導(dǎo)語：如何才能寫好一篇衛(wèi)星通信系統(tǒng)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

數(shù)字式PID算法有兩種類型，分別為增量型PID算法和位置型PID算法。在本系統(tǒng)中采用的是位置型PID算法。入口參數(shù)為角度誤差量，即系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)理論角度值與碼盤反饋的角度差值送給e(k)。傳統(tǒng)PID算法雖然原理比較簡(jiǎn)單，控制較為靈活，但在實(shí)際的應(yīng)用中還是存在一些問題的。如在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，短時(shí)間內(nèi)有很大的偏差，會(huì)引起積分飽和，造成較大的超調(diào)；而微分環(huán)節(jié)的引入會(huì)使系統(tǒng)對(duì)于干擾變得特別敏感，造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。下面針對(duì)這些問題提出幾種改進(jìn)方法。

2PID算法中積分項(xiàng)的改進(jìn)

在PID函數(shù)實(shí)際應(yīng)用過程中，為了克服積分飽和現(xiàn)象，通常可以采用積分分離、積分限幅和不完全積分的克服方法。積分分離的實(shí)現(xiàn)方法是在偏差值不大時(shí)對(duì)積分項(xiàng)累加，而在偏差值較大時(shí)不對(duì)該值累加，這樣可以防止偏差大時(shí)過大的PID輸出控制量，避免了積分飽和現(xiàn)象[6]。積分限幅的基本方法是當(dāng)積分項(xiàng)累計(jì)到某個(gè)較大的值時(shí)，不再繼續(xù)對(duì)積分值進(jìn)行累加，保持該積分值不變，下一次的積分值取上一次的積分值，直至出現(xiàn)符號(hào)相反的入口值時(shí)才繼續(xù)對(duì)積分項(xiàng)進(jìn)行累加[7]。由此可見，采用不完全積分方法后，積分環(huán)節(jié)的輸出量在第一個(gè)周期會(huì)迅速的增大，但此后其增長(zhǎng)速度不斷減慢，最后會(huì)趨向一個(gè)有限值，然而完全積分是趨向無窮大的。因此完全積分容易出現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象，從而導(dǎo)致其特性變差[8]。

3PID算法中微分項(xiàng)的改進(jìn)

微分項(xiàng)的引入會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)干擾擾動(dòng)特別敏感。原因在于當(dāng)e(k)為階躍函數(shù)時(shí)，微分項(xiàng)的輸出僅在一開始起作用，對(duì)于時(shí)間控制比較長(zhǎng)的情況，它的超前控制作用會(huì)變得很小[9]。在此提出的改進(jìn)方法就是采用不完全微分的方法。由此可見，采用不完全微分方法之后，微分環(huán)節(jié)的輸出量在第一個(gè)采樣周期內(nèi)的脈沖高度會(huì)降低，然后按(0)dkau的規(guī)律逐漸衰減。因此不完全微分能有效克服傳統(tǒng)PID算法對(duì)擾動(dòng)敏感的不足，從而具有較為理想的控制特性[10]。綜上所述，具有不完全微分、不完全積分的PID控制器如圖4所示。

4結(jié)論

將不完全積分、不完全微分的PID算法應(yīng)用到實(shí)際的船載衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時(shí)分別測(cè)量出具體數(shù)據(jù)。以實(shí)測(cè)出的數(shù)據(jù)做為輸入量，將控制量u(k)和誤差e(k)用Origin軟件進(jìn)行繪圖，得到下面的圖形[11]。從圖5和圖6可以看出，運(yùn)用PID算法控制的電機(jī)在經(jīng)過一開始短暫的閉環(huán)控制后，控制量保持平穩(wěn)，誤差幾乎為0，達(dá)到了我們的要求[12]。

5結(jié)束語

篇2

關(guān)鍵詞：通信工程，寬帶，海事衛(wèi)星

航海運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展，能夠?yàn)橘Q(mào)易工作和國(guó)際交流提供便捷，同時(shí)有助于拉動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的提升。航海運(yùn)輸會(huì)面臨較多的風(fēng)險(xiǎn)因素，尤其是海上環(huán)境變幻莫測(cè)，容易導(dǎo)致危險(xiǎn)事故的發(fā)生，威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。只有對(duì)多種航海數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析，明確船舶的航行狀況，才能夠做好充足的準(zhǔn)備工作，防止海事風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。隨著技術(shù)水平的提升，寬帶海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)逐步得到應(yīng)用，可以充分發(fā)揮高通量寬帶衛(wèi)星和地面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用，為海航運(yùn)輸提供可靠的保障。通過有效的互聯(lián)網(wǎng)接入，可以滿足工作中的個(gè)性化與多元化需求。相較于其他技術(shù)而言，該技術(shù)在抗干擾性能和穩(wěn)定性等方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，在應(yīng)用中應(yīng)該掌握技術(shù)要點(diǎn)，制定切實(shí)可行的技術(shù)方案。

1 寬帶海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述

1.1 基本構(gòu)成

海事VSAT和第五代海事衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)FX，是當(dāng)前寬帶海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本類型，在提供通信服務(wù)時(shí)具有全天候、全球性和穩(wěn)定性等特點(diǎn)，能夠?qū)Υ笪餮?、太平洋和印度洋等?shí)現(xiàn)全面覆蓋，在海陸空的安全通信和日常通信中應(yīng)用較多[1]?？臻g衛(wèi)星在Ka頻段運(yùn)行，包括可旋轉(zhuǎn)高容量荷載和全球荷載，能夠通過多個(gè)信道和點(diǎn)波束增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行性能，促進(jìn)通信能力的提升。為了能夠有效應(yīng)對(duì)極端天氣的影響，關(guān)口站數(shù)量通常設(shè)置為兩個(gè)。同時(shí)在收發(fā)及處理信號(hào)時(shí)借助于移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)，滿足互聯(lián)網(wǎng)訪問和視頻傳輸?shù)男枨蟆?/p>

1.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

Ka波段通信是寬帶海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本特點(diǎn)，能夠保障良好通信寬帶，上傳5Mbps和下載50Mbps大大提高了傳輸速率。A、B、M、F終端、第四代衛(wèi)星FB終端和第五代衛(wèi)星GX等，是當(dāng)前移動(dòng)終端的基本類型，尤其是第五代海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的應(yīng)用，使得寬帶優(yōu)勢(shì)得到體現(xiàn)[2]。

2 寬帶海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與技術(shù)特點(diǎn)

2.1 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

Ka波段的應(yīng)用，是寬帶海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本特點(diǎn)，大大擴(kuò)大了覆蓋范圍，寬帶速率達(dá)到了上行5Mbps和下行50Mbps，滿足用戶終端的需求。尤其是衛(wèi)星波束的不同，滿足終端在不同場(chǎng)景下的使用需求，通過流暢的切換提高通信質(zhì)量。在通信熱備份保障中，第四代衛(wèi)星FB的應(yīng)用效果較好，使得整個(gè)系統(tǒng)的功能得到強(qiáng)化。在該系統(tǒng)中還實(shí)現(xiàn)了第四代海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)和第五代海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的融合，在不同服務(wù)當(dāng)中通過自由切換保障通信效率與質(zhì)量[3]。同時(shí)與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)備共同發(fā)揮系統(tǒng)功能，網(wǎng)絡(luò)路由的選擇更加快捷，在增強(qiáng)其可靠性的同時(shí)，能夠獲得高速數(shù)據(jù)。雨衰的增大是由于降雨而引起，會(huì)導(dǎo)致五代衛(wèi)星Ka波段高頻信號(hào)的傳輸受到嚴(yán)重影響，此時(shí)能夠通過識(shí)別故障問題，向第四代衛(wèi)星終端進(jìn)行自動(dòng)切換，保障網(wǎng)絡(luò)路由的良好運(yùn)行效果。如果降雨停止，那么就會(huì)再次完成自動(dòng)切換，發(fā)揮第五代衛(wèi)星終端的功能。

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

Ka波段的應(yīng)用，是改善系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。尤其是與傳統(tǒng)的C、K頻段相比較而言，具有多樣化的可用頻率資源，因此可以滿足不同服務(wù)功能需求，其頻率在3.5GHz左右。對(duì)于頻率利用率的提升，可以借助于點(diǎn)波束實(shí)現(xiàn)，相較于以往而言能夠提高20 倍，因此能夠有效降低運(yùn)行成本，同時(shí)擴(kuò)大了通信容量。在增益上的優(yōu)勢(shì)，也是Ka波段衛(wèi)星信號(hào)的基本特點(diǎn)，因此可以大大減小用戶終端的體積，為用戶提供便捷。運(yùn)用Ka波段衛(wèi)星系統(tǒng)時(shí)，需要重視關(guān)口站的應(yīng)用，增強(qiáng)信息網(wǎng)絡(luò)的整體性，使用戶本地化接入和饋電鏈路頻率服用功能得到優(yōu)化。高效化運(yùn)用了頻率復(fù)用和點(diǎn)波束，因此在容量上得到了擴(kuò)展，在200Gb/s左右[4]。受到地面通信系統(tǒng)工作頻率的影響較小，因此有效增強(qiáng)了寬帶海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的抗干擾性能，這也是提高通信質(zhì)量的關(guān)鍵。雨衰問題的存在，會(huì)對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用造成一定限制，因此需要引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)手段進(jìn)行控制。

3 寬帶海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用措施

3.1 視頻監(jiān)控與視頻會(huì)議

船舶在海上航行時(shí)會(huì)面臨較多的風(fēng)險(xiǎn)因素威脅，只有做好安全管理，才能為人們創(chuàng)造良好的環(huán)境條件。應(yīng)該增進(jìn)與岸上指揮中心的交流溝通，從而對(duì)海上情況進(jìn)行全面分析，以便采取針對(duì)性解決措施。尤其是在遇到海盜襲擊等安全問題時(shí)，需要加強(qiáng)各部門的安排部署，降低在航行過程中的風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)用寬帶海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)進(jìn)行視頻監(jiān)控與視頻會(huì)議，是提升安全性的關(guān)鍵措施。衛(wèi)星鏈路傳輸、船舶本地視頻采集、岸上控制及顯示，是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要組成部分。其中，硬盤錄像機(jī)是該系統(tǒng)中的關(guān)鍵構(gòu)成，應(yīng)用于駕駛臺(tái)當(dāng)中，通過有效連接艙外云臺(tái)攝像機(jī)，能夠達(dá)到持續(xù)錄像的目的[5]。運(yùn)用視頻監(jiān)控系統(tǒng)，能夠在錄像保存中真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化處理，指揮中心能夠以遠(yuǎn)程手段獲得錄像視頻，確保傳輸?shù)姆€(wěn)定性及高效性。衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)在實(shí)時(shí)畫面的獲取中更具可靠性，能夠增進(jìn)指揮中心和船舶的密切聯(lián)系，監(jiān)控視頻畫面也可以通過家是臺(tái)中的視頻監(jiān)視器進(jìn)行獲取，防止信息溝通不暢引起的問題。視頻會(huì)議終端設(shè)備在會(huì)議室中的應(yīng)用，可以通過輸入船上視頻監(jiān)控畫面，連接指揮中心視頻會(huì)議，因此可以確保會(huì)議的順利開展，通過岸上與海上的交流互動(dòng)實(shí)時(shí)掌控船舶的運(yùn)行狀況。

3.2 船員WiFi上網(wǎng)

由于在海上生活十分漫長(zhǎng)，船員與家人長(zhǎng)期分隔，只有通過互聯(lián)網(wǎng)才能拉近彼此之間的關(guān)系，滿足船員的實(shí)際需求。因此，應(yīng)該運(yùn)用寬帶海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)改善上網(wǎng)條件，使平板、智能手機(jī)和筆記本等終端設(shè)備的功能得到充分發(fā)揮。WiFi上網(wǎng)應(yīng)該消除時(shí)間和空間等限制性因素，使船員的上網(wǎng)能夠更加便捷。相較于陸地網(wǎng)絡(luò)而言，衛(wèi)星通信系統(tǒng)的寬帶一般較低，應(yīng)該以船舶的安全航行為基礎(chǔ)，優(yōu)化WiFi上網(wǎng)。應(yīng)該明確FX衛(wèi)星通信鏈路的基本特征，運(yùn)用集中式認(rèn)證管理的方式，對(duì)上網(wǎng)環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，在此過程中需要借助于無線控制路由器。做好船上網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和、辦公網(wǎng)絡(luò)、WiFi上網(wǎng)、船載終端、地面站、系統(tǒng)管理認(rèn)證平臺(tái)之間的有效銜接，保障良好的通信質(zhì)量[6]。

3.3 機(jī)載衛(wèi)星寬帶接入服務(wù)

為了能夠提供可靠的全程通信接入服務(wù)，應(yīng)該明確寬帶海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)在機(jī)艙中的重要性，滿足國(guó)際航班和國(guó)內(nèi)航班的不同需求。除了能夠滿足多媒體通信需求，還能夠?yàn)閼?yīng)急通信、交通管制和飛機(jī)導(dǎo)航等工作提供依據(jù)，通過可靠的寬帶接入，能夠使各類信息數(shù)據(jù)的傳輸更加高效，包括了客艙乘客狀態(tài)信息和駕駛艙信息等。無論是乘客還是飛行員，都能借助于寬帶海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全面管理，提高衛(wèi)星通信的性能，通過一個(gè)集成包管理多個(gè)業(yè)務(wù)，比如飛行數(shù)據(jù)、語音、天氣預(yù)報(bào)等。飛前申報(bào)和許可、位置報(bào)告、短信服務(wù)和氣象信息的獲取等，都會(huì)由于寬帶海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的應(yīng)用而更加便捷。

4 結(jié)語

寬帶海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)包括了空間衛(wèi)星、關(guān)口站和移動(dòng)終端等各個(gè)部分，系統(tǒng)的高效化運(yùn)轉(zhuǎn)能夠有效增強(qiáng)海事工作安全性，實(shí)現(xiàn)指揮中心與船舶的密切聯(lián)系，降低航行的風(fēng)險(xiǎn)隱患。該技術(shù)應(yīng)用了高頻段和點(diǎn)波束等，同時(shí)具有較大的容量，因此可以保障系統(tǒng)的良好性能。在實(shí)踐工作當(dāng)中，主要是通過視頻監(jiān)控與視頻會(huì)議、船員WiFi上網(wǎng)和機(jī)載衛(wèi)星寬帶接入服務(wù)等滿足工作要求，保障通信傳輸?shù)馁|(zhì)量與效率。

參考文獻(xiàn)

[1]高迎.寬帶海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本特點(diǎn)及應(yīng)用[J].數(shù)字通信世界，2020(07):190-191.

[2]劉偉.便攜式海事衛(wèi)星寬帶通信終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].四川：電子科技大學(xué)，2020.

[3]林菡.寬帶海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)技術(shù)的基本特點(diǎn)及應(yīng)用[J].中國(guó)新通信，2019，21(23):18.

[4]馬進(jìn)華.寬帶海事衛(wèi)星通信在我國(guó)的發(fā)展與應(yīng)用[J].中國(guó)新通信，2018，20(15):91-92.

篇3

(電子科技大學(xué)成都學(xué)院，四川 成都 611731）

【摘要】本文介紹一種基于北斗的衛(wèi)星移動(dòng)通信試驗(yàn)系統(tǒng)。這是一個(gè)利用我國(guó)北斗衛(wèi)星的冗余資源的支持話音和低速數(shù)據(jù)的小容量系統(tǒng)，它可以在某些關(guān)鍵時(shí)刻和特殊環(huán)境下起到重要而不可替代的作用。同時(shí)，在試驗(yàn)系統(tǒng)這一平臺(tái)上，還可以對(duì)下一階段建立的GEO衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)研究。基于“北斗”的衛(wèi)星移動(dòng)通信試驗(yàn)系統(tǒng)將以我國(guó)低EIRP的“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星資源為空間段，建立我國(guó)的衛(wèi)星移動(dòng)通信試驗(yàn)系統(tǒng)。系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：由我國(guó)北斗衛(wèi)星冗余資源支持的空間段；具有系統(tǒng)接續(xù)控制和交換能力、并與地面公用網(wǎng)接口的地面段；以及有較高天線增益的應(yīng)用段。

關(guān)鍵詞 北斗衛(wèi)星；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；空中接口

作者簡(jiǎn)介：胡曼青（1980—），女，四川成都人，電子科技大學(xué)成都學(xué)院，講師，研究方向?yàn)橥ㄐ排c信息系統(tǒng)。

1系統(tǒng)總體架構(gòu)

（1）在分析“北斗”衛(wèi)星現(xiàn)有冗余資源的基礎(chǔ)上，利用“北斗”衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器作為空間段；

（2）地面段包括綜合信關(guān)站、地面運(yùn)控站、信標(biāo)站等；

（3）應(yīng)用段包括三類用戶終端（便攜式、車載式、固定式），實(shí)現(xiàn)用戶終端之間、用戶終端與地面通信網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)互通。

1.1系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）利用我國(guó)北斗衛(wèi)星冗余資源支持的空間段；

（2）具有系統(tǒng)接續(xù)控制和交換能力、并與地面公用網(wǎng)接口的信關(guān)站；

（3）具有創(chuàng)新型高技術(shù)應(yīng)用的移動(dòng)終端；

（4）具有移動(dòng)通信系統(tǒng)空中接口規(guī)范、完整的信令體系和安全保密體制。

1.2系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由空間段、地面段和應(yīng)用段組成，見下圖：

圖1系統(tǒng)組成

空間段：利用北斗衛(wèi)星所搭載的轉(zhuǎn)發(fā)器實(shí)現(xiàn)用戶與用戶、用戶與信關(guān)站間信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)。

應(yīng)用段：即用戶終端，將可識(shí)別的信息（語音、數(shù)據(jù)、短消息）處理成可在空間傳輸?shù)?、符合系統(tǒng)要求的無線信號(hào)，并向衛(wèi)星發(fā)射；同時(shí)，將衛(wèi)星發(fā)射（轉(zhuǎn)發(fā)）來的符合系統(tǒng)要求的空間無線信號(hào)接收處理成可識(shí)別的信息（語音、數(shù)據(jù)、短消息）。

用戶終端有三種形式：

（1）固定式用戶終端：在固定地點(diǎn)使用；

（2）便攜式用戶終端：可搬移，機(jī)動(dòng)性好；

（3）車載式用戶終端：可在運(yùn)動(dòng)中使用，實(shí)現(xiàn)動(dòng)中通。

地面段：由信標(biāo)站、地面運(yùn)控系統(tǒng)和綜合信關(guān)站組成。綜合信關(guān)站是試驗(yàn)系統(tǒng)與地面通信網(wǎng)之間的匯接交換中心，負(fù)責(zé)與PSTN（Public Switched Telephone Network 公共交換電話網(wǎng)）之間的接口，完成認(rèn)證與授權(quán)、資源管理、協(xié)議轉(zhuǎn)換、呼叫控制、計(jì)費(fèi)處理以及移動(dòng)終端之間、移動(dòng)終端與PSTN之間的互聯(lián)互通。

2系統(tǒng)空中接口

2.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上，系統(tǒng)可劃分為終端和綜合信關(guān)站兩大部分。終端包含用戶識(shí)別模塊，綜合信關(guān)站由收發(fā)系統(tǒng)、業(yè)務(wù)控制系統(tǒng)、衛(wèi)星信號(hào)監(jiān)測(cè)管理、移動(dòng)交換中心等網(wǎng)絡(luò)部件組成，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

用戶話音和數(shù)據(jù)通過業(yè)務(wù)信道在終端和信關(guān)站之間傳輸，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部終端之間相互通信時(shí)，由信關(guān)站轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)，傳輸路徑經(jīng)歷了2跳衛(wèi)星鏈路。當(dāng)衛(wèi)星終端與網(wǎng)外用戶通信時(shí)，信號(hào)經(jīng)歷1跳衛(wèi)星鏈路由信關(guān)站的移動(dòng)交換中心GMSC（Gateway Mobile Switching Center 網(wǎng)關(guān)移動(dòng)交換中心）與PSTN、PLMN（Public Land Mobile Networks公共陸上移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)）和SMC（Sort Message Center）建立連接。同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)單跳延遲大約270毫秒。

2.2衛(wèi)星移動(dòng)終端SMT（Satellite Mobile Terminal）

SMT是基于“北斗”的衛(wèi)星移動(dòng)通信試驗(yàn)系統(tǒng)的用戶終端，用戶使用SMT接入試驗(yàn)網(wǎng)得到所需的通信服務(wù)。

為區(qū)別試驗(yàn)網(wǎng)內(nèi)不同的用戶，使用用戶識(shí)別模塊UIM（User Identity Module）予以識(shí)別。每個(gè)移動(dòng)終端都有各自的衛(wèi)星設(shè)備識(shí)別號(hào)SMEI（Satellite Mobile Equipment Identity）。每個(gè)移動(dòng)用戶都有自己的衛(wèi)星移動(dòng)用戶識(shí)別號(hào)SMSI（Satellite Mobile Subscriber Identity），分別存儲(chǔ)在UIM上和SHLR（Satellite Home Location Register）上。

2.3綜合信關(guān)站SGS（Synthesize Gateway Station）

綜合信關(guān)站由收發(fā)系統(tǒng)、業(yè)務(wù)控制系統(tǒng)、衛(wèi)星資源監(jiān)測(cè)與管理、移動(dòng)交換中心等網(wǎng)絡(luò)部件組成。

2.3.1收發(fā)系統(tǒng)GTS（Gateway Transceiver System）

它受控于GSC，包含射頻子系統(tǒng)和信道處理子系統(tǒng)。射頻子系統(tǒng)完成衛(wèi)星射頻信號(hào)和中頻或基帶信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換功能，信道處理子系統(tǒng)完成信道調(diào)制/解調(diào)、幀處理、交織/解交織、編碼/譯碼和信道映射等功能。它完成GSC與無線信道之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)SMT和GTS之間通過衛(wèi)星傳輸及相關(guān)控制功能。

2.3.2業(yè)務(wù)控制系統(tǒng)GSC（Gateway Service Control）

GSC是地面信關(guān)站的控制部分，它處于GTS和移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心GMSC之間。一個(gè)GSC可以連接和控制幾個(gè)GTS，在試驗(yàn)系統(tǒng)中只有一個(gè)GTS。它的主要功能是無線信道的管理、實(shí)施呼叫和通信鏈路的建立和拆除，移動(dòng)臺(tái)切換管理，話務(wù)量統(tǒng)計(jì)等。

2.3.3衛(wèi)星資源監(jiān)測(cè)與管理SRMM（Satellite Resource Monitor & Management）

衛(wèi)星資源監(jiān)控與管理完成對(duì)衛(wèi)星資源的監(jiān)控與協(xié)調(diào)管理工作，包括了：衛(wèi)星頻譜與信號(hào)監(jiān)測(cè)、衛(wèi)星工作狀況監(jiān)測(cè)與系統(tǒng)管理、運(yùn)行狀況與工作模式管理、信關(guān)站與地面運(yùn)控網(wǎng)進(jìn)行信息交互與處理、天線與射頻狀態(tài)監(jiān)視。

2.3.4移動(dòng)交換中心GMSC(Gateway Mobile Service Switching Center)

移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心由軟交換SS（Soft Switch）、AAA（Authentication Authorization Accounting）服務(wù)器、操作維護(hù)中心OMC（Operation & Maintenance Center）、衛(wèi)星接入網(wǎng)關(guān)SAG（Satellite Access Gateway）、地面接入網(wǎng)關(guān)TAG（Terrestrial Access Gateway）等實(shí)體組成。

①軟交換SS（Soft Switcher）

完成移動(dòng)呼叫接續(xù)、控制、無線資源和移動(dòng)性管理等功能，是衛(wèi)星移動(dòng)通信試驗(yàn)網(wǎng)的核心，同時(shí)也是與地面固網(wǎng)和實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的接口設(shè)備。

②AAA服務(wù)器

認(rèn)證：用戶在使用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的資源時(shí)對(duì)用戶身份的確認(rèn)。

授權(quán)：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)授權(quán)用戶以特定的方式使用其資源。

計(jì)費(fèi)：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)收集、記錄用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的使用，以便向用戶收取資源使用費(fèi)用，或者用于審計(jì)等目的。

AAA服務(wù)器含衛(wèi)星歸屬位置寄存器SHLR（Satellite Home Location Register）與地面移動(dòng)網(wǎng)的HLR類似，SHLR是用來存儲(chǔ)本地用戶位置信息的數(shù)據(jù)庫，每個(gè)衛(wèi)星移動(dòng)用戶必須在某一個(gè)SHLR登記，不同之處是試驗(yàn)網(wǎng)將衛(wèi)星移動(dòng)設(shè)備標(biāo)識(shí)寄存器集成到SHLR之中。登記的主要內(nèi)容有：用戶號(hào)碼、移動(dòng)設(shè)備號(hào)碼、位置信息、業(yè)務(wù)信息等。試驗(yàn)系統(tǒng)暫不考慮衛(wèi)星訪問位置寄存器SVLR（Satellite Visitor Location Register），但設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該留有擴(kuò)充的空間。

③地面接入網(wǎng)關(guān)TAG

地面接入網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)與地面PSTN，PLMN和短消息中心的接口，信令轉(zhuǎn)換，業(yè)務(wù)合成、分解、存儲(chǔ)和傳輸?shù)膶?shí)體。地面接入網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)系統(tǒng)與地面其它網(wǎng)絡(luò)的多種業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換和互通。

④衛(wèi)星接入網(wǎng)關(guān)SAG

衛(wèi)星接入網(wǎng)關(guān)是業(yè)務(wù)控制分系統(tǒng)GSC和移動(dòng)交換中心GMSC的接口實(shí)體。

⑤操作管理中心OMC

OMC是網(wǎng)絡(luò)擁有者對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和操作的功能實(shí)體。

2.4系統(tǒng)接口定義

2.4.1UIM－SMT接口

衛(wèi)星移動(dòng)終端SMT到用戶識(shí)別模塊UIM接口，SMT在注冊(cè)、實(shí)現(xiàn)雙向鑒權(quán)、加密、信息存儲(chǔ)時(shí)要與UIM交互信息和數(shù)據(jù)。

2.4.2S－Um接口

S－Um接口又稱SMT－GS衛(wèi)星空中接口，是衛(wèi)星移動(dòng)試驗(yàn)網(wǎng)的主要接口之一。對(duì)衛(wèi)星移動(dòng)通信而言，大部分信令都是和SMT相關(guān)，S－Um接口傳遞的信息包括了無線資源管理、移動(dòng)性管理和接續(xù)管理等。S－Um接口與衛(wèi)星移動(dòng)通信試驗(yàn)系統(tǒng)采用的體制密切關(guān)聯(lián)，相互決定。

2.4.3Am接口

Am接口是信關(guān)站內(nèi)部GTS和GSC之間的內(nèi)部接口。

2.4.4A接口

A接口是衛(wèi)星地面信關(guān)站和GMSC之間的接口，該接口攜帶關(guān)于信關(guān)站的管理、呼叫處理和移動(dòng)性管理等信息。采用SIP和RTP協(xié)議分別傳輸信令和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過TCP/IP承載傳輸。

2.4.5R接口

R接口為GMSC與AAA之間的接口，GMSC通過該接口向AAA服務(wù)器和SHLR查詢被叫衛(wèi)星移動(dòng)用戶的選路信息，以便確定呼叫路由，呼叫時(shí)對(duì)用戶進(jìn)行鑒權(quán)，并在呼叫結(jié)束時(shí)向AAA發(fā)送計(jì)費(fèi)信息。試驗(yàn)系統(tǒng)的SHLR與信關(guān)站放在一起。

2.4.6P接口

為綜合信關(guān)站的地面接入網(wǎng)關(guān)與地面網(wǎng)絡(luò)的接口，傳遞業(yè)務(wù)及控制信息。

2.5系統(tǒng)通信體制

為了適應(yīng)衛(wèi)星資源，試驗(yàn)系統(tǒng)采用CDMA通信體制。前向信道（衛(wèi)星到終端）和反向信道（終端到衛(wèi)星）各占用不大于8MHz頻譜帶寬。見圖3。

前向和反向信道采用擴(kuò)頻方式，將2.4kbps的數(shù)據(jù)經(jīng)成幀、編碼、交織、加密處理后，由擴(kuò)頻序列將頻譜展寬。

前向信道由以下信道組成：

PICH（Pilot Channel）：前向?qū)ьl信道，為參考信道，終端由它獲取相干解調(diào)及同步信息；

SCH（Synchronization Channel）：同步信道，發(fā)送定時(shí)參數(shù)，系統(tǒng)參數(shù)；

PCH（Paging Channel）：尋呼信道，用于尋呼用戶，發(fā)送短消息和系統(tǒng)消息；

BCH（Broadcast Channel）：廣播信道，為終端提供廣播業(yè)務(wù)；

DSCH（Forward Dedicated Signal Channel）：前向?qū)Ｓ眯帕钚诺?，傳送專用信令，在通信過程中傳輸交換信令；

TCH（Traffic Channel）：業(yè)務(wù)信道，承載語音和短消息業(yè)務(wù)，試驗(yàn)系統(tǒng)使用1～30條。

反向信道由以下信道組成：

RACH（Random Access Channel）：反向隨機(jī)接入信道，用于終端發(fā)起呼叫、被叫和注冊(cè)時(shí)傳輸信令；

RTCH（Reversed Traffic Channel）：反向業(yè)務(wù)信道，承載語音和短消息業(yè)務(wù)；

RDSCH：（Reversed Dedicated Signal Channel）：反向?qū)Ｓ眯帕钚诺?，用于通信過程中交換信令。

前向信道采用正交的Walsh碼區(qū)分用戶和控制信道，碼片速率4.9152Mcps，調(diào)制方式為QPSK，信道編碼為1/3卷積編碼。

反向信道采用隨機(jī)碼區(qū)分用戶，碼片速率4.9152Mcps，調(diào)制方式為HPSK，信道編碼為1/3卷積編碼。

圖3系統(tǒng)通信空中接口

3系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)的工作原理見圖4。

用戶終端對(duì)語音、數(shù)據(jù)、短消息進(jìn)行信息處理、基帶處理、射頻處理形成頻率為L(zhǎng)的射頻信號(hào)后，由天饋單元發(fā)向衛(wèi)星。

衛(wèi)星接收到用戶所發(fā)的信號(hào)后，進(jìn)行放大、變 頻、濾波等處理，經(jīng)C波段天線發(fā)向信關(guān)站。

在綜合信關(guān)站中，由專用C波段天線接收衛(wèi)星發(fā)來的入站信號(hào)，經(jīng)低噪放、下變頻處理成中頻信號(hào)（70MHz），經(jīng)中頻分路后送往兩個(gè)16路解調(diào)器，解調(diào)后數(shù)據(jù)接入本地局域網(wǎng)，通過信令處理與軟交換完成與對(duì)方用戶的連接，建立通信信道。

圖4系統(tǒng)工作原理

圖5移動(dòng)用戶間呼叫基本流程

信息經(jīng)信關(guān)按協(xié)議處理后送往交換機(jī)，交換機(jī)將數(shù)據(jù)送往兩個(gè)16路調(diào)制器，調(diào)制器完成對(duì)數(shù)據(jù)的信息處理、基帶處理、擴(kuò)頻調(diào)制后，形成中頻為70MHz的已調(diào)合路信號(hào)（2個(gè)中頻，各含16路），送往中頻合路器，合路后經(jīng)上變頻處理成S波段信號(hào)，經(jīng)高功率放大（HPA）后，由S波段天線發(fā)向衛(wèi)星。衛(wèi)星收到信關(guān)站所發(fā)的信號(hào)后，進(jìn)行放大、變頻，處理成頻率為L(zhǎng)1/L2的射頻信號(hào)發(fā)向用戶。用戶端接收到衛(wèi)星所發(fā)來的微弱信號(hào)后，經(jīng)低噪放（LNA）、變頻處理成頻率為70MHz的中頻信號(hào)，經(jīng)解調(diào)、信道處理、信息還原后得到對(duì)方所發(fā)的語音、數(shù)據(jù)、短消息等信息格式。

終端接入流程舉例，見圖5。

4結(jié)束語

基于“北斗”的衛(wèi)星移動(dòng)通信試驗(yàn)系統(tǒng)研究開發(fā)是利用現(xiàn)有衛(wèi)星的冗余資源開發(fā)的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)?！氨倍贰笔俏覈?guó)唯一在軌運(yùn)行的擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的L波段衛(wèi)星系統(tǒng)，該試驗(yàn)系統(tǒng)利用其有限的寶貴資源需要進(jìn)行研究和試驗(yàn)，為將來發(fā)展衛(wèi)星通信領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)奠定了一定的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

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篇4

關(guān)鍵詞：QoS；衛(wèi)星通信技術(shù)；關(guān)鍵技術(shù)

現(xiàn)今，網(wǎng)絡(luò)在人們的生活中已經(jīng)成為了不可替代的角色，通信、娛樂、購(gòu)物等都依賴于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，這導(dǎo)致傳統(tǒng)的地面互聯(lián)網(wǎng)覆蓋無法很好地滿足人們不斷變化的需求。衛(wèi)星所具備的覆蓋面是非常廣的，在利用衛(wèi)星的基礎(chǔ)上構(gòu)建了衛(wèi)星通信系統(tǒng)，以便于滿足人們的需求。衛(wèi)星通信系統(tǒng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，速度是非?？斓?，但是隨著業(yè)務(wù)量及人們對(duì)質(zhì)量要求的提升，衛(wèi)星通信系統(tǒng)需要利用相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)來保證QoS。

1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)OoS要求

所謂QoS，是指在一個(gè)或多個(gè)對(duì)象的集體行為上的一套質(zhì)量需求的集合。在對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群涂煽啃赃M(jìn)行描述時(shí)，應(yīng)用的就是服務(wù)質(zhì)量參數(shù)，比如吞吐量、傳輸延遲、錯(cuò)誤率等。有限性是網(wǎng)絡(luò)資源一個(gè)顯著的特征，這促使用戶在使用網(wǎng)絡(luò)資源時(shí)，存在一定的競(jìng)爭(zhēng)性，由此就產(chǎn)生了服務(wù)質(zhì)量，對(duì)于服務(wù)質(zhì)量的外在體現(xiàn)，最為明顯的就是網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)比較多時(shí)，說明服務(wù)質(zhì)量比較高。服務(wù)質(zhì)量需要進(jìn)行提升，有效的手段就是提升網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)在提供服務(wù)時(shí)，包含保證和盡最大努力兩種，所謂保證，是指用戶在使用網(wǎng)絡(luò)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)能夠提供QoS保證，通常會(huì)通過確保QoS度量來實(shí)現(xiàn)保證；而盡最大努力，QoS保證參數(shù)并不是一定要由網(wǎng)絡(luò)明確的提供。

對(duì)于衛(wèi)星通信系統(tǒng)來說，在進(jìn)行OoS指標(biāo)衡量時(shí)，所用到的參數(shù)包含時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)、帶寬、丟包率、可靠性。發(fā)送方將數(shù)據(jù)包發(fā)出之后，一段時(shí)間之后接收方才能接到，傳輸過程中花費(fèi)的時(shí)間就是時(shí)延，當(dāng)時(shí)延越大時(shí)，接收方接收到數(shù)據(jù)包的時(shí)間就越長(zhǎng)，這對(duì)QoS的影響是比較大的；發(fā)送方和接收方在進(jìn)行數(shù)據(jù)包的傳輸時(shí)，當(dāng)時(shí)延產(chǎn)生變化時(shí)，就形成了抖動(dòng)，當(dāng)存在抖動(dòng)時(shí)，就會(huì)影響收發(fā)緩存器的選擇，進(jìn)而導(dǎo)致重發(fā)等問題的發(fā)生，對(duì)傳輸?shù)耐ㄍ嘎试斐蓢?yán)重的影響；發(fā)送方和接收方數(shù)據(jù)包的傳輸會(huì)具備一定的傳輸速率，持續(xù)的最大傳輸速率就是帶寬，網(wǎng)絡(luò)基本設(shè)備會(huì)對(duì)帶寬產(chǎn)生一定的限制，同時(shí)，在同一條路徑上，當(dāng)共享的數(shù)據(jù)包越多時(shí)，帶寬所受到的影響越大；數(shù)據(jù)包傳輸?shù)倪^程中會(huì)產(chǎn)生丟包的現(xiàn)象，丟失的數(shù)據(jù)包與發(fā)送數(shù)據(jù)包總量之間的比值就是丟包率；衛(wèi)星通信系統(tǒng)受到天氣因素的影響非常小，因此，其可靠性并不會(huì)受到降雨等環(huán)境因素的影響，不過，系統(tǒng)的工作頻帶、功率電平等都會(huì)對(duì)可靠性產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響到衛(wèi)星通信系統(tǒng)的QoS保證。

2 衛(wèi)星通信系統(tǒng)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

在當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)中，采用的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)為TCP/IP協(xié)議，因此，衛(wèi)星通信系統(tǒng)在進(jìn)行協(xié)議體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)建時(shí)，也應(yīng)該以TCP/IP協(xié)議結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，同時(shí)，結(jié)合自身的特點(diǎn)，科學(xué)的進(jìn)行修改和擴(kuò)充。具體說來，協(xié)議體系結(jié)構(gòu)包含5個(gè)層次：應(yīng)用層，主要的功能是進(jìn)行各種業(yè)務(wù)的處理；傳輸層，主要的功能是進(jìn)行控制，控制的對(duì)象有流量、擁塞等，保證數(shù)據(jù)包的正常傳輸；網(wǎng)絡(luò)層，制定相應(yīng)的路由策略；物理層，主要的功能是進(jìn)行功率控制、定向天線等。在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，通過各個(gè)層功能的發(fā)揮，促進(jìn)數(shù)據(jù)包傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)，在傳輸?shù)倪^程中，每個(gè)層都需要進(jìn)行QoS保證，以便于保證QoS的質(zhì)量，促進(jìn)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展。

3 基于QoS保證的衛(wèi)星通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 物理層傳輸技術(shù)

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)谶M(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，逐漸提升了傳輸速度的要求。用戶在利用衛(wèi)星通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，傳輸速度多由Ku波段和C波段來完成，不過隨著人們要求的提升，這兩個(gè)波段的傳輸速度已經(jīng)無法滿足要求，基于此，就需要在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，采用更高的波段。對(duì)此，衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用了信道編解碼技術(shù)，即使在信道條件比較差時(shí)，所具備的傳輸速度依然比較高，由此一來，各種多媒體業(yè)務(wù)的QoS要求就能夠很好地被滿足。對(duì)于不同的寬帶多媒體業(yè)務(wù)來說，其對(duì)傳輸質(zhì)量的要求也是不相同的，為了很好地滿足各種類型多媒體的要求，在進(jìn)信道編碼時(shí)，采用的為差錯(cuò)控制編碼，這種編碼的速度可以進(jìn)行變化。

3.2 數(shù)據(jù)鏈路層接入技術(shù)

對(duì)于多媒體業(yè)務(wù)來說，其服務(wù)質(zhì)量的保證需要通過無線通信系統(tǒng)的帶寬來保證。對(duì)于數(shù)據(jù)鏈路層來說，QoS保證的基本條件是將帶寬的利用效率提升，在進(jìn)行帶寬利用效率提升時(shí)，應(yīng)用了無線資源管理技術(shù)，這便是一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)。在信道運(yùn)行的過程中，天氣對(duì)其產(chǎn)生的影響是比較大的，而無線資源管理策略的制定與信道運(yùn)行有著一定的關(guān)聯(lián)性，因此，在選擇技術(shù)時(shí)，必須要充分地考慮天氣的因素，從而有效地避免無線資源管理策略的制定受到影響，這樣一來，在開展各項(xiàng)多媒體業(yè)務(wù)時(shí)，擁塞現(xiàn)象發(fā)生的可能性將會(huì)顯著降低，最大限度地避免了數(shù)據(jù)傳輸過程中丟包現(xiàn)象的發(fā)生，降低了丟包率。用戶在接入衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，會(huì)具有一定的時(shí)延，為了將時(shí)延減小，同時(shí)，有效地提升系統(tǒng)容量，就需要利用高效的接入算法。

3.3 網(wǎng)絡(luò)層路由技術(shù)

在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，含有星間鏈路，當(dāng)衛(wèi)星間的連接處于相同的軌道上時(shí)，呈現(xiàn)出來的是靜態(tài)的，而當(dāng)處于不同的軌道上時(shí)，呈現(xiàn)出來的就是動(dòng)態(tài)的，由此一來，衛(wèi)星間的鏈路狀態(tài)信息就會(huì)不斷的變化。另外，衛(wèi)星處于太空環(huán)境中，衛(wèi)星鏈路受到背景噪聲的影響，具備非常高的錯(cuò)碼率，而且具備的時(shí)延也是非常大的，進(jìn)而導(dǎo)致星上所具備的處理能力和存儲(chǔ)能力都比較差，為了避免這些問題的存在，在網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用了路由技術(shù)，在適用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，制定完善的路由算法和路由協(xié)議。

3.4 移動(dòng)性管理

衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的星地鏈路會(huì)發(fā)生切換，在切換的過程中，原有的接入點(diǎn)衛(wèi)星不再起作用，系統(tǒng)需要重新地選擇新的接入點(diǎn)衛(wèi)星，同時(shí)，還需要重新計(jì)算網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约熬W(wǎng)絡(luò)路由。對(duì)于星地鏈路的切換來說，當(dāng)切換策略比較科學(xué)時(shí)，就可以以非?？斓乃俣葘簳r(shí)中斷的通信恢復(fù)，相反，當(dāng)策略的科學(xué)性比較差時(shí)，恢復(fù)就會(huì)比較慢?；诖耍托枰獙?duì)切換策略進(jìn)行有效的管理，一般以移動(dòng)性管理為主，這樣一來，在進(jìn)行切換時(shí)，系統(tǒng)所受到的影響就會(huì)比較少，從而有效地實(shí)現(xiàn)了QoS保證。

篇5

陀螺和加速度計(jì)這兩種傳感器輸出特性不同：陀螺的高動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力強(qiáng)，但是受到漂移誤差的影響，低頻段表現(xiàn)欠佳；加速度計(jì)在靜止?fàn)顟B(tài)下準(zhǔn)確率高，而當(dāng)載體動(dòng)態(tài)特性較大時(shí)由于機(jī)動(dòng)加速的干擾導(dǎo)致測(cè)量誤差較大。因此需選取合適的姿態(tài)估計(jì)算法充分利用這兩種傳感器的優(yōu)點(diǎn)，融合出比單個(gè)傳感器更可靠、更準(zhǔn)確的姿態(tài)信息錯(cuò)誤！未找到引用源。。而互補(bǔ)濾波器正符合上述需求，以yθ表示加速度計(jì)估計(jì)姿態(tài)值，yω表示陀螺測(cè)量值，ˆθ表示濾波器估計(jì)姿態(tài)值，C(s)表示調(diào)節(jié)系數(shù)，則互補(bǔ)濾波器的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示將圖2的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化處理并加入坐標(biāo)變換模塊，可得到互補(bǔ)濾波器姿態(tài)估計(jì)算法：3軸陀螺輸出ω根據(jù)式（1）乘以C和采樣間隔ΔT，得到載體姿態(tài)角的變化量，將其與上一時(shí)刻估計(jì)姿態(tài)ˆk相加，即得到載體估計(jì)姿態(tài)1ˆk+。將加速度計(jì)估計(jì)姿態(tài)k減去ˆk得到姿態(tài)修正量Δ。修正量Δ一方面乘以比例調(diào)節(jié)系數(shù)Pk，對(duì)k+1進(jìn)行直接校正，另一方面通過−1C轉(zhuǎn)換至慣性系對(duì)陀螺的漂移存儲(chǔ)−kb進(jìn)行校正。姿態(tài)估計(jì)算法的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

加速度計(jì)輸出校正

載體在運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的機(jī)動(dòng)加速度，會(huì)在加速度計(jì)的輸出中與重力加速度一并表現(xiàn)出來。此時(shí)若仍用式（3）計(jì)算姿態(tài)角，得到的k會(huì)與實(shí)際姿態(tài)不符，這必然會(huì)導(dǎo)致姿態(tài)估計(jì)算法的精度變差。如果可以得到機(jī)動(dòng)加速度的估計(jì)值，用以校正加速度計(jì)輸出，就可以得到精確的k，進(jìn)而得到精確的估計(jì)姿態(tài)。

1機(jī)動(dòng)加速度補(bǔ)償

機(jī)動(dòng)加速度的補(bǔ)償關(guān)鍵在于線加速度和向心加速度的求解。單基線GPS的輸出信息中包含載體的速率信息，將載體速率進(jìn)行微分，就可以得到載體所受到的線加速度；利用載體速率信息和z軸陀螺輸出，可以對(duì)向心加速度進(jìn)行補(bǔ)償?？傻眯Ｕ蟮膞軸和y軸加速度：

2側(cè)滑角補(bǔ)償

式（6）是在假設(shè)GPS測(cè)得的航向vψ與載體的航向角ψ一致時(shí)得到的，而在實(shí)際的行車過程中，當(dāng)車體轉(zhuǎn)彎時(shí)，vψ與載體航向ψ之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)夾角，該夾角稱為側(cè)滑角(sideslip)sψ，若載體的速率為v，加速度為dv/dt，則側(cè)滑角sψ的示意圖如圖4所示。由于側(cè)滑角sψ的存在，使得線加速度和向心加速度在載體的x軸與y軸都有影響，這樣就導(dǎo)致利用式（6）進(jìn)行的補(bǔ)償在轉(zhuǎn)彎時(shí)并不準(zhǔn)確，因此應(yīng)在轉(zhuǎn)彎時(shí)加入側(cè)滑角補(bǔ)償。設(shè)sψ在轉(zhuǎn)彎過程中的變化率為d/dsψt，根據(jù)圖4可得加入側(cè)滑角補(bǔ)償?shù)募铀俣扔?jì)輸出校正表達(dá)式：

GPS遮擋問題的解決

本文中所采用的單基線GPS需要兩個(gè)天線同時(shí)收到6顆以上相同衛(wèi)星的信號(hào)，才能得到滿足精度要求的載體航向。實(shí)際應(yīng)用中，載體路過橋梁、涵洞、隧道甚至樹林時(shí)，都有可能導(dǎo)致GPS信息嚴(yán)重衰減甚至完全消失。為了解決GPS遮擋的問題提高算法適應(yīng)性，根據(jù)GPS收星情況對(duì)算法進(jìn)行了改進(jìn)：當(dāng)GPS收星數(shù)N≥6時(shí)，正常利用GPS信息對(duì)加速度計(jì)輸出進(jìn)行校正；當(dāng)GPS收星數(shù)N<6時(shí)，在算法中加入開來降低載體機(jī)動(dòng)對(duì)姿態(tài)估計(jì)的影響，當(dāng)滿足開關(guān)判斷準(zhǔn)則時(shí)，僅利用陀螺的信息對(duì)載體姿態(tài)進(jìn)行遞推，由于陀螺漂移誤差的變化很慢，在一定時(shí)間內(nèi)是可以保證估計(jì)精度的。利用上述方法，能夠使算法在GPS信息出現(xiàn)短暫遮擋時(shí)正常工作。

實(shí)驗(yàn)分析

本文選用星網(wǎng)宇達(dá)公司的微機(jī)械IMU產(chǎn)品XW-IMU5220，包含3個(gè)正交放置的陀螺以及3個(gè)加速度計(jì)，和單基線GPS產(chǎn)品XW-ADU3601。將型號(hào)為XW-ADU7612的AHRS(姿態(tài)精度滿足±0.2°)與IMU固聯(lián)并一同安裝在載體上，作為驗(yàn)證算法的基準(zhǔn)。安裝方法如圖5所示。傳感器直接估計(jì)出的姿態(tài)如圖7所示。從圖7中可見：陀螺估計(jì)的姿態(tài)會(huì)隨著漂移誤差的積累不斷偏離真實(shí)姿態(tài)，而加速度估計(jì)姿態(tài)一直存在干擾噪聲，并且一度出現(xiàn)近10°的誤差，這顯利用互補(bǔ)濾波器進(jìn)行姿態(tài)估計(jì)的結(jié)果如圖8所示。將圖8與圖7相比較可見，利用互補(bǔ)濾波器對(duì)姿態(tài)進(jìn)行估計(jì)可得到比兩種傳感器單獨(dú)估計(jì)都要好的精度，但是估計(jì)的效果仍然有較大誤差（約5°）。為了驗(yàn)證式（6）的補(bǔ)償效果以及第4節(jié)中的分析內(nèi)容，圖9所示為利用式（6）進(jìn)行補(bǔ)償后的姿態(tài)估計(jì)結(jié)果與側(cè)滑角。從圖9中可見，經(jīng)過機(jī)動(dòng)加速度補(bǔ)償后，進(jìn)一步提高了姿態(tài)算法的估計(jì)精度，最大誤差已經(jīng)達(dá)到2°以內(nèi)，但是在載體有轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)時(shí)誤差有明顯的躍變。由于/2sψ<π，從式（7）可知xA對(duì)sψ是正相關(guān)關(guān)系，因而俯仰角對(duì)sψ是負(fù)相關(guān)關(guān)系。而yA與sψ的關(guān)系取決于sψ的大小、dv/dt以及vω的大小，這正與圖9中的關(guān)系圖相一致。在姿態(tài)估計(jì)算法中加入側(cè)滑角補(bǔ)償后的估計(jì)誤差如圖10所示。從圖10可見：通過加入側(cè)滑角補(bǔ)償，姿態(tài)估計(jì)算法不僅能夠消除載體加速運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)對(duì)估計(jì)的影響，還能去除側(cè)滑角的影響，使姿態(tài)估計(jì)誤差控制在±0.5°以內(nèi)，滿足“動(dòng)中通”的指向精度要求。為了驗(yàn)證LCAE算法在GPS信號(hào)出現(xiàn)短暫遮擋的情況下的效果，選取另一組單基線GPS不能全程鎖定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)路段包括高架橋遮擋和高層建筑物遮擋等情況。實(shí)驗(yàn)路況照片和單基線GPS收星數(shù)如圖11所示本文LCAE算法姿態(tài)角估計(jì)誤差和開關(guān)卡爾曼方法的誤差比較如圖12所示。在圖12中：開關(guān)卡爾曼方法俯仰角估計(jì)誤差均值為−0.22°，標(biāo)準(zhǔn)差為0.190，橫滾角估計(jì)誤差均值為−0.07°，標(biāo)準(zhǔn)差為0.303；本文LCAE算法俯仰角估計(jì)誤差均值為−0.05°，標(biāo)準(zhǔn)差為0.115，橫滾角估計(jì)誤差均值為−0.05°，標(biāo)準(zhǔn)差為0.136。在單基線GPS收星數(shù)較少的情況下，開關(guān)卡爾曼算法最大誤差絕對(duì)值達(dá)到1.287°，而本文算法在單基線GPS收星數(shù)較少的情況下，能夠達(dá)到±1°的精度，仍然滿足動(dòng)中通的指向精度要求。

結(jié)論

篇6

衛(wèi)星通信具有覆蓋的面積較為廣泛，通信的距離較長(zhǎng)；通信成本跟通信距離的長(zhǎng)短沒有太大的關(guān)聯(lián)，不會(huì)輕易受到陸地災(zāi)害的影響，可靠性較強(qiáng)；通信較為靈活，不受地理?xiàng)l件限制；通信的頻帶寬，通信容量大，能夠適應(yīng)多種通信業(yè)務(wù)等優(yōu)點(diǎn)，因而在應(yīng)急通信中被廣泛的運(yùn)用。

1應(yīng)急通信的定義

所謂應(yīng)急通信，即是發(fā)生自然或者人為的突發(fā)性緊急情況時(shí)，將不同的通信資源綜合的利用起來，以確保救援和緊急救助工作能夠及時(shí)開展而用到的必須的通信手段跟手法。而應(yīng)急通信是一種由多種通信技術(shù)、通信手段綜合運(yùn)用的一項(xiàng)新技術(shù)，不是獨(dú)立存在的，當(dāng)遇到緊急情況時(shí)，應(yīng)急通信不單單只涉及到技術(shù)問題，更多的還會(huì)涉及到管理問題，這也是應(yīng)急通信的核心所在。此外，由于應(yīng)急通信系統(tǒng)具有很多不確定因素存在，所以對(duì)于通信網(wǎng)絡(luò)或者設(shè)備就會(huì)有許多特殊的要求，以便從技術(shù)方面為通信技術(shù)提供保障。然而在對(duì)應(yīng)急通信進(jìn)行管理時(shí)，相應(yīng)的應(yīng)急通信管理體系也要同時(shí)建立起來，不同的場(chǎng)景應(yīng)用不同的響應(yīng)機(jī)制，協(xié)調(diào)調(diào)度最合適的通信資源，提供最及時(shí)有效的通信保障。應(yīng)急通信場(chǎng)景示意圖見圖1。

2突發(fā)事件特點(diǎn)及對(duì)衛(wèi)星通信要求

突發(fā)事件有以下四個(gè)特點(diǎn)：①事件類型缺乏穩(wěn)定性，任何一種突發(fā)性公共事件都有可能發(fā)生；②無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)事件發(fā)生的具體時(shí)間，沒有辦法提前預(yù)知到地面網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障的具體時(shí)間；③無法確定事件發(fā)生時(shí)的所在地點(diǎn)，交通、地形與氣候狀況等因素影響具體的地點(diǎn)的探測(cè)；④無法知曉事件產(chǎn)生的影響程度，地面通信網(wǎng)絡(luò)的毀壞程度和應(yīng)急通信的儲(chǔ)存容量要求不能準(zhǔn)確得到真實(shí)信息。為了保障突發(fā)性公共事件能適應(yīng)應(yīng)急通信的要求，衛(wèi)星系統(tǒng)及其設(shè)備對(duì)環(huán)境要有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，無論在那種氣候條件和地理環(huán)境中都可以暢通使用；必須便于攜帶與可移動(dòng)的功能，在發(fā)生緊急事件時(shí)，可快速到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)；能快速的和指揮中心進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)；能合理利用并靈活調(diào)整、配置衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的信息資源；還要具備延伸性，以達(dá)到適合處理大業(yè)務(wù)量和傳送大量業(yè)務(wù)的要求。

3衛(wèi)星通信在應(yīng)急事件中的應(yīng)用研究

3.1功能性角度的應(yīng)用

從衛(wèi)星通信的功能性角度來看，可以將衛(wèi)星通信的應(yīng)用分為三種方式：①以語音通信為主；②以綜合接入；③中繼備份。首先以語音通信為主的應(yīng)用方式一般都是利用移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)的終端實(shí)現(xiàn)信息的傳輸，能夠?yàn)橥ㄐ畔到y(tǒng)提供相應(yīng)的語音、漫游、短信、定位以及低速數(shù)據(jù)等功能，而且不同的衛(wèi)星通信系統(tǒng)其功能也大不相同。其次利用綜合接入的方式能夠?yàn)閼?yīng)急現(xiàn)場(chǎng)以及指揮中心提供容量較大的語音通信，以及傳送大量的數(shù)據(jù)，或者靜止、運(yùn)動(dòng)圖像。一般來說，利用TCP/IP等基站為衛(wèi)星站提供綜合接入功能的數(shù)據(jù)和信息。最后中繼備份的應(yīng)用方式支持2Mbit/s以上的中繼傳輸電路，緊急情況下提供應(yīng)急事件現(xiàn)場(chǎng)與公眾通信網(wǎng)絡(luò)（或行業(yè)專用通信網(wǎng)絡(luò)）之間的中繼電路。中繼備份所使用的衛(wèi)星站可以基于IDR（或IBS）系統(tǒng)或者VSAT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。IDR（或IBS）系統(tǒng)提供中等速率電路，支持?jǐn)?shù)據(jù)通信和語音通信，通常應(yīng)用較多的是2Mbit/s和8Mbit/s速率。VSAT系統(tǒng)目前多數(shù)基于IP實(shí)現(xiàn)，通?？芍С?～8Mbit/s數(shù)據(jù)速率。

3.2機(jī)動(dòng)性角度的應(yīng)用

通常來講，能在衛(wèi)星站進(jìn)行緊急通信工作的叫衛(wèi)星站機(jī)動(dòng)性。從這種角度，衛(wèi)星站分為兩種：便攜站與車載站。每個(gè)設(shè)備與地面站或其他移動(dòng)站間的通信是靠衛(wèi)星鏈路來實(shí)現(xiàn)的，可以手持終端并且能允許兩人以內(nèi)行動(dòng)的衛(wèi)星站指便攜站。它的系統(tǒng)容量不大，主要有語音通信和綜合接入兩種應(yīng)用，以保障每級(jí)事件的通信完成。便攜站使用集裝箱的方式，一般利用飛機(jī)進(jìn)行運(yùn)輸，它的尺寸、重量與抗震要求及其包裝的方式可以按照相關(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理。集裝箱必須預(yù)留通信接口，以便與其他設(shè)備進(jìn)行通信連接，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)緊急處理工作。便攜衛(wèi)星站應(yīng)在30min內(nèi)完成抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后的組裝，并建立衛(wèi)星通信。便攜站的重量一般在200kg以下。一旦發(fā)生了特別嚴(yán)重的突發(fā)事件，當(dāng)?shù)氐膽?yīng)急通信保障能力不夠或者地面道路的條件不夠好時(shí)，就可以使用便攜站空運(yùn)或空投至應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)；而當(dāng)突發(fā)事件發(fā)生但對(duì)于通信的需求較小時(shí)，亦或是通信需求大而應(yīng)急車輛不能夠第一時(shí)間趕到現(xiàn)場(chǎng)，就可以使用手持終端或人工搬運(yùn)的便攜站。此外，為了能夠?yàn)榫C合接入以及備份業(yè)務(wù)提供方便，可以在應(yīng)急車輛上安裝車載衛(wèi)星站或者用車輛將車載衛(wèi)星站運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)10min后，建立好衛(wèi)星通路，這樣的方法對(duì)于那些特大、重大突發(fā)事件以及舉行重大活動(dòng)提供應(yīng)急通信保障有很大的幫助。

4應(yīng)急衛(wèi)星通信系統(tǒng)及其建設(shè)研究

4.1衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)

如今，我國(guó)在開展的衛(wèi)星移動(dòng)通信業(yè)務(wù)時(shí)，主要使用的是國(guó)外的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)進(jìn)行工作，覆蓋我國(guó)的五個(gè)通信系統(tǒng)，分別是：①新亞星系統(tǒng)；②全球星系統(tǒng)；③海事衛(wèi)星系統(tǒng)；④銥星系統(tǒng)；⑤Thuraya衛(wèi)星系統(tǒng)。在實(shí)際的應(yīng)用中，可以根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)的強(qiáng)弱、衛(wèi)星的使用費(fèi)用以及衛(wèi)星的業(yè)務(wù)能力和衛(wèi)星的終端小型化這一系列因素，來進(jìn)行衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的選擇。盡管國(guó)外的衛(wèi)星移動(dòng)通信能夠滿足一定的應(yīng)急移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)需求，但是其信息的安全以及頻率協(xié)調(diào)度都不能夠有所保證，所以通常被應(yīng)用到那些對(duì)于信息的安全度要求不夠高的應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)。衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)是國(guó)家一項(xiàng)具有戰(zhàn)略性的信息基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)于國(guó)家的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及國(guó)家的安全都有著很重要的影響，所以擁有自己專屬的衛(wèi)星通信系統(tǒng)很有必要，因而現(xiàn)階段我國(guó)正在對(duì)擁有專屬的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)進(jìn)行研究。

4.2寬帶VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)

由于VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①技術(shù)成熟；②可靠性高；③網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的樣式多樣；④設(shè)計(jì)方法靈活多變；⑤空間頻段資源比較豐富；⑥通信系統(tǒng)正不斷向國(guó)產(chǎn)化發(fā)展。而上述的這些因素為信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及建設(shè)應(yīng)急VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)提供了技術(shù)、資源等方面的必要保障，近幾年，VSAT系統(tǒng)已經(jīng)漸漸能夠支持寬帶應(yīng)用。在對(duì)VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要將網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)體制、網(wǎng)絡(luò)管理以及跟地面網(wǎng)的互聯(lián)互通方面進(jìn)行重點(diǎn)考慮。VSAT的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式一般有網(wǎng)狀網(wǎng)、混合網(wǎng)以及星狀網(wǎng)這三種形式。而應(yīng)急VSAT系統(tǒng)支持的業(yè)務(wù)類型包括語音、高速數(shù)據(jù)和圖像傳送等業(yè)務(wù)，其中語音業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延敏感。按照對(duì)我國(guó)突發(fā)公共事件的處理流程來看，通常會(huì)在應(yīng)急通信現(xiàn)場(chǎng)中不同的衛(wèi)星站跟應(yīng)急后方的指揮中心之間使用語音業(yè)務(wù)；而在應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)跟后方指揮中心之間常常會(huì)使用數(shù)據(jù)和圖像業(yè)務(wù)。所以，那些各站跟主站之間的星型網(wǎng)狀、省內(nèi)各站之間網(wǎng)狀網(wǎng)的混合網(wǎng)結(jié)構(gòu)更適合采用應(yīng)急VSAT系統(tǒng)。衛(wèi)星通信體制跟通信系統(tǒng)所采用的基帶信號(hào)類型一般與五種方式有關(guān)：①?gòu)?fù)用方式；②信道分配；③多址方式；④調(diào)制方式；⑤交換制度。當(dāng)前，VSAT技術(shù)體制的選擇主要集中在多址方式上，F(xiàn)DMA/DAMA和MF-TDMA方式是應(yīng)急衛(wèi)星通信系統(tǒng)最常用的技術(shù)體制。采用FDMA/DAMA技術(shù)體制組建衛(wèi)星網(wǎng)操作維護(hù)簡(jiǎn)便，終端的機(jī)動(dòng)性好，非常適合應(yīng)用在應(yīng)急通信中。

5結(jié)語

篇7

【關(guān)鍵詞】衛(wèi)星通信干擾抗干擾系統(tǒng)

現(xiàn)代衛(wèi)星通信由于具有多種獨(dú)特的通信優(yōu)勢(shì)，如通信范圍廣、通信數(shù)據(jù)質(zhì)量高、通信組網(wǎng)方便、通信系統(tǒng)投資成本低、可有效克服復(fù)雜地理環(huán)境等優(yōu)勢(shì)，因此在軍事和其他特殊行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用范圍十分廣。衛(wèi)星通信系統(tǒng)的種種優(yōu)點(diǎn)能有效滿足軍事通信的保密性和抗干擾性要求，然而衛(wèi)星通信系統(tǒng)也會(huì)面臨通信干擾的潛在危險(xiǎn)，需要進(jìn)一步發(fā)展和完善通信系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)方案和體系。

一、衛(wèi)星通信面臨的潛在的干擾

衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要分為上行鏈路和下行鏈路，上行鏈路面臨的潛在干擾是主要是電磁干擾，如陸地固定式干擾機(jī)、機(jī)載干擾機(jī)和干擾衛(wèi)星發(fā)射的干擾電磁信號(hào)，下行鏈路主要面臨的是飛航式、機(jī)載式通信電磁干擾，但是下行鏈路擾時(shí)，干擾源在覆蓋范圍和信號(hào)干擾強(qiáng)度上都較小。因此衛(wèi)星通信系統(tǒng)的上行鏈路干擾處于相對(duì)薄弱環(huán)節(jié)。上行鏈路面臨的干擾依據(jù)不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)可以劃分為多種不同的干擾類型。如按照干擾的形成方式可以劃分為欺騙式干擾、壓制式干擾和攪擾式干擾；按照干擾信號(hào)的頻譜形式可以換分為瞄準(zhǔn)式信號(hào)干擾、部分頻帶式信號(hào)干擾、掃頻式信號(hào)干擾和阻塞式信號(hào)干擾等。西方發(fā)達(dá)國(guó)家的通信干擾技術(shù)的頻率范圍是0.5GHz到20GHz之間，干擾信號(hào)的脈沖峰值功率甚至可以達(dá)到10萬W級(jí)上，干擾類型眾多。

二、衛(wèi)星通信常用的抗干擾技術(shù)

衛(wèi)星通信抗干擾的主要目標(biāo)是對(duì)信息數(shù)據(jù)、信息載體和信息傳播方式進(jìn)行有意識(shí)的處理，從而有效提高通信接收端的輸出信干比，提升信號(hào)的抗干擾能力，使衛(wèi)星通信系統(tǒng)能高效實(shí)現(xiàn)有用信息的傳遞。衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)主要有：通信擴(kuò)展頻譜技術(shù)、通信抗干擾天線技術(shù)和編碼調(diào)制技術(shù)等。

（1）天線抗干擾技術(shù)。

由于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)空間跨度很大，通信很容易受到干擾，因此衛(wèi)星通信抗干擾的核心方案之一就是完善和優(yōu)化通信衛(wèi)星的覆蓋結(jié)構(gòu)，以便即使某一方向受到強(qiáng)烈的通信干擾，仍然能保障我方天線能順利接受衛(wèi)星通信信號(hào)。具體的天線技術(shù)包括多波束天線技術(shù)（MBA）、智能天線技術(shù)和自適應(yīng)調(diào)零天線技術(shù)等。MBA最大的優(yōu)點(diǎn)是能靈活控制衛(wèi)星發(fā)射天線指方向，尤其是相控陣MBA，可靈活選擇衛(wèi)星天線的波束形態(tài)以有效提高通信抗干擾能力；自適應(yīng)調(diào)零天線主要原理是通過自適應(yīng)加權(quán)來調(diào)整和優(yōu)化天線陣，盡可能地降低衛(wèi)星通信受干擾程度；智能天線技術(shù)則主要是在自適應(yīng)天線的抗干擾技術(shù)基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化陣列信號(hào)處理并利用數(shù)字波束形成技術(shù)來降低信號(hào)受干擾程度。

（2）擴(kuò)展頻譜抗干擾技術(shù)。

與傳統(tǒng)的無線通信通過擴(kuò)頻與天線陣列技術(shù)結(jié)合的抗干擾技術(shù)不同，衛(wèi)星通信的抗干擾技術(shù)對(duì)擴(kuò)頻的技術(shù)要求更高，因此衛(wèi)星通信的核心抗干擾技術(shù)之一就是擴(kuò)頻抗干擾技術(shù)。擴(kuò)頻抗干擾技術(shù)一般分為直接序列擴(kuò)頻技術(shù)（DS）和調(diào)頻技術(shù)（FH）。直接序列擴(kuò)頻技術(shù)可將接收到的信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)轉(zhuǎn)化為窄帶信號(hào)，窄帶干擾信號(hào)也可被解擴(kuò)為寬帶信號(hào)，再通過窄帶濾波器進(jìn)行能量濾除，有效降低信號(hào)干擾度。而FH技術(shù)則通過在多種載波頻率之間進(jìn)行隨機(jī)切換的方式進(jìn)行抗干擾，相對(duì)于DS技術(shù)，調(diào)頻在帶寬較寬的情況下更為實(shí)用。

（3）編碼調(diào)制抗干擾技術(shù)。

當(dāng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)遇到差錯(cuò)控制的問題是需要FEC技術(shù)進(jìn)行解決―前向糾錯(cuò)。前向糾錯(cuò)可利用的FEC碼主要是卷積碼。當(dāng)衛(wèi)星通信遇到干擾時(shí)，可采用級(jí)聯(lián)編碼方案進(jìn)行解決，該技術(shù)擁有兩種簡(jiǎn)單級(jí)聯(lián)碼，相對(duì)于單一碼有更多的編碼增益。而衛(wèi)星通信抗干擾可利用包括恒包絡(luò)調(diào)制方式、PSK技術(shù)、連續(xù)相位調(diào)制方式、格狀編碼調(diào)制技術(shù)等調(diào)制方式進(jìn)行抗干擾調(diào)制。針對(duì)不同的頻段信號(hào)采用相應(yīng)的調(diào)制方式可以有效提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)的抗干擾容限。

篇8

關(guān)鍵詞：天通一號(hào)；AIS；衛(wèi)星移動(dòng)通信；自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)

1引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，世界船舶數(shù)量的增加，水道越來越擁擠，海損事故時(shí)有發(fā)生。各國(guó)主管部門建立了船舶交管系統(tǒng)（VTS）、船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）、船舶遠(yuǎn)程識(shí)別與跟蹤系統(tǒng)（LRIT）等海上交通安全系統(tǒng)。其中，船舶AIS由配合北斗/GPS定位系統(tǒng)，把艦船位置、航行速度、航向等船只動(dòng)態(tài)信息以及船名、呼號(hào)、吃水等靜態(tài)信息通過甚高頻進(jìn)行廣播，使得岸站和周圍船舶可以掌握附近所有船只信息，在臨近時(shí)及時(shí)避讓，從而保障船舶航行安全。根據(jù)國(guó)際海事組織要求，所有300t以上國(guó)際航向船舶、500t以上非國(guó)際航向船舶以及所有客船都要求配備一臺(tái)AIS設(shè)備?！疤焱ㄒ惶?hào)”是我國(guó)自行研制的第一顆衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，于2016年成功發(fā)射，預(yù)計(jì)2017年系統(tǒng)投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。系統(tǒng)具備短信、語音和數(shù)據(jù)通信功能，具有成本低、保密性強(qiáng)、覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)一款基于“天通一號(hào)”對(duì)AIS數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的系統(tǒng)，可以監(jiān)控區(qū)域覆蓋AIS基站的盲區(qū)，為我國(guó)海上安全監(jiān)管提供幫助。

2AIS系統(tǒng)介紹

船舶和航行管理部門需要及時(shí)了解船舶的航行狀態(tài)、船舶類型等信息，以便于采取適當(dāng)措施，保證海上航行安全，包含海洋環(huán)境。安裝了AIS系統(tǒng)的船舶可以周期性廣播船舶信息，實(shí)現(xiàn)船舶的自動(dòng)識(shí)別。AIS廣播4類信息：（1）船舶靜態(tài)信息，包括海上移動(dòng)業(yè)務(wù)識(shí)別（MMSI）、船名和呼號(hào)、船長(zhǎng)和船寬、船舶總噸、船舶類型和天線安裝位置。（2）船舶動(dòng)態(tài)信息，包括船位、船舶航向和航速、船首向、航行狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)向角度。（3）與航行有關(guān)的信息，包括船舶吃水、危險(xiǎn)品、目的地、預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間和航行計(jì)劃。（4）與安全有關(guān)的信息，包括航行警告等。船舶在能見度低的情況下，雷達(dá)是主要避免碰撞的手段，但是島嶼遮擋等情況會(huì)使得雷達(dá)覆蓋不完整而影響目標(biāo)識(shí)別和跟蹤。AIS系統(tǒng)可以通過無線信號(hào)廣播來傳輸船舶信息和航行狀態(tài)，包括船舶識(shí)別碼、呼號(hào)、轉(zhuǎn)向燈，這樣可以防止船舶相遇時(shí)由于沒有預(yù)先發(fā)現(xiàn)或者語音不通無法協(xié)調(diào)而引起誤解，可以有效避免船舶碰撞。AIS作為一種自組織無線通信系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的開放互聯(lián)和兼容性，可以實(shí)現(xiàn)通過基站組網(wǎng)，也可以通過陸地公眾網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)互聯(lián)，構(gòu)成全國(guó)性網(wǎng)絡(luò)，有效實(shí)現(xiàn)海上交管部門對(duì)船只的監(jiān)視、識(shí)別、通信等需求。

3“天通一號(hào)”衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)介紹

“天通一號(hào)”是我國(guó)自主研發(fā)的首個(gè)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)?！疤焱ㄒ惶?hào)”衛(wèi)星是地球同步軌道衛(wèi)星，在2016年8月成功發(fā)射。整個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)預(yù)計(jì)將于2018年投入使用，可以為我國(guó)領(lǐng)土范圍及周邊海域提供短信、語音和數(shù)據(jù)通信手段，填補(bǔ)我國(guó)移動(dòng)衛(wèi)星通信空白。相對(duì)于國(guó)外移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)，具有以下特點(diǎn)：（1）自主系統(tǒng)，安全可靠天通系統(tǒng)是我國(guó)獨(dú)立研制的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)廠家進(jìn)行研制、掌握全部知識(shí)產(chǎn)權(quán)并自主運(yùn)營(yíng)，適合涉及到國(guó)家安全和海洋監(jiān)控管理部門使用。（2）成本低不同于國(guó)外盈利為目的的商業(yè)運(yùn)營(yíng)公司，天通系統(tǒng)服務(wù)于我國(guó)以及周邊海域，資費(fèi)預(yù)計(jì)只有國(guó)外同類衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)一半左右，極大降低了用戶的使用成本，有利于船舶用戶的大面積推廣使用。（3）自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)系統(tǒng)，可定制開發(fā)天通系統(tǒng)從芯片到終端都是國(guó)內(nèi)廠商自主研發(fā)，國(guó)家科技重大專項(xiàng)也投入經(jīng)費(fèi)進(jìn)行重點(diǎn)扶持。終端可以根據(jù)用戶特殊需求進(jìn)行不同類型的終端產(chǎn)品定制開發(fā)?？蓸?gòu)建船舶衛(wèi)星通信虛擬專網(wǎng)，適合海監(jiān)、船舶報(bào)告中心等部門大范圍內(nèi)進(jìn)行船舶數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控管理的數(shù)據(jù)傳輸需求。（4）通信定位一體化終端具備衛(wèi)星移動(dòng)通信和北斗定位功能，可以為用戶提供通信和位置服務(wù)，可提供高精度授時(shí)等功能。

4應(yīng)用天通系統(tǒng)的船舶AIS設(shè)計(jì)

4.1“天通一號(hào)”衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)船舶AIS應(yīng)用總體設(shè)計(jì)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在快速發(fā)展。通過衛(wèi)星通信技術(shù)，把分散在全球各地船舶的VTS、AIS、水文氣象傳感器等數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚、處理、分析和轉(zhuǎn)發(fā)，可以構(gòu)建智能海上交通管理系統(tǒng)，解決海上信息孤島問題。例如，港口業(yè)務(wù)人員可以提前得到即將入港船舶信息，并進(jìn)行提前科學(xué)、高效的規(guī)劃。運(yùn)輸部門可以掌握船舶貨物類型、集裝箱和旅客情況，合理組織船舶交通秩序，安排碼頭作業(yè)和貨物綜合物流運(yùn)輸。交管部門可以得到全國(guó)船舶實(shí)時(shí)信息，在臺(tái)風(fēng)到來前及時(shí)通知船舶進(jìn)行躲避，在艦船遇難時(shí)可以通知周圍船只進(jìn)行營(yíng)救。船舶遠(yuǎn)洋航行時(shí)距離陸地較遠(yuǎn)，衛(wèi)星通信是主要的數(shù)據(jù)傳輸方式。天通系統(tǒng)船載終端可以提供實(shí)時(shí)雙向數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)AIS數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?；谔焱ㄏ到y(tǒng)的AIS應(yīng)用系統(tǒng)包括船載衛(wèi)星AIS終端、天通衛(wèi)星、岸上處理中心等組成。岸上處理中心對(duì)收到的船舶信息根據(jù)用戶和監(jiān)管部門需求，可以送給中國(guó)船舶報(bào)告中心、船舶調(diào)度信息系統(tǒng)、航運(yùn)公司信息網(wǎng)、港口信息網(wǎng)等機(jī)構(gòu)和部門。其中，岸上處理中心為用戶提供語音、短信服務(wù)、數(shù)據(jù)傳送、遠(yuǎn)程測(cè)控以及各類信息增值服務(wù)的機(jī)構(gòu)。對(duì)于海洋船舶用戶而言，可以通過天通運(yùn)營(yíng)服務(wù)中心進(jìn)行語音、數(shù)據(jù)通信、短信通信服務(wù)，還可以基于天通數(shù)據(jù)功能開發(fā)專用服務(wù)軟件。應(yīng)用服務(wù)功能包括：（1）基本應(yīng)用：電子海圖顯示及控制、船舶監(jiān)控、船舶搜索、船舶定位、軌跡回放、短消息收發(fā)、調(diào)取船位等功能的服務(wù)。（2）高級(jí)應(yīng)用：在線離線船舶統(tǒng)計(jì)、港內(nèi)港外船舶統(tǒng)計(jì)、電子海圖下載等功能的服務(wù)。（3）告警及安全應(yīng)用：船舶預(yù)警、船舶報(bào)警、報(bào)警處理、搜救救助、指揮調(diào)度功能的服務(wù)。（4）災(zāi)害應(yīng)用：臺(tái)風(fēng)、海浪等氣象和海況信息，并能提供預(yù)警信息播發(fā)等災(zāi)害應(yīng)用服務(wù)。（5）視頻應(yīng)用：可調(diào)用漁船漁港視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控服務(wù)，進(jìn)行視頻通話。（6）增值服務(wù)：向船舶經(jīng)營(yíng)者提供機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)情況、燃油消耗統(tǒng)計(jì)、漁汛信息等交易信息和物流運(yùn)輸信息服務(wù)。

4.2船舶衛(wèi)星AIS終端設(shè)計(jì)

船舶衛(wèi)星AIS終端包括船舶設(shè)備通用接口、AIS信息處理器、衛(wèi)星移動(dòng)通信模塊、VHF收發(fā)機(jī)、信息顯示器和按鍵等。其中，船舶設(shè)備通用接口單元采集其他船舶設(shè)備信息，包括陀螺羅經(jīng)、自動(dòng)雷達(dá)標(biāo)繪儀（ARPA）、電子海圖顯示與信息系統(tǒng)（ECDIS）、船載航行數(shù)據(jù)記錄儀（VDR）和計(jì)程儀等。AIS信息處理器對(duì)采集到的各種信息和AIS數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、過濾、壓縮等處理，這樣可以減少數(shù)據(jù)傳輸量、降低通信成本。操作顯示單元采用安卓智能操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)AIS信息進(jìn)行查看、顯示海圖、撥打衛(wèi)星電話、發(fā)短信等功能。航行記錄儀類似于黑匣子，可以記錄日期、時(shí)間、船位、船速、航行、駕駛臺(tái)聲音、通信聲音、雷達(dá)數(shù)據(jù)、告警信號(hào)、舵命令和響應(yīng)、輪機(jī)命令和響應(yīng)、深度信號(hào)、船體開口情況、水密門和防火門狀態(tài)等15個(gè)方面數(shù)據(jù)，用于事故發(fā)生后確定事故原因。衛(wèi)星移動(dòng)通信單元包括衛(wèi)星射頻處理單元、基帶處理單元、USIM卡、存儲(chǔ)單元、晶振、電源管理單元等，完成衛(wèi)星移動(dòng)通信功能，可以與岸上處理中心進(jìn)行語音、短信和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸。衛(wèi)星移動(dòng)通信單元對(duì)外接口包括UART、電源、USIM、PCM、SDMMC、JTAG、狀態(tài)指示等。其中，UART完成與信息處理單元的通信和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸，PCM作為語音傳輸接口。模塊采用四線睡眠喚醒機(jī)制，在沒有業(yè)務(wù)時(shí)，功耗可以控制在20mW以內(nèi)。當(dāng)有業(yè)務(wù)需要通信時(shí)信息處理單元喚醒衛(wèi)星模塊，模塊進(jìn)入工作模式。電源管理負(fù)責(zé)衛(wèi)星模塊以及衛(wèi)星天線的電壓轉(zhuǎn)換，采用低功耗措施，把不需要運(yùn)行的功能模塊電源關(guān)閉，同時(shí)智能調(diào)節(jié)處理器運(yùn)行頻率，降低設(shè)備功耗。

衛(wèi)星天線采用寬波束天線，實(shí)現(xiàn)S移動(dòng)信號(hào)接收和發(fā)射。經(jīng)過仿真，天線在±60°時(shí)增益大于0dBi。天線仿真如圖4所示。衛(wèi)星天線、DB/GPS天線和AIS天線集成在一起，應(yīng)安裝在艙外空曠位置，不要安裝在工作甲板周圍的護(hù)欄桿附近，最好高出船舶其他物體的頂部，特別是金屬物體對(duì)與衛(wèi)星天線仰角方向的遮擋角不宜大于10°。衛(wèi)星通信天線安裝位置也應(yīng)避開船舶雷達(dá)天線的直接照射。AIS終端使用自組織時(shí)分多址SOTDMA技術(shù)，所有AIS臺(tái)站在本次發(fā)射中指定下一次發(fā)射時(shí)隙，發(fā)射時(shí)隙隨機(jī)選擇作為候選時(shí)隙的空隙，工作在VHF頻段。為了保證可靠性，使用161.975MHz和162.025MHz。終端兩個(gè)接收機(jī)分別工作在這兩個(gè)頻率上，而發(fā)射機(jī)在兩個(gè)頻率上輪流發(fā)射，傳輸速率為9.6kbit/s，調(diào)制方式采用最小移頻鍵控（MSK）。AIS與雷達(dá)目標(biāo)信息進(jìn)行時(shí)空校準(zhǔn)、航跡關(guān)聯(lián)和航跡融合處理，可以得到最接近真實(shí)航行數(shù)據(jù)的融合航跡。操作顯示單元主要由輸入菜單、輸出系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)3部分組成。輸入菜單主要包括船舶信息、航行信息、日志維護(hù)、港口信息等；輸出系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)導(dǎo)入、打印等；信息處理作為處理軟件運(yùn)行后臺(tái)。軟件采用安卓操作系統(tǒng)，應(yīng)用軟件具有可擴(kuò)展性，用戶可以安裝和使用基于互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的微信、收發(fā)E-mail等應(yīng)用軟件。

5結(jié)束語

天通衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)是我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，船舶衛(wèi)星AIS終端把AIS信息通過衛(wèi)星信道進(jìn)行傳輸，具有使用方便、保密性強(qiáng)、費(fèi)用低等特點(diǎn)，為船舶管理部門提供了一個(gè)較好的解決方案。本文結(jié)合船舶AIS和天通衛(wèi)星移動(dòng)通信的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套船舶AIS監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效增加AIS傳輸距離，減少覆蓋盲區(qū)，服務(wù)海上安全監(jiān)管。

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篇9

一、衛(wèi)星通信的工作頻段

衛(wèi)星通信中，工作頻段的選擇是一個(gè)十分重要的問題。它直接影響系統(tǒng)的通信容量、質(zhì)量、可靠性、設(shè)備的復(fù)雜程度和成本的高低，并且還影響到與其它通信系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。一般而言，衛(wèi)星通信工作頻段的選擇必須根據(jù)需要與可能相結(jié)合的原則，重點(diǎn)考慮下列因素。

（1）電波能夠穿過電離層，傳播損耗和外部附加噪聲應(yīng)盡可能小。

（2）應(yīng)具有較寬的可用頻帶，盡可能增大通信容量。

（3）合理使用無線電頻譜，防止各種宇宙通信業(yè)務(wù)之間以及與其它地面通信業(yè)務(wù)之間產(chǎn)生相互干擾。

（4）考慮電子技術(shù)與器件的進(jìn)展情況以及現(xiàn)有通信技術(shù)設(shè)備的利用與相互配合。

綜合上述因素，衛(wèi)星通信的工作頻率選擇微波波段是最合適的。

二、衛(wèi)星通信電波的傳播損耗

衛(wèi)星通信鏈路的傳輸損耗包括自由空間傳播損耗、對(duì)流層傳播損耗、電離層傳播損耗等，下面依次來分析。

1、自由空間的傳播損耗

在整個(gè)電磁波傳輸過程中，即使不發(fā)生反射、折射、吸收和散射等現(xiàn)象，也會(huì)發(fā)生能量向空間擴(kuò)散而損耗的現(xiàn)象，這被稱為自由空間損耗。電波被天線輻射后，便向周圍空間傳播，由電磁波傳播原理可知，每個(gè)輻射出去的平面上的點(diǎn)都可以當(dāng)做新的信源，繼續(xù)向四周輻射。

實(shí)際表明，電波在自由空間以球面形式傳播，電磁場(chǎng)能量擴(kuò)散，接收機(jī)只能接收到其中的一小部分，大部分能量在傳播過程中損耗了。傳播距離越遠(yuǎn)，到達(dá)接收地點(diǎn)的能量越小。

2、對(duì)流層傳播損耗

對(duì)流層是指自地面向上大約10km范圍的低空大氣層，對(duì)流層集中了整個(gè)大氣質(zhì)量的3/4，當(dāng)?shù)孛媸芴栒丈鋾r(shí)，地表溫度上升，地面放出的熱量使低溫大氣受熱膨脹，進(jìn)而造成了大氣密度不均勻，于是產(chǎn)生了大氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，對(duì)電波傳輸產(chǎn)生了一定的損耗。

（1）大氣折射

大氣折射率n是指電磁波在自由空間中的傳播速度c與在大氣中的傳播速度v之比。n隨高度的增加而減小，v隨高度的增加而增加，從而使電波傳播的軌跡向下彎曲，因而，由于大氣的折射作用，實(shí)際的電波傳播不是按照直線進(jìn)行，而是按曲線傳播的。大氣折射使電磁波射線路徑發(fā)生彎曲，從而使收信點(diǎn)的接收功率發(fā)生變化。

（2）大氣吸收損耗

任何物質(zhì)的分子都是由帶電粒子組成的，這些粒子都有其固有的電磁諧振頻率。當(dāng)通過這些物質(zhì)的微波頻率接近它們的諧振頻率時(shí)，這些物質(zhì)對(duì)微波就產(chǎn)生共振吸收。大氣中的氧分子具有磁偶極子，水蒸氣分子具有電偶極子，它們都能從電磁波中吸收能量，從而產(chǎn)生吸收損耗。

（3）雨霧引起的損耗

雨霧等自然現(xiàn)象都是對(duì)流層殊的大氣環(huán)境造成的，并且是隨機(jī)產(chǎn)生的，它使發(fā)端到收端之間的電磁波被散射、折射、吸收。其中，降雨損耗尤為明顯。當(dāng)工作頻率大于30GHz時(shí)，即使是小雨，造成的損耗也不能忽視。在10GHz以下時(shí)，必須考慮中雨以上的影響。為了保證可靠通信，在進(jìn)行鏈路設(shè)計(jì)時(shí)，通常先以晴天為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，然后留有一定的余量，以保證降雨、下雪等的情況仍然滿足通信質(zhì)量要求。

3、電離層傳播損耗

電離層的影響主要是電離層閃爍衰落，衰落值同地磁緯度有密切關(guān)系，在地磁緯度30°附近是一閃爍增強(qiáng)帶，地磁緯度20°以下，春夏發(fā)生閃爍嚴(yán)重且頻繁。電波穿過電離層的衰減量，隨入射角而變化，垂直入射時(shí)，衰減量最小。

另外，電波還受地球磁場(chǎng)的影響，線極化電磁波的極化平面會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，因此，要根據(jù)不同情況，對(duì)極化面的變化進(jìn)行補(bǔ)償。

4、多普勒頻移

當(dāng)衛(wèi)星與用戶終端之間、衛(wèi)星與基站之間、衛(wèi)星與衛(wèi)星之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收端收到的發(fā)射端載頻發(fā)生頻移，即多普勒效應(yīng)引起的附加頻移，稱之為多普勒頻移。多普勒頻移對(duì)采用相關(guān)解調(diào)的數(shù)字通信危害較大，地球站接收機(jī)必須采用鎖相技術(shù)才能穩(wěn)定地接收衛(wèi)星發(fā)來的信息。

對(duì)于移動(dòng)衛(wèi)星通信而言，它可能利用靜止軌道衛(wèi)星，也可以是非靜止軌道衛(wèi)星，對(duì)于前者，產(chǎn)生多普勒頻移主要是因?yàn)橛脩艚K端的運(yùn)動(dòng)，后者主要取決于衛(wèi)星相對(duì)于地面目標(biāo)的快速運(yùn)動(dòng)。

5、多徑衰落和陰影遮蔽效應(yīng)

電波在移動(dòng)環(huán)境中傳播時(shí)，會(huì)遇到各種物體，經(jīng)反射、散射、繞射，到達(dá)接收天線時(shí)，己成為通過各種路徑到達(dá)的合成波，即多徑傳播模式。各傳播路徑分量的幅度和相位各不相同，因此合成信號(hào)起伏很大，稱為多徑衰落。

電波途經(jīng)建筑物、樹林等時(shí)受到阻擋被衰減，這種陰影遮蔽對(duì)陸地移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的電波傳播影響很大。

以上分析了衛(wèi)星通信電波在傳輸過程中可能產(chǎn)生的各種傳播損耗，實(shí)際中，電波還受到傳輸噪聲的影響。

三、衛(wèi)星通信電波的傳輸噪聲

當(dāng)電波經(jīng)過傳輸達(dá)到接收機(jī)時(shí)，會(huì)引入一部分噪聲，這些噪聲對(duì)接收機(jī)影響較大，實(shí)際中要充分考慮。接收機(jī)輸入端的噪聲分別由內(nèi)部（接收機(jī)）和外部（天線引入）噪聲源引入，外部噪聲源可以分為兩類：地面噪聲和太空噪聲。地面噪聲影響最大，來源于大氣、降雨、地面、工業(yè)活動(dòng)等，太空噪聲來源于宇宙、太陽系等。

1、太陽系噪聲

它指的是太陽系中太陽、各行星以及月亮輻射的電磁干擾被天線接收而形成的噪聲，其中太陽是最大的熱輻射源。只要天線不對(duì)準(zhǔn)太陽，在靜寂期太陽噪聲對(duì)天線噪聲影響不大；其他行星和月亮，沒有高增益天線直接指向時(shí)，對(duì)天線噪聲影響也不大。實(shí)際上，當(dāng)太陽和衛(wèi)星匯合在一起，即太陽接近地球站指向衛(wèi)星的延伸線時(shí)，地球站就會(huì)受到干擾，甚至造成中斷。

2、宇宙噪聲

外空間星體的熱氣體及分布在星際空間的物質(zhì)所形成的噪聲，在銀河系中心的指向上達(dá)到最大值（通常稱為指向熱空），在天空其它某些部分的指向上是很低的（稱為冷空）。宇宙噪聲是頻率的函數(shù)，在1GHz以下時(shí)，它是天線噪聲的主要成分。

3、大氣噪聲與降雨噪聲

電離層、對(duì)流層不但吸收電波的能量，也產(chǎn)生電磁輻射而形成噪聲，其中主要是氧氣和水蒸汽構(gòu)成的大氣噪聲，大氣噪聲是頻率和仰角的函數(shù)。大氣噪聲在10GHz以上顯著增加，仰角越低時(shí)，由于電波穿越大氣層的路徑長(zhǎng)度增加，大氣噪聲作用加大。

降雨以及云、霧在產(chǎn)生電波吸收衰減的同時(shí)，也產(chǎn)生噪聲，稱為降雨噪聲。對(duì)天線噪聲的作用與雨量、頻率、天線仰角有關(guān)。即使在4GHz的頻率下，仰角低的時(shí)候，大雨對(duì)天線噪聲影響也很大，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)候要充分考慮這些因素。

4、內(nèi)部噪聲

內(nèi)部噪聲來源于接收機(jī)，由于接收機(jī)中含有大量的電子元件，而這些電子元件中由于溫度的影響，其中自由電子會(huì)做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)實(shí)際上影響了電路的工作，這就是熱噪聲，因?yàn)樵诶碚撋?，如果溫度降低到絕對(duì)零度，那么這種內(nèi)部噪聲會(huì)為零，但實(shí)際上我們達(dá)不到絕對(duì)零度，所以內(nèi)部噪聲不可根除，只可抑制。

篇10

綜合運(yùn)營(yíng)交換系統(tǒng)是衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)營(yíng)的業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)，基于業(yè)務(wù)規(guī)則引擎、工作流引擎、消息中間件以及插件技術(shù)實(shí)現(xiàn)的開放式綜合運(yùn)營(yíng)交換系統(tǒng)，可支持多業(yè)務(wù)接入、多業(yè)務(wù)融合運(yùn)營(yíng)計(jì)費(fèi)，簡(jiǎn)化衛(wèi)星通信運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)辦理流程，提高工作效率，滿足日常運(yùn)營(yíng)需求。

關(guān)鍵詞:

綜合運(yùn)營(yíng)交換系統(tǒng)；電信港；通信衛(wèi)星

1引言

衛(wèi)星通信系統(tǒng)作為國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)于提高國(guó)家影響力及人民生活水平具有積極意義，近年來，在國(guó)家積極推進(jìn)航天技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)品進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)的趨勢(shì)影響下，我國(guó)先后向玻利維亞、老撾提供了包括通信衛(wèi)星發(fā)射服務(wù)、通信衛(wèi)星在軌交付和通信衛(wèi)星地面運(yùn)營(yíng)的天地一體化系統(tǒng)。通信衛(wèi)星作為空間基礎(chǔ)設(shè)施的一種，只有配備了地面應(yīng)用系統(tǒng)才能面向用戶提供服務(wù)。通信衛(wèi)星電信港(Teleport)[1]作為通信衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)，一方面為通信衛(wèi)星與地面通信設(shè)施之間互聯(lián)互通提供樞紐，另一方面，承載著多種應(yīng)用業(yè)務(wù)，如廣播電視業(yè)務(wù)、遠(yuǎn)程教育業(yè)務(wù)、VSAT通信業(yè)務(wù)、應(yīng)急通信業(yè)務(wù)、國(guó)際關(guān)口站干線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)等。綜合運(yùn)營(yíng)交換系統(tǒng)作為通信衛(wèi)星電信港的重要組成部分，是針對(duì)國(guó)際通信衛(wèi)星地面運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)規(guī)劃的系統(tǒng)，該系統(tǒng)為電信港所承載的多種應(yīng)用業(yè)務(wù)提供綜合運(yùn)營(yíng)支撐及數(shù)據(jù)交換。通信衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商可基于該系統(tǒng)向各類用戶提供有償運(yùn)營(yíng)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信系統(tǒng)建設(shè)成本回收[1]。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)概述以運(yùn)營(yíng)廣播電視業(yè)務(wù)、VSAT業(yè)務(wù)、遠(yuǎn)程教育業(yè)務(wù)的通信衛(wèi)星電信港為例，該類電信港包括VSAT系統(tǒng)、廣播電視系統(tǒng)、遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)、綜合運(yùn)營(yíng)交換系統(tǒng)，電信港組成及對(duì)外接口如圖1所示。綜合運(yùn)營(yíng)交換系統(tǒng)作為通信衛(wèi)星電信港的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交換功能及業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)支撐功能。首先，為電信港內(nèi)部VSAT系統(tǒng)、廣播電視系統(tǒng)、遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)交換的統(tǒng)一接口，包括與當(dāng)?shù)仉娨暸_(tái)、電視節(jié)目提供商、電信運(yùn)營(yíng)商、Internet服務(wù)提供商、教育資源提供商的接口；其次，為電信港運(yùn)營(yíng)商提供VSAT業(yè)務(wù)、廣播電視業(yè)務(wù)、遠(yuǎn)程教育業(yè)務(wù)對(duì)外運(yùn)營(yíng)的平臺(tái).

2.2系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)綜合運(yùn)營(yíng)交換系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于電信管理論壇（TMF）[2]的下一代網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)增強(qiáng)型電信運(yùn)營(yíng)圖（NGOSS/eTOM）體系架構(gòu)[3]，包括數(shù)據(jù)核心層、業(yè)務(wù)邏輯層、接入層三部分。其中，通過在業(yè)務(wù)邏輯層引入中間件技術(shù)[4]及插件管理，提高系統(tǒng)靈活性及可擴(kuò)展性，使得系統(tǒng)不僅支持單一業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)，同時(shí)能夠支持多業(yè)務(wù)融合運(yùn)營(yíng)。中間件技術(shù)包括業(yè)務(wù)規(guī)則引擎、工作流引擎[5]、消息中間件三種類型，其中，業(yè)務(wù)規(guī)則引擎以更加靈活的方式應(yīng)對(duì)性能和可用性增長(zhǎng)的需求；工作流引擎應(yīng)對(duì)施工調(diào)度等流程的靈活可變，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)過程的可配置及全程監(jiān)控；消息中間件通過構(gòu)建基于消息機(jī)制的系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)間最大限度的解耦和分離，使得每個(gè)子系統(tǒng)可獨(dú)自發(fā)展，并得到更高的處理性能和可靠性。綜合運(yùn)營(yíng)交換系統(tǒng)功能模塊包括客戶管理、產(chǎn)品管理、服務(wù)管理、資源管理、綜合賬務(wù)、融合計(jì)費(fèi)、營(yíng)銷管理、結(jié)算管理、合作伙伴管理、基礎(chǔ)管理及數(shù)據(jù)交換傳輸功能，功能模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。客戶管理：建立統(tǒng)一的客戶信息視圖，對(duì)客戶、用戶、賬戶及客戶信用等信息進(jìn)行管理，分為個(gè)人客戶管理及集團(tuán)客戶管理。產(chǎn)品管理：電信港產(chǎn)品包括VSAT寬帶通信產(chǎn)品、VSAT語音通信產(chǎn)品、DTH電視節(jié)目產(chǎn)品、遠(yuǎn)程教育產(chǎn)品，產(chǎn)品管理是對(duì)產(chǎn)品全生命周期的管理，包括產(chǎn)品創(chuàng)建、產(chǎn)品變更、產(chǎn)品配置、產(chǎn)品退出、產(chǎn)品，產(chǎn)品信息包括產(chǎn)品所提供的服務(wù)信息，所需物理資源信息以及產(chǎn)品的資費(fèi)信息。服務(wù)管理：服務(wù)管理包括對(duì)服務(wù)開通、停斷類定單管理、工單管理，并提供面向VSAT網(wǎng)管、DTH用戶管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程教育網(wǎng)管的指令配置管理。資源管理：電信港運(yùn)營(yíng)涉及資源較多，包括VSAT端站設(shè)備、DTH系統(tǒng)TVRO設(shè)備、DTH系統(tǒng)CA卡，資源管理包括對(duì)資源入庫、出庫、資源調(diào)撥、資源盤點(diǎn)、庫存預(yù)警以及資源信息的管理。綜合賬務(wù)：提供賬務(wù)處理及賬務(wù)管理功能，按照賬務(wù)資費(fèi)定義對(duì)客戶所訂購(gòu)產(chǎn)品進(jìn)行出賬、銷賬操作，提供賬單管理、賬務(wù)核算、發(fā)票管理功能，根據(jù)客戶信用情況對(duì)欠費(fèi)用戶進(jìn)行服務(wù)限制。融合計(jì)費(fèi)：提供計(jì)費(fèi)原始數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理功能，按照計(jì)費(fèi)資費(fèi)定義對(duì)客戶所訂購(gòu)的產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)費(fèi)控制最終生成計(jì)費(fèi)詳單，提供靈活可定制的計(jì)費(fèi)策略，包括VSAT業(yè)務(wù)、DTH業(yè)務(wù)及遠(yuǎn)程教育業(yè)務(wù)的融合計(jì)費(fèi)。營(yíng)銷銷售：包括營(yíng)銷方案制定、營(yíng)銷活動(dòng)管理、商機(jī)管理、銷售活動(dòng)管理功能。合作伙伴管理：電信港運(yùn)營(yíng)商合作伙伴包括電視節(jié)目提供商、電信運(yùn)營(yíng)商、Internet服務(wù)提供商、教育資源提供商及DTH、VSAT終端產(chǎn)品生廠商等，合作伙伴管理功能對(duì)電信港運(yùn)營(yíng)商合作伙伴進(jìn)行資質(zhì)管理等信息管理功能。結(jié)算管理：結(jié)算管理提供電信港運(yùn)營(yíng)商與合作伙伴之間的賬務(wù)結(jié)算。基礎(chǔ)管理：提供系統(tǒng)操作權(quán)限、日志管理、安全管理、數(shù)據(jù)備份清理等功能。數(shù)據(jù)交換傳輸：通過合理的路由、交換配置，提供電信港內(nèi)部VSAT系統(tǒng)、廣播電視系統(tǒng)、遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)交換的統(tǒng)一接口，包括與當(dāng)?shù)仉娨暸_(tái)、電視節(jié)目提供商、電信運(yùn)營(yíng)商、Internet服務(wù)提供商、教育資源提供商的接口。

2.3系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)綜合運(yùn)營(yíng)交換系統(tǒng)接口包括外部接口與內(nèi)部接口，接口設(shè)計(jì)如圖3所示。

2.4系統(tǒng)工作流程設(shè)計(jì)綜合運(yùn)營(yíng)交換系統(tǒng)工作流程包括業(yè)務(wù)開通流程、業(yè)務(wù)變更流程、業(yè)務(wù)中止流程，以DTH、VSAT、遠(yuǎn)程教育融合業(yè)務(wù)開通流程為例，系統(tǒng)工作流程設(shè)計(jì)如圖4所示。

3運(yùn)營(yíng)策略設(shè)計(jì)

綜合運(yùn)營(yíng)交換系統(tǒng)作為衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)營(yíng)的業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)，向各類用戶提供有償運(yùn)營(yíng)服務(wù)，包括面向衛(wèi)星通信終端客戶提供廣播電視服務(wù)、語音通信服務(wù)、寬帶通信服務(wù)及遠(yuǎn)程教育服務(wù)運(yùn)營(yíng)計(jì)費(fèi)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，以客戶為導(dǎo)向、多業(yè)務(wù)融合運(yùn)營(yíng)是其主要特點(diǎn)。為適應(yīng)衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商實(shí)際運(yùn)營(yíng)需求，盡快收回衛(wèi)星系統(tǒng)及電信港系統(tǒng)建設(shè)成本，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)需滿足如下運(yùn)營(yíng)策略：分級(jí)運(yùn)營(yíng)策略：可根據(jù)所在地行政區(qū)域劃分、實(shí)際運(yùn)營(yíng)需求，設(shè)置兩級(jí)或多級(jí)運(yùn)營(yíng)方式，將業(yè)務(wù)層與決策層分離，有利于業(yè)務(wù)分散管理，吸納更多的終端客戶；靈活的計(jì)費(fèi)及賬務(wù)結(jié)算策略：計(jì)費(fèi)策略及賬務(wù)策略與產(chǎn)品所提供的服務(wù)相關(guān)聯(lián)，計(jì)費(fèi)策略及賬務(wù)策略靈活可配置，可選計(jì)費(fèi)策略包括計(jì)費(fèi)起始日期策略、計(jì)費(fèi)截止日期策略、服務(wù)開通日期策略、服務(wù)停斷日期策略、按定單竣工日期、下帳期起始日期、本帳期截止日期等；可選賬務(wù)策略包括殘?jiān)率召M(fèi)策略、殘?jiān)峦速M(fèi)策略等，靈活的計(jì)費(fèi)及賬務(wù)結(jié)算策略可滿足終端客戶不同的使用需求；融合業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)策略：提供基礎(chǔ)業(yè)務(wù)產(chǎn)品與融合業(yè)務(wù)產(chǎn)品，其中基礎(chǔ)業(yè)務(wù)產(chǎn)品包括遠(yuǎn)程教育基礎(chǔ)產(chǎn)品、廣播電視基礎(chǔ)產(chǎn)品、VSAT基礎(chǔ)產(chǎn)品，融合產(chǎn)品為三種基礎(chǔ)產(chǎn)品的組合；終端客戶可通過綜合運(yùn)營(yíng)交換系統(tǒng)一次性完成遠(yuǎn)程教育、廣播電視、VSAT通信多種服務(wù)的開通及停斷操作，使得終端客戶業(yè)務(wù)辦理流程更加高效，可使用的服務(wù)更加多樣；統(tǒng)一的接口管理策略：采用接口機(jī)部署接口管理模塊，統(tǒng)一管理VSAT系統(tǒng)、廣播電視系統(tǒng)、遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的接入,在提高接口轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)確保系統(tǒng)接入安全性，同時(shí)方便未來系統(tǒng)擴(kuò)充或新業(yè)務(wù)接入；客戶接入多樣化策略：除傳統(tǒng)營(yíng)業(yè)廳之外，為終端客戶提供多樣化接入服務(wù)，如銀行、自助終端、網(wǎng)上營(yíng)業(yè)廳等，使得終端客戶接入系統(tǒng)更為便捷。

4結(jié)論

綜合運(yùn)營(yíng)交換系統(tǒng)基于業(yè)務(wù)規(guī)則引擎、工作流引擎、消息中間件以及插件技術(shù)實(shí)現(xiàn)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)多業(yè)務(wù)融合運(yùn)營(yíng)計(jì)費(fèi)，同時(shí)支持產(chǎn)品及流程定制化，具有靈活可配置的特點(diǎn)，可滿足衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商復(fù)雜多變的使用需求，該系統(tǒng)已成功應(yīng)用到多個(gè)國(guó)際通信衛(wèi)星項(xiàng)目。

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