封彬

【摘要】便攜式衛(wèi)星通信地球站是一種復(fù)雜的機(jī)電一體化的產(chǎn)品，它集中體現(xiàn)了衛(wèi)星通信的各類(lèi)優(yōu)點(diǎn)。隨著衛(wèi)星通信的不斷發(fā)展和國(guó)家對(duì)應(yīng)急通信的高度重視，功能齊全、性能可靠、方便用戶攜帶的便攜式衛(wèi)星通信地球站的設(shè)計(jì)己成為衛(wèi)星通信領(lǐng)域的一大研究熱點(diǎn)。本文以小口徑、便攜式天線衛(wèi)星通信地球站的研制為背景，進(jìn)行了通信控制系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了天線對(duì)目標(biāo)衛(wèi)星的自動(dòng)搜索與跟蹤，保證天線高精度指向衛(wèi)星以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信。

【關(guān)鍵詞】便攜式衛(wèi)星通信；系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

1.背景與研究意義

衛(wèi)星通信，指的是設(shè)置在地球上（包括地面、水面和低層大氣中）的無(wú)線電通信站之間利用人造地球衛(wèi)星作中繼站轉(zhuǎn)發(fā)或反射無(wú)線電波，在2個(gè)或多個(gè)地球站之間進(jìn)行的通信。與其他通信手段相比，靜止衛(wèi)星通信具有以下優(yōu)點(diǎn)：衛(wèi)星通信系統(tǒng)能以較低的成本提供較寬范圍的無(wú)縫覆蓋，服務(wù)范圍寬且不受地理?xiàng)l件的限制；可利用頻帶寬；衛(wèi)星通信系統(tǒng)與地面通信基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)獨(dú)立，網(wǎng)絡(luò)路由簡(jiǎn)捷；網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度快，成本低：通信質(zhì)量高，且通信電路靈活性與普遍性好。正是由于衛(wèi)星通信具有上述優(yōu)點(diǎn)，自它誕生之日起便得到了迅猛發(fā)展，不僅應(yīng)用于傳輸話音、電報(bào)、數(shù)據(jù)等，還特別適用于廣播電視節(jié)目的傳送，成為當(dāng)今通信領(lǐng)域中最為重要的一種通信方式。

2.便攜式衛(wèi)星通信系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 天線座架設(shè)計(jì)

天線座是支撐天線探測(cè)目標(biāo)的裝置，由天線控制器控制，使天線按照某種規(guī)律運(yùn)或者跟隨目標(biāo)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)，從而使天線對(duì)準(zhǔn)指向目標(biāo)。為了保證天線的活動(dòng)范圍、有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)速度、滿足跟蹤測(cè)量的精度要求，座架結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度，并在規(guī)定的環(huán)境條件下能安全、精確地工作，所以正確的選擇天線座架結(jié)構(gòu)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能起著重要的作用。

現(xiàn)有的天線座架結(jié)構(gòu)是多種多樣的，按轉(zhuǎn)軸的數(shù)目，可以分為一軸、二軸、三軸、四軸和固定不動(dòng)一軸天線座主要用于搜索、引導(dǎo)雷達(dá)，這種雷達(dá)因?yàn)橥ǔ６际巧刃尾ㄊ?，只需一根方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)天線即可覆蓋所有空域，所以多采用一軸天線座；為了補(bǔ)償船舶縱橫搖擺、飛機(jī)升降等的影響，船載和機(jī)載的雷達(dá)多采用三軸或者四軸的天線座結(jié)構(gòu)形式；而衛(wèi)星通信地球站因采用天線波束窄的圓拋物面天線，為覆蓋整個(gè)空域轉(zhuǎn)軸，所以需采用兩軸天線座。目前的地面雷達(dá)天線座基本上都為一軸或兩軸的。兩軸天線座有俯仰一方位型、X-Y型、極軸型等多種型式，其中最為常見(jiàn)的就是俯仰一方位型。俯仰一方位型天線座是以地平面為基準(zhǔn)的，方位軸垂直于地面，俯仰軸垂直于方位軸，這種天線座結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、徑向尺寸緊湊、承載能力大、調(diào)整測(cè)量方便，設(shè)計(jì)、制造和維修也比較方便，也可稱(chēng)為地平式或經(jīng)緯儀式天線座。

2.2 系統(tǒng)跟蹤方案設(shè)計(jì)

在整個(gè)系統(tǒng)中衛(wèi)星伺服控制部分有著至關(guān)重要的作用，不管衛(wèi)星如何運(yùn)動(dòng)，天線控制系統(tǒng)都必須保證天線波束主軸始終指向衛(wèi)星，使得通信系統(tǒng)能夠正常工作。為達(dá)到這一目標(biāo)，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)除了在機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感器選擇、硬件設(shè)計(jì)方面多加注意以減少誤差、提高系統(tǒng)的指向精度與跟蹤精度外，必須設(shè)計(jì)合適的跟蹤方式。

采用何種跟蹤方式應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，綜合考慮對(duì)星精度、對(duì)星速度、結(jié)構(gòu)難易程度等多方面。由第一章的介紹可知：手動(dòng)跟蹤要求工作人員有一定的經(jīng)驗(yàn)，這對(duì)大多數(shù)初次使用通信系統(tǒng)的用戶來(lái)說(shuō)是個(gè)很大的問(wèn)題，不便于推廣應(yīng)用；程序跟蹤無(wú)論從系統(tǒng)組成還是控制上而言，都易于實(shí)現(xiàn)，是個(gè)很好的選擇，但是由于地球是個(gè)質(zhì)量分布不均勻的橢圓球體、衛(wèi)星在飛行時(shí)容易受到太陽(yáng)光壓和大氣阻力的影響，這些因素會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星靜止軌道位置發(fā)生偏移，當(dāng)衛(wèi)星常年使用后會(huì)使軌道數(shù)據(jù)發(fā)生不可預(yù)測(cè)的變化，影響天線的姿態(tài)控制，同時(shí)因?yàn)檫@種跟蹤方式完全依賴(lài)于GPS和姿態(tài)測(cè)量傳感器來(lái)提供對(duì)星數(shù)據(jù)，所以一旦它們的精度不夠或者設(shè)備壞掉，將會(huì)嚴(yán)重影響對(duì)星精度，甚至使整個(gè)系統(tǒng)對(duì)星工作失效，所以應(yīng)結(jié)合其它的跟蹤方法來(lái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)星；自動(dòng)對(duì)星的三種方法本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是相同的，都是根據(jù)采集到的衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度來(lái)確定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與幅度。

3.網(wǎng)管控制流程

后臺(tái)控制中心通過(guò)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)向下廣播控制指令，便攜衛(wèi)星站對(duì)準(zhǔn)口標(biāo)衛(wèi)星后，就能自動(dòng)接收到遠(yuǎn)控信息，通過(guò)時(shí)分控制的載波突發(fā)，完成端點(diǎn)站的握手、注冊(cè)服務(wù)。

控制中心的信令信息通過(guò)調(diào)制解調(diào)器能夠?qū)Χ苏緝?nèi)部的加密機(jī)、路由器、視頻會(huì)議等業(yè)務(wù)設(shè)備進(jìn)行有限訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)管的監(jiān)控任務(wù)。

單兵系統(tǒng)與視頻會(huì)議系統(tǒng)設(shè)計(jì)為基于IP協(xié)議進(jìn)行傳輸，兩者相互獨(dú)立，只要衛(wèi)星鏈路帶寬足夠，可以同時(shí)進(jìn)行高清傳輸。通過(guò)路由器和加密機(jī)對(duì)本地業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)優(yōu)化和加密，實(shí)現(xiàn)通信雙方端對(duì)端的可靠傳輸。

4.系統(tǒng)功能

輕便型便攜衛(wèi)星站的設(shè)計(jì)，在不影響現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體制的前提下，最大化地將各類(lèi)通信手段進(jìn)行高度集成，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用、需分配的動(dòng)態(tài)通信管理，主要優(yōu)點(diǎn)及功能包括：

（1）兼容性好。兼容現(xiàn)有公安邊防網(wǎng)管系統(tǒng)，能夠接受網(wǎng)管系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度。

（2）安全可控。配置網(wǎng)絡(luò)加密機(jī)，對(duì)進(jìn)出口數(shù)據(jù)進(jìn)行甄別和加密，防止非法訪問(wèn)。

（3）攜帶方便，操作簡(jiǎn)單。最大化地減輕終端重量，節(jié)省人員體力，支持一鍵啟動(dòng)。

（4）高速傳輸。在基于H.265等高壓縮率編碼技術(shù)的支持下，可以在窄帶衛(wèi)星資源上實(shí)現(xiàn)包括高清視頻會(huì)議、單兵回傳等高速率寬帶業(yè)務(wù)的傳輸功能。

（5）擴(kuò)展性好。支持各類(lèi)基于IP體制的外接合法設(shè)備的方便接入，支持后期網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展。

結(jié)束語(yǔ)

本文以便攜式衛(wèi)星通信系統(tǒng)的研制為背景，進(jìn)行了衛(wèi)星通信系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，闡述了便攜式衛(wèi)星通信系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，分析了便攜式衛(wèi)星通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，希望本文對(duì)研究便攜式衛(wèi)星通信系統(tǒng)的各位能有所幫助。

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