宋志強(qiáng)

遼寧葫蘆島92941部隊(duì) 遼寧 125001

0 前言

動(dòng)中通是運(yùn)動(dòng)中衛(wèi)星通信的簡(jiǎn)稱，主要是指車載或船載移動(dòng)衛(wèi)星站之間或者與固定站之間進(jìn)行的衛(wèi)星通信。它是由運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的天線、衛(wèi)星跟蹤伺服系統(tǒng)、信道設(shè)備組成，動(dòng)中通具有機(jī)動(dòng)性能強(qiáng)、使用方便、可靠性能高、抗干擾能力強(qiáng)、保密性能好的優(yōu)點(diǎn)，能夠在運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)時(shí)、大容量、不間斷的傳遞語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等多媒體信息，特別適合于軍用和民用通信中的應(yīng)急指揮通信和突發(fā)事件的指揮通信，目前已經(jīng)在軍事、公安、消防、救援等系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

動(dòng)中通要在移動(dòng)中通過衛(wèi)星進(jìn)行通信，要解決的核心問題主要有兩個(gè)：①天線在載體運(yùn)動(dòng)過程中能夠快速準(zhǔn)確的對(duì)星，并且不受載體的搖擺、沖擊、顛簸等干擾影響。②具有較高的通信效率，能夠克服和減少由天線旁瓣和極化特性、多普勒效應(yīng)和陰影效應(yīng)等對(duì)通信系統(tǒng)的影響。本文對(duì)車載動(dòng)中通的關(guān)鍵技術(shù)和性能指標(biāo)進(jìn)行分析、研究和測(cè)試，為其在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用做好技術(shù)支持。

1 動(dòng)中通關(guān)鍵技術(shù)和性能分析

1.1 旁瓣特性和極化特性

通常動(dòng)中通天線口徑小、波速快，因而輻射能量相對(duì)分散、旁瓣特性較差，容易對(duì)臨星產(chǎn)生干擾。通常天線指向偏差小于0.2°，當(dāng)車載系統(tǒng)由于顛簸、轉(zhuǎn)向燈原因產(chǎn)生較大的角度運(yùn)動(dòng)時(shí)，天線自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生較大的指向偏差，導(dǎo)致偏軸方向增益超標(biāo)嚴(yán)重，當(dāng)惡化到 0.5°甚至更大時(shí)，如果臨星也具有相同頻率覆蓋的轉(zhuǎn)發(fā)器頻段，會(huì)造成嚴(yán)重的臨星干擾。動(dòng)中通天線在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，極化角不在固定狀態(tài)，天線的方位、俯仰和極化角度由跟蹤伺服系統(tǒng)計(jì)算得出，由于極化角度非常靈敏，如果天線不做隨時(shí)的校準(zhǔn)，天線在主軸防線上的極化隔離度會(huì)大幅下降，上、下行鏈路可能引入比較嚴(yán)重的交叉極化干擾。

為避免和減少動(dòng)中通天線對(duì)臨星的干擾，通常采用以下措施：①提高天線的旁瓣特性，盡可能降低旁瓣干擾的影響。②提高天線在運(yùn)動(dòng)中的跟蹤精度，降低偏軸方向上的較差極化干擾。

1.2 天線跟蹤性能分析

動(dòng)中通系統(tǒng)最關(guān)鍵的性能是天線在運(yùn)動(dòng)過程中跟蹤性能的穩(wěn)定性，跟蹤性能的好壞直接決定著動(dòng)中通系統(tǒng)的通信能力。由于動(dòng)中通系統(tǒng)機(jī)動(dòng)性能很強(qiáng)，隨時(shí)都可能會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)致天線在方位、俯仰和極化方向上的抖動(dòng)干擾，導(dǎo)致天線波束偏離衛(wèi)星，產(chǎn)生指向誤差，造成電平值降低甚至中斷通信。在這種情況下，必須保證動(dòng)中通天線始終對(duì)準(zhǔn)所跟蹤的衛(wèi)星不變，這是動(dòng)中通系統(tǒng)所必須具備的能力。通常采用的伺服跟蹤技術(shù)有以下幾類：

(1) 極值搜索跟蹤方式

極值搜索跟蹤方式是利用信號(hào)強(qiáng)度隨天線指向誤差增大而減小的特征，不斷搜索使天線保持在信號(hào)最強(qiáng)的方向。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，成本較低；缺點(diǎn)是信號(hào)容易丟失，重新捕獲時(shí)間長(zhǎng)。

(2) 指向跟蹤方式

指向跟蹤方式是利用慣性姿態(tài)測(cè)量單元建立一個(gè)坐標(biāo)基準(zhǔn)，通過伺服系統(tǒng)使天線穩(wěn)定在當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系中，使之不受載體運(yùn)動(dòng)的干擾。優(yōu)點(diǎn)是不容易丟失信號(hào)；缺點(diǎn)是成本過高。

(3) 差分GPS跟蹤方式

隨著差分 GPS技術(shù)的發(fā)展，目前指向跟蹤方式廣泛采用差分 GPS以取代高成本的慣導(dǎo)方式。這種跟蹤方式可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)對(duì)星，而且運(yùn)動(dòng)速度越快，精度越高。缺點(diǎn)是靜止時(shí)測(cè)量精度低。

(4) 單脈沖跟蹤方式

單脈沖跟蹤方式是利用衛(wèi)星信標(biāo)的差信號(hào)在短時(shí)間內(nèi)判斷出天線指向的指向偏差并迅速跟蹤的方式。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是跟蹤精度高；缺點(diǎn)是信號(hào)丟失后重新捕獲時(shí)間長(zhǎng)。

1.3 多普勒效應(yīng)

動(dòng)中通系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮多普勒頻移的影響，多普勒頻移公式：

其中，θ為入射波與動(dòng)中通運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角、ν為載體運(yùn)動(dòng)速度、λ為工作波長(zhǎng)。

由公式可以看出，多普勒頻移與工作波長(zhǎng)和運(yùn)動(dòng)速度成正比，此外，徑向夾角越小，多普勒頻移越大。在實(shí)際應(yīng)用中，衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器具有碼速調(diào)整和多普勒緩沖功能以降低多普勒效應(yīng)的影響。

1.4 通信性能分析

動(dòng)中通通信系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 動(dòng)中通通信系統(tǒng)組成框圖

對(duì)于動(dòng)中通系統(tǒng)來說，由于天線尺寸小，因此發(fā)射增益較低，上行鏈路 EIRP值不高，由于動(dòng)中通系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù)類型包括語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等多媒體信息，通常整個(gè)系統(tǒng)所支持的上行數(shù)據(jù)速率不超過2Mbit/s，下行的速率不受限制，這樣才能滿足通信業(yè)務(wù)需求，如果在沒有明顯遮擋的情況下，當(dāng)視頻業(yè)務(wù)在512Kbit/s時(shí)，接收分辨率可以達(dá)到768 *432，幀數(shù)30幀/秒，畫面質(zhì)量清晰，能夠滿足實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求。

此外，當(dāng)載車在移動(dòng)時(shí)，如遇到橋梁、山體、樹木遮擋時(shí)，會(huì)出現(xiàn)接收信號(hào)電平降低甚至通信中斷的現(xiàn)象。重新捕獲的性能除了與天線伺服系統(tǒng)有關(guān)以外，還與衛(wèi)星通信的體制有關(guān)，如FDMA設(shè)備恢復(fù)時(shí)間短，而TDMA設(shè)備恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)。

2 動(dòng)中通系統(tǒng)性能測(cè)試

2.1 環(huán)境影響測(cè)試

對(duì)某型動(dòng)中通系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試，分析在不同外界條件下的動(dòng)中通系統(tǒng)性能。外界環(huán)境對(duì)動(dòng)中通的影響主要體現(xiàn)在通信質(zhì)量和中斷恢復(fù)時(shí)間兩個(gè)方面，具體測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 外界環(huán)境影響測(cè)試

由測(cè)試結(jié)果可以看出，動(dòng)中通受建筑物、橋洞等地理遮擋的影響較大；中斷恢復(fù)時(shí)間受自身運(yùn)動(dòng)方式和軌跡影響較大。

2.2 載體運(yùn)動(dòng)速度的影響測(cè)試

測(cè)試不同運(yùn)動(dòng)速度下的動(dòng)中通系統(tǒng)性能指標(biāo)，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 不同運(yùn)動(dòng)速度下的Eb/N0

可以得出結(jié)論，動(dòng)中通系統(tǒng)受載體運(yùn)動(dòng)速度的影響較小。

3 結(jié)束語(yǔ)

動(dòng)中通系統(tǒng)由于其運(yùn)動(dòng)特性已經(jīng)成為衛(wèi)星通信網(wǎng)中的一個(gè)新興技術(shù)領(lǐng)域，也是現(xiàn)代應(yīng)急通信指揮業(yè)務(wù)的首選。動(dòng)中通系統(tǒng)中天線伺服系統(tǒng)的跟蹤穩(wěn)定性是滿足運(yùn)動(dòng)中通信業(yè)務(wù)需求的關(guān)鍵，此外，將移動(dòng)衛(wèi)星通信技術(shù)與圖像視頻技術(shù)融合也是目前研究領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)熱點(diǎn)問題。

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