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摘 要：共轴双旋翼构型直升机通过上、下两副旋翼反向旋转来相互抵消反扭矩，提高功率利用效率，实现直升机的高速、高机动飞行，从而适应未来的应用需求。卫星通信具有通信距离远、覆盖范围广、信道传输稳定、组网方便灵活、使用不受地理条件限制等一系列优点，是共轴双旋翼直升机实现山区、丛林、丘陵等复杂环境下超视距通信的主要方式。相比于常规构型直升机，共轴双旋翼直升机在飞行过程中旋翼遮挡卫星通信信号更复杂，将严重影响卫星通信信号的接收，因此有必要对共轴双旋翼直升机环境下卫星通信信号遮挡模型进行研究，从而便于共轴双旋翼直升机卫星通信系统设计人员根据遮挡模型进一步设计可靠的卫星通信体制。
关键词：卫星通信;直升机;共轴双旋翼遮挡;理论模型
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。
一、旋翼遮挡情况分析
1.1遮挡模型
直升机卫星通信天线可以安装在旋翼上方、尾梁或机体两侧。其中，天线安装在旋翼上方时不存在天线面被遮挡的问题，其他两种安裝方式在旋翼旋转过程中，当卫星波束对旋翼的阴影扫过天线面时会对天线面形成遮挡。天线安装在机体尾梁是典型的安装方式，通过对这种情况进行分析，找出旋翼遮挡对卫星通信的影响因素。直升机旋翼由浆榖和安装在上面的浆叶构成，旋翼周期性地越过天线面，遮挡卫星的人射波束。
在每个遮挡周期内，旋翼对天线的遮挡情况可以分为不遮挡、部分遮挡和全遮挡挡3个阶段。波束人射区域越接近桨激，缝隙区域越小，周期内有效的通信时间越短。
1.2挡时间比率及影响因素分析
卫星通信的有效时间就是相对于无线面和卫星连线的旋翼縫隙时间9无遮揖时间比率定义为不存在旋翼遮挡的时间与旋翼遮挡阀期的比值，无遮挡时间比率越小，卫星通信的有效通信时间就越短，信号衰减就会越严重。最有效的设计就是淮确地检测出无遮挡的缝隙，在旋翼缝隙期间迸行数据传输，实现最优通信效果。
二、克服旋翼遮挡问题的方法
2.1旋翼同步突发
返向链路是指机载站发射信号经卫星转发至地面站的信息传输链路。机载站在发送时，首先检测旋翼缝隙，预测突发时间窗口，然后周期性的在旋翼同步缝隙中将通信信息突发出去。预测的时间窗口大小决定可发送的数据帧数，一般会保留一定的余量，防止在每个窗口数据帧数都发生变化。当窗口时间发生较大变化时，可发送的数据帧数随之改变。地面站接收到机载站的突发帧后，首先采用快速同步解调技术恢复出每次突发的数据，然后根据帧序号拼接出完整的数据包。
2.2纠错编译码方案
采用上述应对旋翼遮挡的方法，配合合适的信道纠错码方案可以显著改善系统传输性能，有效降低信号解调门限，实现低信噪比条件下的解调。直升机卫星通信采用的纠错编码方案主要有LDPC码和纠删码两类。采用LDPC码是考虑到直升机旋翼遮挡造成成片信号衰减，而LDPC码具有天然的交织特性，可以抵挡直升机旋翼遮挡的影响，不丢失信息，同时具有纠错性能好，复杂度低的特点。
采用纠删码是考虑当旋翼转速一定时，信息被遮挡的概率是独立、等概率的，同时，遮挡的信息位置是可以检测的，即为删除错误，把这种信道环境考虑为删除信道，采用纠删码可以纠正这些删除错误。发射端将信息编码后分成多个数据包，组成多个子帧进行发射，只要接收方接收到一定数量的编码数据包，运用适当的译码方法就可重构源数据包，从而有效地抵挡旋翼遮挡。
2.3组帧重发策略
前向链路，指从地面站发射信号经卫星转发到达直升机机载站的信息传输链路。在前向链路方向，由于地面站无法及时获取当前机载站天线遮挡情况，为了确保機载解调器能够完整的接收到一帧数据，地面调制器必须采用连续重复发送的方式，保证能在旋翼遮挡缝隙内接收到有效数据。在设计传输帧长时要保证在一个遮挡周期内至少包含两个完整的数据帧，解调端通过在接收到的数据中找到完整子帧的序号，拼接出原始的帧排列，进而完成信息的接收。地面站的组帧重发策略是影响数据传输性能和效率的关键因素。
2.3.1前向链路帧结构设计
前向链路帧结构设计采用组帧重复的方式：每帧包括首发帧和重发帧，首发帧和重发帧发送同样的数据，以便接收端恢复数据。首发帧和重发帧都包含若干子帧。子帧长度不宜过长也不宜过短，过长将影响接收端数据恢复，过短将会降低传输效率。设计子帧的数据长度和每帧包含的子帧数受遮挡周期和信道速率的约束。设计一般准则是：每帧的持续时间要大于遮挡时间，小于非遮挡时间。
2.3.2旋翼遮挡检测
前向链路信号的分集接收和返向链路组帧突发传输需要及时地检测旋翼遮挡缝隙。通过对地面站发送的连续载波信号接收电平和信噪比变化情况的检测，可以判断出旋翼对天线的遮挡情况。
缝隙检测算法一般采用能量和信噪比估计的方式。机载解调器对接收信号能量和信噪比做一定时长的估计并做适当的滑动平均，从中找出最大值，作为比较的参考基准，设置发送门限，如果当前统计的信号电平功率值大于门限，判定为无遮挡时间。
结语
本文针对共轴双旋翼直升机旋翼遮挡卫星通信信号问题，结合直升机单旋翼卫星通信信号遮挡模型，提出了共轴双旋翼卫星通信信号遮挡理论模型。试验结果表明，本文提出的模型正确可靠，可适用于各种共轴双旋翼直升机，对共轴双旋翼直升机卫星通信系统设计具有指导意义。
参考文献：
[1]苟晓刚，邱金蕙，江会娟.直升机卫星通信中旋翼遮挡天线问题研究[J].无线电通信技术，2013，39（01）：55-58.
[2]陈亮，王召.直升机环境下北斗信号旋翼遮挡问题研究[J].无线电工程，2015，45（8）：80-82.
关键词：卫星通信;直升机;共轴双旋翼遮挡;理论模型
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。
一、旋翼遮挡情况分析
1.1遮挡模型
直升机卫星通信天线可以安装在旋翼上方、尾梁或机体两侧。其中，天线安装在旋翼上方时不存在天线面被遮挡的问题，其他两种安裝方式在旋翼旋转过程中，当卫星波束对旋翼的阴影扫过天线面时会对天线面形成遮挡。天线安装在机体尾梁是典型的安装方式，通过对这种情况进行分析，找出旋翼遮挡对卫星通信的影响因素。直升机旋翼由浆榖和安装在上面的浆叶构成，旋翼周期性地越过天线面，遮挡卫星的人射波束。
在每个遮挡周期内，旋翼对天线的遮挡情况可以分为不遮挡、部分遮挡和全遮挡挡3个阶段。波束人射区域越接近桨激，缝隙区域越小，周期内有效的通信时间越短。
1.2挡时间比率及影响因素分析
卫星通信的有效时间就是相对于无线面和卫星连线的旋翼縫隙时间9无遮揖时间比率定义为不存在旋翼遮挡的时间与旋翼遮挡阀期的比值，无遮挡时间比率越小，卫星通信的有效通信时间就越短，信号衰减就会越严重。最有效的设计就是淮确地检测出无遮挡的缝隙，在旋翼缝隙期间迸行数据传输，实现最优通信效果。
二、克服旋翼遮挡问题的方法
2.1旋翼同步突发
返向链路是指机载站发射信号经卫星转发至地面站的信息传输链路。机载站在发送时，首先检测旋翼缝隙，预测突发时间窗口，然后周期性的在旋翼同步缝隙中将通信信息突发出去。预测的时间窗口大小决定可发送的数据帧数，一般会保留一定的余量，防止在每个窗口数据帧数都发生变化。当窗口时间发生较大变化时，可发送的数据帧数随之改变。地面站接收到机载站的突发帧后，首先采用快速同步解调技术恢复出每次突发的数据，然后根据帧序号拼接出完整的数据包。
2.2纠错编译码方案
采用上述应对旋翼遮挡的方法，配合合适的信道纠错码方案可以显著改善系统传输性能，有效降低信号解调门限，实现低信噪比条件下的解调。直升机卫星通信采用的纠错编码方案主要有LDPC码和纠删码两类。采用LDPC码是考虑到直升机旋翼遮挡造成成片信号衰减，而LDPC码具有天然的交织特性，可以抵挡直升机旋翼遮挡的影响，不丢失信息，同时具有纠错性能好，复杂度低的特点。
采用纠删码是考虑当旋翼转速一定时，信息被遮挡的概率是独立、等概率的，同时，遮挡的信息位置是可以检测的，即为删除错误，把这种信道环境考虑为删除信道，采用纠删码可以纠正这些删除错误。发射端将信息编码后分成多个数据包，组成多个子帧进行发射，只要接收方接收到一定数量的编码数据包，运用适当的译码方法就可重构源数据包，从而有效地抵挡旋翼遮挡。
2.3组帧重发策略
前向链路，指从地面站发射信号经卫星转发到达直升机机载站的信息传输链路。在前向链路方向，由于地面站无法及时获取当前机载站天线遮挡情况，为了确保機载解调器能够完整的接收到一帧数据，地面调制器必须采用连续重复发送的方式，保证能在旋翼遮挡缝隙内接收到有效数据。在设计传输帧长时要保证在一个遮挡周期内至少包含两个完整的数据帧，解调端通过在接收到的数据中找到完整子帧的序号，拼接出原始的帧排列，进而完成信息的接收。地面站的组帧重发策略是影响数据传输性能和效率的关键因素。
2.3.1前向链路帧结构设计
前向链路帧结构设计采用组帧重复的方式：每帧包括首发帧和重发帧，首发帧和重发帧发送同样的数据，以便接收端恢复数据。首发帧和重发帧都包含若干子帧。子帧长度不宜过长也不宜过短，过长将影响接收端数据恢复，过短将会降低传输效率。设计子帧的数据长度和每帧包含的子帧数受遮挡周期和信道速率的约束。设计一般准则是：每帧的持续时间要大于遮挡时间，小于非遮挡时间。
2.3.2旋翼遮挡检测
前向链路信号的分集接收和返向链路组帧突发传输需要及时地检测旋翼遮挡缝隙。通过对地面站发送的连续载波信号接收电平和信噪比变化情况的检测，可以判断出旋翼对天线的遮挡情况。
缝隙检测算法一般采用能量和信噪比估计的方式。机载解调器对接收信号能量和信噪比做一定时长的估计并做适当的滑动平均，从中找出最大值，作为比较的参考基准，设置发送门限，如果当前统计的信号电平功率值大于门限，判定为无遮挡时间。
结语
本文针对共轴双旋翼直升机旋翼遮挡卫星通信信号问题，结合直升机单旋翼卫星通信信号遮挡模型，提出了共轴双旋翼卫星通信信号遮挡理论模型。试验结果表明，本文提出的模型正确可靠，可适用于各种共轴双旋翼直升机，对共轴双旋翼直升机卫星通信系统设计具有指导意义。
参考文献：
[1]苟晓刚，邱金蕙，江会娟.直升机卫星通信中旋翼遮挡天线问题研究[J].无线电通信技术，2013，39（01）：55-58.
[2]陈亮，王召.直升机环境下北斗信号旋翼遮挡问题研究[J].无线电工程，2015，45（8）：80-82.