1、中华人民共和国行业标准水文自动测报系统通信电路设计规定SL 199 - 97 条文说明1998北京目次l 总则. . 17 2 元线通信电路设计步骤.18 3 路径损耗测试方法及要求.4 元线通信电路设计要求.21 16 1 总则1.0.1 本规定主要用于一般的超短波水文自动测报系统的电路设计，特别是山区遥测系统的电路设计。本规定提出的测试方法和报告编写内容也同样适用于城市防汛用的水文自动测报系统的电路设计，但应特别注意城市建筑的影响。1. O. 3 电路测试和设计是水文自动测报系统建立中的重要基础环节，是必不可少的。电路设计目的如下:1 要设法使各测站至中心站的电路沟通，特别是在汛期，不允许
2、通信电路中断，即要求每条电路要有极高的不中断通信概率;2 设计合理的中继级数达到可靠通信。17 2 无线通信电路设计步骤2.0.1 通常由一个设计单位完成电路测试和电路设计两部分工作，这时设计单位可只提供电路设计报告，但报告必须包括电路测试原始数据。当由两个设计单位分别完成其中一项工作时，则必须分别提供电路测试报告和电路设计报告。电路测试报告应包括:测试使用的仪器及其技术指标;测试条件和环境;现场记录的原始数据等。电路设计报告内容见本标准4.1。18 3 路径损耗测试方法及要求3.1 本规定规定了路径损耗和干扰信号强度为必测项目。因为这两项是超短波通信电路设计的主要依据。为了解气象条件对电波传
3、播的影响，在条件允许时，可以在不同季节和昼夜进行现场抽样测试，但不作为必测项目，因为要得到完整有用的统计结果，不是短时期内能做到的，可根据现有经验值或曲线来估算余量。3.2 传输损耗L定义为发射机输出功率P，与接收机输入功率P，之比，即，L=P，I孔，通常把由于传播媒质引起电波的损耗同其他因素分开，并定义为基本传输损耗Lb也称路径损耗，天线不匹配损耗通常很小，可忽略，则路径损耗Lb由下式结出zL PtGsGF -b一五Lf(3.2-1) 或用分贝表示为Lb = P, + G, + G, - Lf - Lfr - P, (3.2-2) 式中L介，Lft一一分别为收发馈线损耗，dB; G, -发射
4、天线增益，dB; G，一一接收天线增益，dB; P，一一发射机输出功率，dBW; P，一一接收机输入功率，dBW。Lb包括两部分=自由空间传播Lbf(dB)和附加(由于各种不同传播方式引起的损耗损耗A(dB) ，即:Lb = Lbf + A (3.2-3) 现场测试主要是测试电波传播的路径损耗Lb(dB) ，其含义可参考图3.2的信号流程图。3.4.3 由于干涉原因引起的路径损耗随着天线高度变化。路径损耗L阳可按下列式子计算:19 接收机发射机p , Pr 图3.2信号流程图Lbm = 6十Lrrun一201g(lOAL/20十1)(3.4.3) 式中J1L (=Lmin一L，)一一路径损耗的
5、最小值与最大值之差，dB; 20 Lbm一不存在地面反射波时的路径损耗，dB。4 无线通信电路设计要求4.3.1 根据国家元委会(1989)元办字75号文件规定水利防汛调度使用的频率如下:1 通信用单工频率(包括单频单工和异频单工)CMHz): 138.350 138.625 423.550 423. 725 423.875 138.425 138.775 423.625 423.800 专用于偏远山区的频率(MHz): 144.325 144.475 2 水文自动遥测频率CMHz):单工z228.425 228.575 228. 600 228.800 双工或半双工:主台发射频率属台发射频率
6、231. 050 224.050 23 1. 250 224.250 23 1. 725 224. 725 231.800 224.800 3 专用于分滞洪区发送警报的频率CMHz):73.250 73.550 73.625 73.700 73.850 75.500 75.525 75.850 4.4 这里给出的收发信机技术指标符合无委会对水文遥测收发21 信机规定的要求。购置的收发信机，其功率和最大频偏必须事先作调节，使其符合规定要求，方可使用。4.5.2 3 建在地面上的测站，天线离地高度一般不宜超过10m，对一些特殊地形和复杂环境，如必须超过10m时，应给出分析，说明理由。4.5.3 天
7、线方位角和通信距离计算公式如下:设二站分别为A站和B站，二站之间距离为d，A站的经度、纬度分别为A和AB站的经度、纬度分别为B和B则由球面的三角关系式可得d = 11 1. 12cos 1 sinAsinB十COSACOSBCOS(B - A) (4.5.3-1) A站由地理北偏东方位角为IISmB -sinAcos(d/l11. 12)l - D / -: -:- :-， I (4.5.3-2) A - wo L sin(d!l11. 12)cosA J B站由地理北偏东方位角为rsinA -sinBCOS (d/l11. 12 )l IB = 3600 -co11-:_E-;:-，_:_:
8、-， I L sin(d/l11. 12)cosB J (4.5.3-3) 假设B杠，d单位为公里，角度单位为度。4.6.4 在超短波传播中，主要任务是研究地球地物影响所引入的路径损耗，即使路径中山峰、建筑物等障碍物在收发视线以下，也就是说视线不受阻挡，但只要它在第一菲涅耳区内，仍会有障碍作用。路径损耗Lb的理论计算是电路设计过程中必不可少的重要环节，特别是在水文遥测中，由于测站往往处于深山峡谷中，山峰阻挡严重，地形复杂，故必须在电路测试前，对整个遥测网进行可行性论证，选出合适的中继站位置;避免电路测试的盲目性。虽然以简化的地形模式来近似实际的复杂地形会带来一定误差，但多年实践表明，如选用合适
9、的简化地形模式，大多数计算结果精度能满足设计要求。22 对于自由空间传输损耗Lb可按下式估算zLbf = 201g(4dj).) (4.6.4-1) 其中，距离d和波长用相同单位表示。或Lbt= 32.45 + 201gf + 201gd (dB) (4.6.4-2) 式中d一一通信距离，km; f一一工作频率，MHz。处理山峰的绕射时，一般采用半无限大金属导体屏来代替刃形的山峰，计算的依据是惠更斯一菲涅耳原理。一个刃形山峰绕射的衰减因子，可以用多个近似公式描述，可用下列表达式得到近似值。V(v) = 6.4+ 201g( ;v2 + 1 + v) (dB) (4.6.4-3) 式中，绕射参量
10、为U二HcA面jz-JE安(v- 1) (4.6.4-4) d , d噜d?Hc = h1十(h2- h1) -:一一二Hs (4.6.4-5) J V.Z .U d 2Ka F1=再式中F1一一一第一菲涅耳半径;Hc -传播余隙;d一一总路径长度;d1, d2-一一分别为路径障碍点到发射端和接收端的距离;Hs一一地形高度;儿，h2一一分别为两天线的海拔高度;K一一一等效地球半径系数;a一一地球半径;儿，h2, H c H F p d p d2, d及A用相同单位表示。上述参数如图4.6.4-1所示。在TR视线被阻时，Hc为负;视23 线不受阻时，Hc为正。T h, 图4.6.4-1刃形山峰地
11、形剖面示意图如果遇到多个山峰，山峰之间距离较远，必须分别研究每个障碍物的绕射，可以近似认为衰减因子是每个障碍物引人的衰减因子的乘积，用分贝表示则为IV I = L: IV, I (4.6.4-6) 1=1 式中n一一-路径中障碍物个数;IV.I一一第i个障碍物在没有其他障碍物时引人的衰减因子值，dB; IVI一一一总衰减因子，dB。球形障碍物绕射损耗按下式计算:IVI = IV川(1 -去)B)(4.6.4-7) =Jiii:&(1J叫1十4XGU)去0.577砰(4.6.4-9) 24 式中X=d1/d; l=ro/d; F。一一-最小菲涅耳半径g一一地形参数;Vo ()一-Hc等于零时的衰
12、减因子，dB; ro、Hc、F。、矶、dhd和A用相同单位表示。上述参数如图4.6. 4-2所示。图4.6.4-2求ro值示意图R ro数值确定方法如固4.6.4-2所示。在障碍顶点向下截取等于最小菲涅耳半径!J.y=Fo处作一条平行于TR的直线TR，在障碍物上截取的MN即为ro。Vo ()值由图4.6.4-3中曲线求出。4.6.6 画地形剖面图有两种基本方法，即等效地球半径剖面和抛物线弧展平地图方法。宜采用前者。计及大气折射后的地球凸起的高度Hb为H. = 2 一b一2Ka(4.6.6-1) K=生=骂一1一;-(4.6.6-2) a 1十aEEdh 式中K一一定为等效地球半径a.他m)与真
13、实地球半径a(km) 25 H- v IJ -10 -30 一20(m-vvoh陆0.2 0. O. 6 0.8 1 1.2 L.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2. 6 2.,8 3 3.2 严40 0 Vo (dB)的计算图4.6.4-3之比，也称等效地球半径系数p去折射梯度;h一一海拔高度，krn; n 一一折射指数。4. 衰落余量的意义是:为保证信号电平按要求的时间百分数大于等于某个指定电平，应给出信号中值附加的电平值。这个要求的时间百分数就是线路的可靠性。一般取K=4/3来估算L6的中值，但在电路设计中只考虑平均K值是不够的，由于K的变化，有可能使原来不受阻挡的射线受到阻挡，
14、或者使原来受阻射线更为严重，甚至使电路在短时期26 内中断，因此，必须要根据当地出现最低K值的时间和数值来分析。在实际工作中可按下式估计:K=19(4.7) 1 + 6.37 X !J.N X 10-3 式中!:.N-地面上空1km处的折射率与地面折射率之差。图4.7.2提供的K统计值可直接用来估计慢衰落余量。4.8 外部噪声的干扰电波与有用信号的电波一起由天线进入接收机是通信质量下降的重要因素之一。在遥测频率上，必须考虑的外部噪声主要指人为噪声，人为噪声源可以来自电力线、工业电机、引挚系统、汽车点火等等。噪声强度是以地点、时间为函数的随机量。一般由统计测试给出。现场实测表明，目前现有的平均人
15、为噪声的频率特性曲线给出的数值同现场实测值差别很大，因此，最好现场测试。外部噪声或干扰的影响可以用接收机输出端信噪比降低来衡量。这意味着，为了达到额定的信噪比，在实际通信环境中所需的接收机的最小输入功率将比实验室测得的数值大。也就是说，外噪声的存在降低了接收机的实际灵敏度。外噪声系数NF，可由等效到接收机输入端的外噪声功率关系式求得，即P ne = ICToB,NF, (4.8-1) 总的有效噪声系数为NF = NF, + NFe - 1 (4.8-2) NF分贝值与NF，分贝值之差即为恶化量D。式中p.e -接收机输入端的外噪声功率，dBW; NF一一有效噪声系数zNF，一一接收机内部噪声系
16、数;NF.-等效到接收机输入端的外部噪声系数;K一一波耳兹曼常数，1. 33X10-23; To一一绝对温度，通常取2930K;B, -接收机通频带，Hz; D一一外噪声恶化量，dB。27 4.10 本规定中定义电路余量M可用下式描述:M = Gs - Lh - .1VF - Qn (4.10-1) Gs = P, + G，十Gr- Lf Lfr - Pth (4.10-2) 式中Gs-一二系统增益，dBW; L-一二路径损耗，dB; .1VF一一-衰落余量，dB; Qn二一外噪声综合恶化量，即外噪声恶化量D与中继恶化量之和，dB; Ph二一接收机门限电平或接收机灵敏度所要求的输入电平，dBW。为防止设备运行中参数可能变化所导致的可靠性下降，以及为保证遥测设备在安装、调试、维修时能进行正常通话，本规定要求测站电路余量M5dB。28 hm-gFd 书号:1580124 86 定价:3.50 元
