运载火箭在飞行过程中与地面站通信时，受地球曲率的影响，火箭与地面站之间由于地球表面的遮挡，只在一定的飞行时间内可见，因此必须布置多个地面测控站才能完成不间断测控。利用中继星作为通信中继，在火箭发射的全程中，火箭与中继星都视线可见，可以进行连续通信。

    为了保证信息的畅通，中继星接收到的火箭发射信号电平必须要有一定的安全裕量。火箭在飞行中电磁波需要穿过大气层、电离层等，通信链路中主要存在以下的衰减：自由空间衰减、大气衰减、火焰衰减、极化衰减、天线指向误差损耗、雨衰等。本文对火箭飞行过程中，S波段箭载相控阵卫星数据链的安全裕度进行了分析。
1 链路模型[1]
    运载火箭和中继星通信链路如图1所示。整个通信链路由发射机、发射天线、空间链路、接收天线、接收机等组成，其中空间链路衰减为：自由空间衰减、大气衰减、火焰衰减、极化衰减、天线指向衰减、雨衰等。

    为了保证接收到的信号能在接收机端被正确地接收，必须要满足一定的载噪比，同时为了可靠传输，还需要有一定的裕量M，接收机端的信噪比为：
 
2.2 大气衰减Latm[2]
    根据ITU-R P.676-6 大气衰减参考建议，在海拔高度小于10 km的情况下，可以根据严格的测试曲线结果进行拟合，得到单位距离上大气（氧和水蒸气）对电磁波的衰减量。频率在S波段时，水和氧分子对电磁波的吸收率约为0.006 2 dB/km。大气层总质量的90%集中在离地球表面15 km高度以内，总质量的99.9%集中在地球表面50 km高度以内。
    假设大气层的高度为20 km，当垂直穿过大气层时，引起的衰减为0.006 2×20=0.124 dB,当仰角为Φ时，则衰减为0.124/sin(Φ)，一般仰角必须大于15°，因此大气引起的衰减最大不超过1.422 dB。
2.3 火焰衰减Lfla[3]
    火箭发动机的喷焰是一种不均匀的等离子体，它具有很高的电子浓度，且湍动异常剧烈，所以电信号通过火焰时会受到严重的影响。
　　火焰影响除了与信号的工作频率、测量站的位置等有关外，主要取决于火焰的电参数（电子碰撞频率v和电子浓度N），通常用?琢0表示频率为w的无线信号在喷焰中的衰减常数，即：
　 
式中，±4XTXR项中的符号取决于接收电波极化旋转方向与接收设备所要求的是否一致，一致时取正，相反时取负值。当XT=XR，α=0且同旋向时，Lp=0,这是极化匹配的条件；当XT=XR，α=90°且反旋向时，这是极化失配情况。接收天线极化轴比为2 dB，发射天线不同的轴比，不同的方向夹角下引起的极化衰减如图2所示。

2.6 降雨引起的衰减Lrain
    雨衰是由于雨滴吸收能量并把能量散射出无线电波束之外而引起的。在长度为r0的传播路径上，降雨引起的总的衰减AR与沿电路的雨衰减?酌R(r)(dB/km)有如下关系式：
    
    从图6~图8可以看出，FM体制的已经完全没有链路裕度，而BPSK和QPSK最大也只有1.6 dB。

    如果按发射功率为10 W,链路裕度为6 dB，卫星接收机的G/T值为5.7,天线增益为18 dB，要想传输码速率为1 Mb/s的信号是不可行的。如果采用BPSK或QPSK体制， 则可以采用增大发射功率到38 W或天线增益为23.85 dB的办法来实现。
    在其他参数相同的情况下，采用BPSK或QPSK可以比FM体制的发射功率小20 W左右，天线增益可以小2.66 dB左右。
参考文献
[1] PRATT T,BOSTIAN C,ALLNUTT J.卫星通信[M].甘良才,译.北京:电子工业出版社, 2005:215-230.
[2] ITU-R P.676-6-2005, Attenuation by atmospheric gases[S].
[3] 李环. 运载火箭发动机火焰衰减仿真研究[J]. 导弹与航天运载技术,2007(4):10-12,28.
[4] 中国人民解放军总装备部军事训练教材编辑工作委员会.天地通信技术[M]. 北京:国防工业出版社, 2002.
272-290.