衛(wèi)星通信系統(tǒng).doc

.衛(wèi)星通信介紹衛(wèi)星通信系統(tǒng)實際上也是一種微波通信，它以衛(wèi)星作為中繼站轉發(fā)微波信號，在多個地面站之間通信，衛(wèi)星通信的主要目的是實現(xiàn)對地面的“無縫隙”覆蓋，由于衛(wèi)星工作于幾百、幾千、甚至上萬公里的軌道上，因此覆蓋范圍遠大于一般的移動通信系統(tǒng)。但衛(wèi)星通信要求地面設備具有較大的發(fā)射功率，因此不易普及使用。衛(wèi)星通信系統(tǒng)由衛(wèi)星端、地面端、用戶端三部分組成。衛(wèi)星端在空中起中繼站的作用，即把地面站發(fā)上來的電磁波放大后再返送回另一地面站，衛(wèi)星星體又包括兩大子系統(tǒng)：星載設備和衛(wèi)星母體。地面站則是衛(wèi)星系統(tǒng)與地面公眾網的接口，地面用戶也可以通過地面站出入衛(wèi)星系統(tǒng)形成鏈路，地面站還包括地面衛(wèi)星控制中心，及其跟蹤、遙測和指令站。用戶端即是各種用戶終端。在微波頻帶，整個通信衛(wèi)星的工作頻帶約有500MHz寬度，為了便于放大和發(fā)射及減少變調干擾，一般在星上設置若干個轉發(fā)器。每個轉發(fā)器被分配一定的工作頻帶。目前的衛(wèi)星通信多采用頻分多址技術，不同的地球站占用不同的頻率，即采用不同的載波。比較適用于點對點大容量的通信。近年來，時分多址技術也在衛(wèi)星通信中得到了較多的應用，即多個地球站占用同一頻帶，但占用不同的時隙。與頻分多址方式相比，時分多址技術不會產生互調干擾、不需用上下變頻把各地球站信號分開、適合數(shù)字通信、可根據(jù)業(yè)務量的變化按需分配傳輸帶寬，使實際容量大幅度增加。另一種多址技術是碼分多址(CDMA)，即不同的地球站占用同一頻率和同一時間，但利用不同的隨機碼對信息進行編碼來區(qū)分不同的地址。 CDMA采用了擴展頻譜通信技術，具有抗干擾能力強、有較好的保密通信能力、可靈活調度傳輸資源等優(yōu)點。它比較適合于容量小、分布廣、有一定保密要求的系統(tǒng)使用。工作軌道按照工作軌道區(qū)分，衛(wèi)星通信系統(tǒng)一般分為以下3類：2.1.1、低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(LEO)：距地面5002000Km，傳輸時延和功耗都比較小，但每顆星的覆蓋范圍也比較小，典型系統(tǒng)有Motorola的銥星系統(tǒng)。低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)由于衛(wèi)星軌道低，信號傳播時延短，所以可支持多跳通信；其鏈路損耗小，可以降低對衛(wèi)星和用戶終端的要求，可以采用微型/小型衛(wèi)星和手持用戶終端。但是低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)也為這些優(yōu)勢付出了較大的代價：由于軌道低，每顆衛(wèi)星所能覆蓋的范圍比較小，要構成全球系統(tǒng)需要數(shù)十顆衛(wèi)星，如銥星系統(tǒng)有66顆衛(wèi)星、Globalstar有48顆衛(wèi)星、Teledisc有288顆衛(wèi)星。同時，由于低軌道衛(wèi)星的運動速度快，對于單一用戶來說，衛(wèi)星從地平線升起到再次落到地平線以下的時間較短，所以衛(wèi)星間或載波間切換頻繁。因此，低軌系統(tǒng)的系統(tǒng)構成和控制復雜、技術風險大、建設成本也相對較高。2.1.2、中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(MEO)：距地面200020000Km，傳輸時延要大于低軌道衛(wèi)星，但覆蓋范圍也更大，典型系統(tǒng)是國際海事衛(wèi)星系統(tǒng)。中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以說是同步衛(wèi)星系統(tǒng)和低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)的折衷，中軌道衛(wèi)星系統(tǒng)兼有這兩種方案的優(yōu)點，同時又在一定程度上克服了這兩種方案的不足之處。中軌道衛(wèi)星的鏈路損耗和傳播時延都比較小，仍然可采用簡單的小型衛(wèi)星。如果中軌道和低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)均采用星際鏈路，當用戶進行遠距離通信時，中軌道系統(tǒng)信息通過衛(wèi)星星際鏈路子網的時延將比低軌道系統(tǒng)低。而且由于其軌道比低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)高許多，每顆衛(wèi)星所能覆蓋的范圍比低軌道系統(tǒng)大得多，當軌道高度為l0000Km時，每顆衛(wèi)星可以覆蓋地球表面的235%，因而只要幾顆衛(wèi)星就可以覆蓋全球。若有十幾顆衛(wèi)星就可以提供對全球大部分地區(qū)的雙重覆蓋，這樣可以利用分集接收來提高系統(tǒng)的可靠性，同時系統(tǒng)投資要低于低軌道系統(tǒng)。因此，從一定意義上說，中軌道系統(tǒng)可能是建立全球或區(qū)域性衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)較為優(yōu)越的方案。當然，如果需要為地面終端提供寬帶業(yè)務，中軌道系統(tǒng)將存在一定困難，而利用低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)作為高速的多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)的性能要優(yōu)于中軌道衛(wèi)星系統(tǒng)。2.1.3、高軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(GEO)：距地面35800km，即同步靜止軌道。理論上，用三顆高軌道衛(wèi)星即可以實現(xiàn)全球覆蓋。傳統(tǒng)的同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的技術最為成熟，自從同步衛(wèi)星被用于通信業(yè)務以來，用同步衛(wèi)星來建立全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)已經成為了建立衛(wèi)星通信系統(tǒng)的傳統(tǒng)模式。但是，同步衛(wèi)星有一個不可克服的障礙，就是較長的傳播時延和較大的鏈路損耗，嚴重影響到它在某些通信領域的應用，特別是在衛(wèi)星移動通信方面的應用。首先，同步衛(wèi)星軌道高，鏈路損耗大，對用戶終端接收機性能要求較高。這種系統(tǒng)難于支持手持機直接通過衛(wèi)星進行通信，或者需要采用l2m以上的星載天線(L波段)，這就對衛(wèi)星星載通信有效載荷提出了較高的要求，不利于小衛(wèi)星技術在移動通信中的使用。其次，由于鏈路距離長，傳播延時大，單跳的傳播時延就會達到數(shù)百毫秒，加上語音編碼器等的處理時間則單跳時延將進一步增加，當移動用戶通過衛(wèi)星進行雙跳通信時，時延甚至將達到秒級，這是用戶、特別是話音通信用戶所難以忍受的。為了避免這種雙跳通信就必須采用星上處理使得衛(wèi)星具有交換功能，但這必將增加衛(wèi)星的復雜度，不但增加系統(tǒng)成本，也有一定的技術風險。目前，同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要用于VSAT系統(tǒng)、電視信號轉發(fā)等，較少用于個人通信。發(fā)展趨勢未來衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要有以下的發(fā)展趨勢：4.1、地球同步軌道通信衛(wèi)星向多波束、大容量、智能化發(fā)展；4.2、低軌衛(wèi)星群與蜂窩通信技術相結合、實現(xiàn)全球個人通信；4.3、小型衛(wèi)星通信地面站將得到廣泛應用；4.4、通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)承載數(shù)字視頻直播(DvB)和數(shù)字音頻廣播(DAB)；4.5、衛(wèi)星通信系統(tǒng)將與IP技術結合，用于提供多媒體通信和因特網接入，即包括用于國際、國內的骨干網絡，也包括用于提供用戶直接接入；4.6、微小衛(wèi)星和納衛(wèi)星將廣泛應用于數(shù)據(jù)存儲轉發(fā)通信以及星間組網通信。動中通控制系統(tǒng)方案天線跟蹤控制技術是衛(wèi)星動中通系統(tǒng)的關鍵技術之一，如何能夠有效控制天線的準確對星，使系統(tǒng)能在最短的時間內鎖定衛(wèi)星、在信號中斷后最短的時間完成重捕獲，并能在各種復雜地形和快速機動條件下保持系統(tǒng)的正常工作和信號不丟失，是動中通用戶和設備廠家非常關注并亟待解決的問題?；勐?lián)科技通過市場調研，在眾多廠家的大力支持下，推出了系列化解決方案，可分別用于高輪廓、中輪廓、低輪廓和拋物面等天線的跟蹤控制。1. 控制系統(tǒng)包含以下幾個部分1)GPS單頻天線2)慣導單元3)信標接收單元4)伺服控制單元2.系統(tǒng)安裝示意1)動中通天線罩安裝底板；2)動中通天線面安裝底板；3)動中通天線面；4)GPS天線1，安裝需盡量靠近天線罩頂部，減少GPS遮擋；5)GPS天線2，安裝需盡量靠近天線罩頂部，減少GPS遮擋；GPS天線1和GPS天線2之間距離盡量拉長，可以有效提高系統(tǒng)精度；GPS天線與方位電機驅動的平面一起旋轉。6)慣導需要安裝在動中通天線底面上，與方位電機驅動的平面一起旋轉。3.系統(tǒng)工作流程示意1)系統(tǒng)通電；2)動中通天線掃描衛(wèi)星，雙GPS初始化，系統(tǒng)進行初始鎖定；3)系統(tǒng)完成初始鎖定有以下兩種，任何一種情況都能夠實現(xiàn)系統(tǒng)初始鎖定：a)動中通天線掃描衛(wèi)星鎖定（此時不論雙GPS初始化是否鎖定），慣導系統(tǒng)將此時需要的天線仰角傳輸給控制單元，信標參數(shù)及轉臺機械參數(shù)同時傳遞給控制單元，天線跟蹤系統(tǒng)根據(jù)確定信標最大信號進行初始鎖定；b)雙GPS完成鎖定（此時不論動中通天線掃描衛(wèi)星是否鎖定），雙GPS參數(shù)及INS組合參數(shù)傳遞給控制單元，天線跟蹤系統(tǒng)初始鎖定完成；4)天線跟蹤過程中，信標參數(shù)、轉臺機械參數(shù)、雙天線GPS及INS組合參數(shù)實時傳遞給控制單元；控制單元結合信標信號進行實時步進跟蹤，當天線對準時，將此時水平編碼器數(shù)值發(fā)送給慣導，慣導可根據(jù)此值進行對準。4.系統(tǒng)特點1)初始化引入天線信號掃描鎖定技術，可以有效解決GPS衛(wèi)星狀況不好情況下初始鎖定問題；2)系統(tǒng)運行過程中，GPS/INS組合給天線跟蹤提供粗對準和信標掃描給天線跟蹤提供精對準的工作模式，可以顯著降低系統(tǒng)對GPS/INS組合精度要求，顯著降低GPS/INS組合成本。動中通是“移動中的衛(wèi)星地面站通信系統(tǒng)”的簡稱。通過動中通系統(tǒng)，車輛、輪船、飛機等移動的載體在運動過程中可實時跟蹤衛(wèi)星等平臺，不間斷地傳遞語音、數(shù)據(jù)、圖像等多媒體信息，可滿足各種軍民用應急通信和移動條件下的多媒體通信的需要。 動中通系統(tǒng)很好地解決了各種車輛、輪船等移動載體在運動中通過地球同步衛(wèi)星，實時不斷地傳遞語音、數(shù)據(jù)、高清晰的動態(tài)視頻圖像、傳真等多媒體信息的難關，是通信領域的一次重大的突破，是當前衛(wèi)星通信領域需求旺盛、發(fā)展迅速的應用領域，在軍民兩個領域都有極為廣泛的發(fā)展前景。 “動中通”在直播中有以下優(yōu)點： (1)在轉播過程中采用自主跟蹤方式跟蹤衛(wèi)星，充分利用了衛(wèi)星通信覆蓋區(qū)域大、抗干擾能力強、線路穩(wěn)定的特點，可實現(xiàn)點對點、點對多點、點對主站移動衛(wèi)星的通信； (2)“動中通”車具有靈活、機動的轉播特點，能確?？焖?、實時的靜態(tài)和動態(tài)現(xiàn)場直播； (3)自動重捕時間短，駛出通信盲區(qū)后能快速恢復通信； (4)與OFDM“無方向”移動微波設備相比，“動中通”車無需收、發(fā)設備操作人員在惡劣環(huán)境條件下工作，節(jié)約了人力、物力，而且減小了電磁輻射污染； (5)信號傳輸過程的節(jié)點減少，提高了轉播質量和可靠性； (6)能降低大范圍、復雜場景直播過程的運行成本。 然而，受目前技術的限制，“動中通”仍存在一些不足，主要是： (1)在轉播環(huán)境比較復雜(建筑物太高、太多，橋梁、山區(qū)等)的情況下，會出現(xiàn)信號中斷現(xiàn)象； (2)用兩輛“動中通”車傳送不同電視圖像信號，在圖像播出時不易做到無閃點連接(兩車同時遇到閃點)； (3)“動中通”車與移動信號采集車之間信號傳輸不易(兩車的方向、位置在不斷變化)。 靜中通：靜止狀態(tài)下與衛(wèi)星實時通信。GINS3200光纖組合慣導系統(tǒng)用于動中通天線跟蹤無錫慧聯(lián)信息科技有限公司1動中通通信系統(tǒng)介紹動中通通信系統(tǒng)采用新型的移動衛(wèi)星通信天線，專為移動載體（特別是汽車、火車、水上運輸工具、海上石油平臺）在運動過程中完成實時衛(wèi)星通信而設計。在載體運動過程中，采用先進的相控陣技術及自動跟蹤技術，自動完成搜索并捕獲指定的衛(wèi)星信號，提供高速、寬帶大容量的語音、數(shù)據(jù)及高清晰的動態(tài)視頻圖像等多媒體信息，具有快速高質量自動尋星、快速精準對星、受干擾后依靠陀螺穩(wěn)定快速回復等特點。廣泛應用于軍用、警用車輛通信、搶險救災通信、鐵路、公路、水上運輸、地質勘探、野外科考、森林巡視、水利電力巡查、突發(fā)事件新聞采集、海上石油、遠洋運輸?shù)阮I域。2動中通通信系統(tǒng)工作原理動中通通信系統(tǒng)是在初始靜態(tài)情況下，由衛(wèi)星定位、捷聯(lián)慣導系統(tǒng)測量出航向角、載體所在位置的經緯度及相對水平面的初始角，然后根據(jù)其姿態(tài)及地理位置、衛(wèi)星經度自動確定以水平面為基準的天線仰角，在保持仰角對水平面不變的前提下轉動方位，并以信號極大值方式自動對準衛(wèi)星。載體運動中，測量出載體姿態(tài)的變化，通過數(shù)學平臺的運算，變換為天線的誤差角，通過伺服機構調整天線方位角、俯仰角、極化角，保證載體在變化過程中天線對星始終在規(guī)定范圍內，使衛(wèi)星發(fā)射天線在載體運動中實時跟蹤地球同步衛(wèi)星。系統(tǒng)跟蹤有自跟蹤和慣導跟蹤兩種：自跟蹤+是依靠衛(wèi)星信標進行天線閉環(huán)伺服跟蹤；慣導跟蹤是利用陀螺慣導組合敏感載體的變化進行天線跟蹤，兩種跟蹤可根據(jù)現(xiàn)場情況自動切換。當系統(tǒng)對星完畢后轉入自動跟蹤后。由于遮擋或其它原因引起天線信標信號中斷時，系統(tǒng)自動切換到慣導跟蹤方式。3 GINS3200是動中通跟蹤控制的最佳解決方案一套實時高性能姿態(tài)方位測量系統(tǒng)是整個動中通通信系統(tǒng)的核心，天線的跟蹤性能完全取決于姿態(tài)測量的精度。公司研制的GINS3200集高精度陀螺儀、加速度計和衛(wèi)星測姿接收機于一體，為衛(wèi)星動中通天線跟蹤提供了最佳解決方案。系統(tǒng)采用兩個衛(wèi)星接收機精確計算運動載體的航向角；克服了以往純慣性需要靜態(tài)對準和長時間漂移等問題。通過結合高精度的慣性測量單元和改進姿態(tài)測量算法，使GINS3200在衛(wèi)星信號被干擾或遮擋后，仍能提供高精度的姿態(tài)數(shù)據(jù)。GINS3200克服了單一器件的不足，充分發(fā)揮了衛(wèi)星測姿精度高、無累積誤差、無漂移、可動態(tài)對準以及慣性測量動態(tài)性好、抗干擾能力強等特點，有效提高了系統(tǒng)整體的姿態(tài)方位測量精度、導航精度及實時跟蹤對準性能。4系統(tǒng)指標參數(shù)GINS3200系統(tǒng)精度航向精度0.1姿態(tài)精度0.05位置精度2m （no SA）速度精度0.02米/秒器件性能陀螺量程400 /s零偏穩(wěn)定性1 /h零偏重復性1 /h非線性100ppm加速度計量 程10g零偏穩(wěn)定性0.05mg零偏重復性0.05mg接口特性數(shù)據(jù)更新率100Hz接口方式RS-232或RS-422，波特率115200數(shù)據(jù)協(xié)議NMEA 0183或二進制，可定制數(shù)據(jù)格式物理指標供電電壓12VDC(以實際提供系統(tǒng)參數(shù)為準)工作溫度-40+65物理尺寸144mm122mm146mm重量3kg5GINS3200的主要特點1）高精度組合測量技術“動中通”系統(tǒng)主要由天線穩(wěn)控、衛(wèi)星通信、車輛改裝三部分組成，其中衛(wèi)星通信和車輛改裝是通用技術，各家基本相同，天線穩(wěn)控則是衡量動中通性能的關鍵技術。目前市場中大部分廠家采用的方案是通過雙極化信標信號驅動天線，利用速率陀螺阻尼天線驅動軸的干擾運動來實現(xiàn)跟蹤衛(wèi)星。這種方式天線穩(wěn)定效果差，遇到遮擋后極易丟失信號，無法滿足對信號高質量的要求。相對而言GINS應用雙天線衛(wèi)星定向單元與高精度慣性測量單元共同測量載體運動，可實現(xiàn)天線的高精度自主定位定向，完全不受地域或環(huán)境的變換影響，使運動中的天線始終對準衛(wèi)星，盡可能的避免了通信中斷。2）慣性保持不怕遮擋由于采用了捷聯(lián)慣性系統(tǒng)，GINS3200不怕衛(wèi)星信號遮擋，可以自主對星和穩(wěn)定天線指向，即使衛(wèi)星信號被長時間遮擋，車輛怎樣移動，天線始終對準衛(wèi)星，一旦遮擋物去除，即可迅速恢復通信。下圖為某部裝備的衛(wèi)星動中通。3）閉環(huán)控制抗干擾能力強GINS3200內部可以接收信標機的信號，并與慣性測量系統(tǒng)進行組合使其在GPS 信號受影響的時候也能有效鎖定衛(wèi)星，形成閉環(huán)控制 ，大大提高了系統(tǒng)的適應性和可靠性。4）優(yōu)秀的性價比GINS3200產品具有良好的性能得益于我們的先進傳感器器融合技術，而不是單一追求器件精度，產品的價格合理具有極強的競爭力，可大大降低用戶的系統(tǒng)投資。GINS1200高精度MEMS組合微慣導系統(tǒng)用于動中通天線跟蹤1、概述隨著高新技術的迅猛發(fā)展，戰(zhàn)爭形勢正在發(fā)生深刻變革，無人作戰(zhàn)、信息戰(zhàn)、制導武器已經成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭的重要手段，低損耗、零傷亡已經成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭的新理念。為了滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需求，機動靈活、精確打擊、快速響應、高度智能的海、陸、空、天微小型武器平臺成為戰(zhàn)場的新寵，分布式微小飛行器、靈巧彈藥、小型低成本戰(zhàn)術導彈等已逐步成為部隊的重要武器裝備。上述精確制導的戰(zhàn)術任務必須在高性能微慣導和衛(wèi)星定位技術的支持下才能完成，微小型導航、制導與控制系統(tǒng)是微小飛行器、微小型水下航行器、微小型地面機器人以及微納衛(wèi)星等的核心技術。為了使得微小武器裝備能夠高精度、高效率、長時間的工作，作為核心部件的微慣性測量單元和GPS接收機必須提高集成度、精度和可靠度，減小體積、重量，降低功耗。慧聯(lián)科技根據(jù)市場需求，充分利用成熟的MEMS慣性器件，通過多種技術途徑提高了器件的精度，并通過與GPS定位定向技術結合，研制開發(fā)了GINS1200姿態(tài)方位組合導航系統(tǒng)。2、產品組成全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)導航能夠全天候工作，且具有較高的導航精度，成本低廉，是當今應用最多的一種導航系統(tǒng)。通過差分應用的雙天線GPS接收機不僅可以完成定位，而且可以動態(tài)獲得精確的北向，長時間使用也不會產生漂移。但在應用于運動載體時，由于運動載體的機動變化，常使接收天線受到斷續(xù)的遮擋，甚至對已跟蹤的衛(wèi)星信