和功率P_T；其中，工作频率F₁为(f_T1，f_T2)，f_T1、f_T2为强电磁干扰源的起始频率和终止频率，f_M为强电磁干扰源的中心频率，f_M＝(f_T2+f_T1)/2；

步骤S12：确定强电磁干扰源T的信号的极化方式；其中，强电磁干扰源T的信号的极化方式Pol为水平极化或垂直极化，定义水平极化为H，垂直极化为V。

步骤S13：确定强电磁干扰源T的位置；其中，强电磁干扰源T的位置为A＝(Lon_A、Lat_A、Alt_A)，Lon_A、Lat_A、Alt_A分别表示强电磁干扰源T的经度、纬度和海拔。获得强电磁干扰源T的位置有两种方法，对于固定在地面的强电磁干扰源T，可采用GPS测量确定其位置；对于空中移动的强电磁干扰源T，其位置的确定可以通过其运维网站实时公布的位置信息，如卫星等；有些干扰源位置可以通过实时播报其位置的方法，如民用飞机飞行过程中实时播报其位置信息；或者在地面架设简单的无线电监测装置，测量飞机发射的信号，数据解调后即可获得其实时位置信息。在本发明中，所述强电磁干扰源T定义为干扰源信号的强度使得望远镜接收机，导致接收机内部核心器件处于非线性工作状态(饱和)致使天文观测数据无效的干扰源。

步骤S2：确定射电望远镜20的参数信息；

其中，射电望远镜20的参数信息包括射电望远镜20的焦点的位置、其接收机的中频放大器的工作频率F₂、其接收机的馈源增益G_Feed、其接收机的低噪声放大器的增益G_LNA、以及其接收机的馈源至中频放大器之间的其他链路损耗G_Loss。因此，所述步骤2具体包括：

步骤S21：确定射电望远镜20的焦点的位置；

如图1所示，R为射电望远镜20的焦点，其中，射电望远镜20的焦点R的位置为B＝(Lon_B、Lat_B、Alt_B)，其中，Lon_B、Lat_B、Alt_B分别表示射电望远镜20的焦点R处的经度、纬度和海拔，均是根据射电望远镜20出厂时的焦距确定的。

步骤S22：依据强电磁干扰源T的工作频率F₁，选取对射电望远镜20产生影响的接收机，确定此接收机的中频放大器的工作频率F₂；

其中，接收机是射电望远镜20的一部分，接收机的馈源安装于射电望远镜20的焦点处。接收机是根据强电磁干扰源T的工作频率F₁确定的，接收机的中频放大器的工作频率F₂为(f_R1，f_R2)，f_R1、f_R2为中频放大器工作频率的起始频率和终止频率，其中，所选取的接收机使得强电磁干扰源T的一部分工作频率在该接收机的中频放大器工作频率F₂内，以使得接收机对射电望远镜20产生影响。接收机的数量为1个或多个，从而覆盖强电磁干扰源T的工作频率F₁的不同频段。

步骤S23：确定接收机的馈源增益G_Feed、低噪声放大器的增益G_LNA、以及馈源至中频放大器之间的其他链路损耗G_Loss。

其中，馈源、低噪声放大器、中频放大器等等结构都是是接收机的部分器件，集成后组装成接收机，因此接收机的馈源增益G_Feed、低噪声放大器的增益G_LNA、以及馈源至中频放大器之间的其他链路损耗G_Loss这些性能参数均在接收机的设计中已确定。

步骤S3：在射电望远镜20的焦点处，测量地面干扰源T′的频谱，并确定地面干扰源T′的位置；

其中，测量的方法采用现有的射电天文台址准实时电磁环境测量方法(参见【刘奇，王娜，王玥，刘晔，刘烽，陈卯蒸.射电天文台站准实时电波环境测量方法.电波科学学报.2017，32(6)：718-724】)，所述步骤3具体包括：

步骤S31：依据强电磁干扰源T的信号的极化方式和位置，来设置位于射电望远镜20的焦点处的测量天线的极化方式(实际上是调整测量天线的姿态，确定其可以接收相应极化的电磁波)和指向；

测量天线是独立的电磁波接收天线，需放置在射电望远镜20的焦点R处，以接收来自地面的无线电信号。需要说明的是，该测量天线不是射电望远镜的一部分，是另外设置的天线，仅仅用来测量地面干扰源。射电望远镜的接收***主要指抛物面天线和上文的接收机。

测量天线的极化方式的设置方式为：据强电磁干扰源T的信号的极化方式，调整测量天线姿态，确保测量天线能够接收强电磁干扰源T对应的极化信号。

由于测量天线放置在射电望远镜20的焦点R处，强电磁干扰源T的位置A以及测量天线的指向如图2所示，测量天线的指向和强电磁干扰源T的位置A相对于射电望远镜20的焦点R的方向处于同一平面，且测量天线的指向是水平的，以测量来自地面的无线电信号，此时，测量天线能够测量指向方向附近的锥形区域，若测量天线3dB带宽为60度，那么可以测量相对于测量天线的指向的夹角在60度范围内的信号。

步骤S32：以中频放大器工作频率F₂作为测量频段进行测量，得到频谱(F[n]，P[n])作为地面干扰源T′的频谱，F[n]为频率点，F[n]的最小值和最大值分别为f_R1，f_R2，P[n]为频率点对应的功率值，n为频率点的序数，相邻频率点的间隔为M。

步骤S33：依据地面干扰源T′的频谱(F[n]，P[n])，结合无线电频率划分，确定频谱(F[n]，P[n])中地面的最强干扰的来源和位置，将其作为地面干扰源T′的位置。其中，地面的最强干扰的位置为C(Lon_C、Lat_C、Alt_C)，Lon_A、Lat_A、Alt_A分别表示地面的最强干扰的经度、纬度和海拔。由此，取得了测量方向(即地面方向)的所有干扰，以及最强干扰的位置作为地面干扰源的位置，用于在下文计算地面电磁干扰与射电望远镜之间的增益响应。

步骤S4：确定射电望远镜20在强电磁干扰源T的中心频率f_M处的天线方向图二位数组

以确定在干扰源处于各个方向时所分别对应的增益；在天线方向图二位数组

中，G[m]为天线增益向量，

为干扰源所在方向偏离射电望远镜的主波束轴的角度向量，m为数组中的向量序数。

所述天线方向图二位数组

是采用仿真软件(如grasp)建立射电望远镜的抛物面天线模型，来仿真确定的。

所得到的

G[m]是抛物面天线(射电望远镜)的固有特性，由此，当干扰源处于不同方向，与抛物面天线的增益响应不一样，而确定了干扰源所在方向偏离射电望远镜的主波束轴的角度

也就可以计算出对应的增益G[m]了。

步骤S5：确定在射电望远镜20指向强电磁干扰源T时，强电磁干扰源T和地面干扰源T′进入射电望远镜的接收***的增益G_T、G_T′。

其中，在射电望远镜20指向强电磁干扰源T时，强电磁干扰源T进入射电望远镜的接收***的增益G_T为：

G_T＝max(G(m)) (1)

其中，G(m)为天线增益向量，也就是上文的天线方向图二位数组

中的天线增益向量G[m]。

另外，确定在射电望远镜20指向强电磁干扰源T时，地面干扰源T′进入射电望远镜的接收***的增益G_T′。

其中，在射电望远镜20指向强电磁干扰源T时，强电磁干扰源T与射电望远镜20的焦点R之间的位置关系如图1所示，因此，地面干扰源T′相对于射电望远镜的主波束轴的偏向角

为：

θ、θ′分别为强电磁干扰源T、地面干扰源T′与水平面的夹角。需要说明的是，由于这里强电磁干扰源T、地面干扰源与射电望远镜20均在一个平面，因此，θ、θ′只在1个平面内计算。

因此，在射电望远镜20指向强电磁干扰源T时，地面干扰源T′进入射电望远镜的接收***的增益G_T′为：

H＝Alt_A-Alt_B-h (3)

式中，H、H′分别为强电磁干扰源T、地面干扰源T′到射电望远镜20焦点处的垂直距离；L、L′分别为强电磁干扰源T、地面干扰源T′到射电望远镜20的焦点处与地面投影的水平距离；

为地面干扰源T′电磁波方向偏离主波束轴的角度；x＝Lat_A；y＝Lat_B；z＝Lon_B-Lon_A，Lon_A、Lat_A、Alt_A分别表示强电磁干扰源T的经度、纬度和海拔，Lon_B、Lat_B、Alt_B分别表示射电望远镜20的焦点R处的经度、纬度和海拔；h为地球半径，约为6371.004km；θ、θ′分别为强电磁干扰源T、地面干扰源T′与水平面的夹角。

步骤S6：确定强电磁干扰源T和地面干扰源T′的信号到达射电望远镜20的焦点R处的功率P_RT、P_Rg；

在所述步骤S6中，确定强电磁干扰源T的信号到达射电望远镜20的焦点R处的功率P_RT，包括：

步骤S61：确定强电磁干扰源T的信号传输至射电望远镜20的焦点R处的传播损耗P_Loss；

其中，P_Loss按照公式(7)进行计算：

P_Loss＝32.44+20 log₁₀(fM)+20 log₁₀(D) (7)

式中，D为干扰源T与射电望远镜20焦点处的直线距离，单位为km；f_M为强电磁干扰源T的中心频率，单位为MHz。

步骤S62：考虑在射电望远镜20指向强电磁干扰源T时，强电磁干扰源T进入射电望远镜的接收***的增益G_T的影响，来确定强电磁干扰源T的信号到达射电望远镜20的焦点R处的功率P_RT。

其中，强电磁干扰源T的信号到达射电望远镜20的焦点R处的功率P_RT按照公式(8)计算：

P_RT＝P_T-P_Loss+G_T (8)

其中，P_T为强电磁干扰源T的功率，P_Loss为强电磁干扰源T的信号传输至射电望远镜20的焦点R处的传播损耗；G_T为在射电望远镜20指向强电磁干扰源T时，强电磁干扰源T进入射电望远镜的接收***的增益。

在所述步骤S6中，确定地面干扰源T′到达射电望远镜20的焦点R处的功率P_Rg，包括：

步骤S61’：依据步骤S3测量获得的地面干扰源T′的频谱，确定焦点R处的来自地面干扰源T′的信号的未经增益的功率P_g；

其中，P[n]为地面干扰源T′的频谱(F[n]，P[n])的频率点所对应的功率值，n为频率点的序数，M为频率点的总个数。

步骤S62’：考虑在射电望远镜20指向强电磁干扰源T时，地面干扰源T′进入射电望远镜的接收***的增益G_T′的影响，来确定地面干扰源T′的信号到达射电望远镜20的焦点R处的功率P_Rg。

其中，地面干扰源T′的信号到达射电望远镜20的焦点R处的功率P_Rg为：

P_Rg＝P_g+G_T′ (10)

其中，P_g为焦点处的来自地面干扰源T′的信号的未经增益的功率；G_T′为在射电望远镜20指向强电磁干扰源T时，地面干扰源T′进入射电望远镜的接收***的增益。

步骤S7：确定射电望远镜20的焦点R处的总功率P。

射电望远镜20的焦点R处的总功率P定义为射电望远镜20的焦点R处在频段F₂(f_R1，f_R2)的总功率。其中，强电磁干扰源T的信号带宽为f_T2-f_T1；来自地面干扰源T′的信号带宽需扣除强电磁干扰源T的信号带宽，为(f_R2-f_R1-f_T2+f_T1)，扣除后留下的两部分信号带宽为射电望远镜的接收机的中频放大器带宽，正是需要计算此带宽内的功功率，这是因为通常来说电磁波为矢量，具有方向，不同方向之间的信号叠加没有很大意义。

因此，射电望远镜20的焦点R处的总功率P按照公式(11)计算：

其中，f_T1、f_T2为强电磁干扰源的起始频率和终止频率，f_R1、f_R2为中频放大器工作频率的起始频率和终止频率，P_RT为强电磁干扰源T的信号到达射电望远镜20的焦点R处的功率，P_Rg为地面干扰源T′的信号到达射电望远镜20的焦点R处的功率。

步骤S8：根据射电望远镜20的焦点R处的总功率P以及射电望远镜的参数信息确定射电望远镜的接收机的中频放大器的输入端功率P_Z；

射电望远镜的接收机的中频放大器的输入端功率P_Z通过公式(12)计算得到：

P_Z＝P+G_Feed+G_LNA-G_Loss (12)

其中，P为射电望远镜20的焦点R处的总功率，G_Feed为射电望远镜的接收机的馈源增益，G_Loss为射电望远镜的接收机的馈源至中频放大器之间的其他链路损耗。

步骤S9：确定所述强电磁干扰源的规避角度。

为保证射电望远镜接收机正常工作，中频放大器输入端功率P_Z需小于中频放大器的1dB压缩点对应的功率(中频放大器的1dB压缩点是器件的固定性能指标)，因此，步骤S9的步骤如下：

步骤S91：确定射电望远镜的抛物面天线的增益的减少量G₁，以确保射电望远镜的接收机不饱和；

当射电抛物面天线主波束轴指向1个信号(例如强电磁干扰源)时，这个信号进入望远镜接收***被放大的倍数最大(也就是增益最大)，当射电望远镜的主波束轴偏开这个信号后，这个信号与抛物面天线之间的增益响应将快速下降，由此减小了射电望远镜的抛物面天线的增益。在本步骤S91计算的就是所需的射电望远镜的抛物面天线的增益的减少量G₁。

射电望远镜的抛物面天线的增益的减少量G₁按照公式(13)计算：

G₁＝P_Z-P_1dB+S (13)

式中，P_Z为射电望远镜的接收机的中频放大器的输入端功率，P_1dB为接收机的中频放大器的1dB压缩点对应的功率，单位为dBm；S为安全裕度。

步骤S92：根据所述步骤S4中的天线方向图二位数组

确定在强电磁干扰源T进入射电望远镜的接收***的增益G_T减少所述减少量G₁得到的规避增益所对应的规避角度

在此过程中，天线方向图

为固有特性并保持不变，只是射电望远镜的指向位置变了，从而使得增益减小。

规避角度

的计算公式为：

其中，G为规避增益；G[N]为在天线方向图二位数组

中找到的增益值为规避增益G的天线增益向量，N为在天线增益向量G[m]为G[N]时在天线方向图二位数组

中求解得到的数组中的向量序数，其为一维向量，N的数量为多个；

为天线增益向量G[m]为G[N]时天线方向图二位数组

中求解得到的干扰源所在方向偏离射电望远镜的主波束轴的角度向量。

由于角度

存在多个解的情况，为满足望远镜接收机***处理非饱和状态，其取值考虑为最大值，依次规避角度

按照上述公式(15)进行计算。

步骤S10：使得射电望远镜的抛物面天线的主波束轴偏开所述强电磁干扰T角度至少为(只要偏开

范围内即可)规避角度

(这里是个空间锥形角)，以达到避开所述强电磁干扰T的目的。其中，偏开的角度需等于或者大于规避角度

等于

时为临界情况，实际上望远镜主波束轴只要不在

准形角度内部，均可以观测，进入到这个角度后，观测数据无效，望远镜的有效观测时间和范围极其昂贵，所以需要尽量增加有效的观测范围。除了

这个角度不能观测外，其他范围均是有用的。

此外，当强电磁干扰源的数量为多个时，在所述步骤S10中，在将射电望远镜的抛物面天线的主波束轴偏开之前重复步骤S1-S9，以确定各个强电磁干扰源T的规避角度，从而使得射电望远镜的抛物面天线的主波束轴偏开各个强电磁干扰T角度分别至少为等于各个强电磁干扰源T的规避角度。

实验结果：

下面以位置为A(89.7729°E，43.6026°N，8000m)的民用飞机作为强电磁干扰源为例，给出本发明的射电望远镜远场区域强电磁干扰规避方法的实验结果。

步骤S1：给定某射电望远镜远场区域强电磁干扰源(民用飞机)T位置为A(89.7729°E，43.6026°N，8000m)。民用飞机干扰源为机载广播式自动相关监测***(Automatic Dependent surveillance-Broadcast，以下简称ADS-B)和机载测距机***(Distance Measuring Equipment，以下简称DME)，详细参数信息见表1。

步骤S2，给定射电望远镜20焦点处位置点B(89.6822°E，43.6011°N，1760m)；依据步骤1干扰源的工作频率，射电望远镜20对应的接收机中中频放大器工作频率为1000-2000MHz，馈源增益G_Feed为19dB、低噪声放大器的增益G_LNA为30dB、馈源至中频放大器之间的其他链路损耗G_Loss约6dB。

表1 CAS信号参数

步骤S3，测量射电望远镜20焦点处干扰源方向频谱，频率起始范围为1000-2000MHz，频率点间隔频率M为30kHz，频率点n为33334。步骤S3的测量结果如图3所示。依据获得的测量频谱，结合无线电频率划分，频段1000-2000MHz内地面主要地面干扰源T′为移动通信基站，位置为C(89.7564°E，43.5653°N，2199.29m)。

步骤S4：如图4所示，采用天线仿真软件，建立抛物面天线模型，仿真获得射电望远镜20频点为1090MHz处天线方向图。

步骤S5：根据天线方向图，计算民用飞机干扰的信号进入望远镜接收机***的天线增益G_T＝60.94dBi。依据地面干扰源T′的位置为C，计算地面干扰源信号进入射电望远镜的接收***的天线增益G_T′＝-38.07dBi。

步骤S6：根据公式(7)计算自由空间损耗P_Loss＝111.21dB，其中f_M为1090MHz；根据公式(8)计算航空信号到达射电望远镜焦点处功率P_RT＝16.52dBm；根据公式(9)-(10)计算频段1000-2000MHz内地面电磁干扰到达射电望远镜焦点处功率P_Rg＝-119.05dBm。

步骤S7：根据公式(11)计算频段1000-2000MHz***电望远镜焦点处功率P＝-3.03dBm。

步骤S8：根据公式(12)计算中频放大器输入端功率P_Z＝39.97dBm。

步骤S9：存在影响的接收机中频放大器1dB压缩点功率为20dBm，安全裕度为5dB，按照公式(13)-(15)进行计算，避开角度

为1.085°。

步骤S10，将射电射电望远镜的主波束轴偏开民用飞机至少1.085°，以使得接收机可正常工作。由此，原本射电望远镜指向民用飞机，影响最大，偏开角度后，影响就减少了，原因是抛物面天线指向一个信号时，增益最大，偏开后，增益快速减少。也就是说，只有望远镜偏开角度至少为1.085度时，观测数据才是有效的，望远镜的观测目标不是飞机(飞机是干扰源)，相对于飞机偏开1.085度的锥形角以外的范围均为有效观测范围，即望远镜的有效观测范围越大越好，有效的观测数据也就越多。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未未详尽描述的均为常规内容。

Claims (7)

1.一种射电望远镜远场区域强电磁干扰规避方法，其特征在于，包括：

步骤S1：确定射电望远镜远场区域中的一个强电磁干扰源的参数信息；

步骤S2：确定射电望远镜的参数信息；

步骤S3：在射电望远镜的焦点处，测量地面干扰源的频谱，并确定地面干扰源的位置；

步骤S4：确定射电望远镜在强电磁干扰源的中心频率f_M处的天线方向图二位数组

以确定在干扰源处于各个方向时所分别对应的增益；G[m]为天线增益向量，

为干扰源所在方向偏离射电望远镜的主波束轴的角度向量，m为数组中的向量序数；

步骤S5：确定在射电望远镜指向强电磁干扰源时，强电磁干扰源和地面干扰源进入射电望远镜的接收***的增益；

步骤S6：确定强电磁干扰源和地面干扰源的信号到达射电望远镜的焦点处的功率；

步骤S7：确定射电望远镜的焦点处的总功率；

步骤S8：根据射电望远镜的焦点处的总功率以及射电望远镜的参数信息确定射电望远镜的接收机的中频放大器的输入端功率；

步骤S9：确定所述强电磁干扰源的规避角度；

步骤S10：使得射电望远镜的抛物面天线的主波束轴偏开所述强电磁干扰源的角度至少为所述规避角度

在所述步骤S1中，强电磁干扰源的参数信息包括强电磁干扰源的工作频率F₁、功率P_T、信号的极化方式以及位置；在所述步骤S2中，射电望远镜的参数信息包括射电望远镜的焦点的位置、其接收机的中频放大器的工作频率F₂、其接收机的馈源增益G_Feed、其接收机的低噪声放大器的增益G_LNA、以及其接收机的馈源至中频放大器之间的其他链路损耗G_Loss；

在所述步骤S5中，在射电望远镜指向强电磁干扰源时，强电磁干扰源进入射电望远镜的接收***的增益G_T为：

G_T＝max(G(m))，

其中，G(m)为天线方向图二位数组

中的天线增益向量G[m]；

在射电望远镜指向强电磁干扰源时，地面干扰源进入射电望远镜的接收***的增益G_T′为：

H＝Alt_A-Alt_B-h，

式中，H、H′分别为强电磁干扰源、地面干扰源到射电望远镜焦点处的垂直距离；L、L′分别为强电磁干扰源、地面干扰源到射电望远镜的焦点处与地面投影的水平距离；

为地面干扰源的电磁波方向偏离主波束轴的角度；x＝Lat_A；y＝Lat_B；z＝Lon_B-Lon_A，Lon_A、Lat_A、Alt_A分别表示强电磁干扰源的经度、纬度和海拔，Lon_B、Lat_B、Alt_B分别表示射电望远镜的焦点处的经度、纬度和海拔；h为地球半径；θ、θ′分别为强电磁干扰源、地面干扰源与水平面的夹角；

所述步骤S9包括：

步骤S91：确定射电望远镜的抛物面天线的增益的减少量G₁；

射电望远镜的抛物面天线的增益的减少量G₁为：

G₁＝P_Z-P_1dB+S，

式中，P_Z为射电望远镜的接收机的中频放大器的输入端功率，P_1dB为接收机的中频放大器的1dB压缩点对应的功率，单位为dBm；S为安全裕度；

步骤S92：根据所述步骤S4中的天线方向图二位数组

确定在强电磁干扰源进入射电望远镜的接收***的增益G_T减少所述减少量G₁得到的规避增益所对应的规避角度

所述规避角度

为：

其中，G为规避增益；G[N]为在天线方向图二位数组中找到的增益值为规避增益G的天线增益向量，N为在天线增益向量G[m]为G[N]时在天线方向图二位数组中求解得到的数组中的向量序数，其为一维向量；

为天线增益向量G[m]为G[N]时天线方向图二位数组中求解得到的干扰源所在方向偏离射电望远镜的主波束轴的角度向量。

2.根据权利要求1所述的射电望远镜远场区域强电磁干扰规避方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

步骤S31：依据强电磁干扰源的信号的极化方式和位置，来设置位于射电望远镜的焦点处的测量天线的极化方式和指向；

步骤S32：以中频放大器的工作频率F₂作为测量频段进行测量，得到

作为地面干扰源的频谱，F[n]为频率点，P[n]为频率点对应的功率值，n为频率点的序数；

步骤S33：依据地面干扰源的频谱，结合无线电频率划分，确定所述频谱中地面的最强干扰的来源和位置，将其作为地面干扰源的位置。

3.根据权利要求1所述的射电望远镜远场区域强电磁干扰规避方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述天线方向图二位数组

是采用仿真软件建立射电望远镜的抛物面天线模型，来仿真确定的。

4.根据权利要求1所述的射电望远镜远场区域强电磁干扰规避方法，其特征在于，在所述步骤S6中，确定强电磁干扰源的信号到达射电望远镜的焦点处的功率P_RT，包括：

步骤S61：确定强电磁干扰源的信号传输至射电望远镜的焦点处的传播损耗P_Loss；

步骤S62：考虑在射电望远镜指向强电磁干扰源时，强电磁干扰源进入射电望远镜的接收***的增益G_T的影响，来确定强电磁干扰源的信号到达射电望远镜的焦点处的功率P_RT；

确定地面干扰源到达射电望远镜的焦点处的功率P_Rg，包括：

步骤S61’：依据地面干扰源的频谱，确定焦点处的来自地面干扰源的信号的未经增益的功率P_g；

步骤S62’：考虑在射电望远镜指向强电磁干扰源时，地面干扰源进入射电望远镜的接收***的增益G_T′的影响，来确定地面干扰源的信号到达射电望远镜的焦点处的功率P_Rg。

5.根据权利要求1所述的射电望远镜远场区域强电磁干扰规避方法，其特征在于，在所述步骤S7中，射电望远镜的焦点处的总功率P为：

其中，f_T1、f_T2为强电磁干扰源的起始频率和终止频率，f_R1、f_R2为中频放大器工作频率的起始频率和终止频率，P_RT为强电磁干扰源的信号到达射电望远镜的焦点处的功率，P_Rg为地面干扰源的信号到达射电望远镜的焦点处的功率；

在所述步骤S8中，射电望远镜的接收机的中频放大器的输入端功率P_Z为：

P_Z＝P+G_Feed+G_LNA-G_Loss，

其中，P为射电望远镜的焦点处的总功率，G_Feed为射电望远镜的接收机的馈源增益，G_Loss为射电望远镜的接收机的馈源至中频放大器之间的其他链路损耗。

6.根据权利要求1所述的射电望远镜远场区域强电磁干扰规避方法，其特征在于，所述强电磁干扰源的数量为一个或多个。

7.根据权利要求6所述的射电望远镜远场区域强电磁干扰规避方法，其特征在于，当所述强电磁干扰源的数量为多个时，在所述步骤S10中，在将射电望远镜的抛物面天线的主波束轴偏开之前重复步骤S1-S9，以确定各个强电磁干扰源的规避角度，使得射电望远镜的抛物面天线的主波束轴偏开各个强电磁干扰角度分别至少为所述强电磁干扰源对应的规避角度。

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