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        無(wú)人機(jī)電力線(xiàn)路巡檢機(jī)載衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)器研制

        2017-08-30 00:17:22廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院錢(qián)金菊
        電子世界 2017年15期
        關(guān)鍵詞:調(diào)制解調(diào)器巡線(xiàn)衛(wèi)星通信

        廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院 易 琳 錢(qián)金菊

        中國(guó)人民解放軍總參謀部第六十研究所 包令聰 韓正偉

        廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司機(jī)巡作業(yè)中心 蒙華偉 汪 勇

        無(wú)人機(jī)電力線(xiàn)路巡檢機(jī)載衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)器研制

        廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院 易 琳 錢(qián)金菊

        中國(guó)人民解放軍總參謀部第六十研究所 包令聰 韓正偉

        廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司機(jī)巡作業(yè)中心 蒙華偉 汪 勇

        本文研究了一種在電力巡線(xiàn)領(lǐng)域應(yīng)用的無(wú)人機(jī)機(jī)載衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)器,該機(jī)載衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)器由調(diào)制解調(diào)單元、綜合業(yè)務(wù)處理單元、保密單元、電源組成,解決無(wú)人機(jī)電力巡線(xiàn)中調(diào)制解調(diào)器不僅需要滿(mǎn)足衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)傳輸鏈路的要求,還需要滿(mǎn)足無(wú)人機(jī)環(huán)境的使用要求,實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)通信和圖像、視頻在載機(jī)和指揮所之間的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸,具有總體傳輸效率高、解調(diào)門(mén)限低、頻偏捕獲能力強(qiáng)、系統(tǒng)的通信速率與可用率高的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)采用突發(fā)模式的通信信號(hào)有效地抗旋翼遮擋。該機(jī)載通信調(diào)制解調(diào)器對(duì)于衛(wèi)星通信無(wú)人機(jī)電力巡檢有著重要意義,具有很好的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。

        寬帶衛(wèi)星;衛(wèi)星通信;無(wú)人直升機(jī);電力巡線(xiàn);調(diào)制調(diào)解器

        1.引言

        機(jī)載衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)器在無(wú)人機(jī)電力巡線(xiàn)領(lǐng)域的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外具有廣泛的研究[1-6]。無(wú)人機(jī)電力巡線(xiàn)在電力系統(tǒng)執(zhí)行多樣化任務(wù)時(shí),載機(jī)與指揮所之間的通信是保障無(wú)人機(jī)效能發(fā)揮的重要因素。機(jī)載衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)器在高效遠(yuǎn)程的通信系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用,以保證在全天候條件下的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)通信和圖像、視頻的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸,也提高載機(jī)在復(fù)雜地形和氣象條件下的廣域通信保障能力。

        機(jī)載衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)器不僅需要滿(mǎn)足衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)傳輸鏈路的要求,還需要滿(mǎn)足無(wú)人機(jī)環(huán)境的使用要求。這就需要機(jī)載衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)器在保證總體傳輸效率高、解調(diào)門(mén)限低、頻偏捕獲能力強(qiáng)、系統(tǒng)的通信速率與可用率高的前提下,滿(mǎn)足溫濕度、振動(dòng)沖擊、防鹽霧霉菌及尺寸重量等設(shè)計(jì)要求[7-10]。

        在這些思想的基礎(chǔ)上,本文設(shè)計(jì)一種新的無(wú)人機(jī)電力巡線(xiàn)的機(jī)載衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)器,介紹了該調(diào)制解調(diào)器的組成以及功能。該調(diào)制解調(diào)器可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)電力巡線(xiàn)中多業(yè)務(wù)遠(yuǎn)程通信的需求,并可適用于全天候的復(fù)雜地形及氣象條件。

        2.電力巡線(xiàn)中機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的工作原理

        針對(duì)與導(dǎo)線(xiàn)安全距離的控制及實(shí)時(shí)監(jiān)控等環(huán)境使用要求問(wèn)題,機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有極大優(yōu)勢(shì),本節(jié)對(duì)該系統(tǒng)做出來(lái)詳細(xì)的闡述。

        2.1 通信體制

        軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)中主要采用FDMA和TDMA體制。TDMA體制除去必要的同步和糾錯(cuò)外,通過(guò)增加報(bào)頭開(kāi)銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)多址,主要用于多個(gè)大型地球站同時(shí)對(duì)多個(gè)方向進(jìn)行通信。信道速率比用戶(hù)業(yè)務(wù)速率要高得多(多個(gè)用戶(hù)共享同一信道速率),假設(shè)用戶(hù)速率為64Kbps時(shí),空間信道速率就要在384Kbps以上,這樣對(duì)于地面站的天線(xiàn)和功放要求都很高。FDMA體制通過(guò)不同頻帶實(shí)現(xiàn)多址,分配給用戶(hù)的本頻帶資源除去必要的同步和糾錯(cuò)外可全部用于用戶(hù)業(yè)務(wù)開(kāi)銷(xiāo)。FDMA體制在一個(gè)時(shí)刻只向一個(gè)方向進(jìn)行傳輸(可以多個(gè)站接收,同一時(shí)刻可以有一個(gè)站回傳),所以用戶(hù)速率和空間信道速率一致。由于直升機(jī)機(jī)載站的體積和重量受限,而導(dǎo)致天線(xiàn)和功放增益受限,同時(shí)結(jié)合我國(guó)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器受限的EIRP和G/T值特點(diǎn),決定了有限的資源必須全部用于用戶(hù)信息的傳輸,所以機(jī)載衛(wèi)星通信一般都使用FDMA體制。

        2.2 系統(tǒng)組成

        衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)器用于實(shí)現(xiàn)載機(jī)與指揮所之間,在全天候條件下的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)通信和圖像、視頻的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸。該機(jī)載衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)器由調(diào)制解調(diào)單元、綜合業(yè)務(wù)處理單元、保密單元、電源組成。對(duì)外接口包括視頻接口、音頻接口和數(shù)據(jù)接口。

        本系統(tǒng)采用中國(guó)衛(wèi)星公司的Ku 頻段的衛(wèi)星資源進(jìn)行衛(wèi)星通信[11]。下行頻率為12.25GHz~12.75GHz,上行頻率在14GHz~14.5GHz之間。

        2.3 主要功能

        衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)器主要實(shí)現(xiàn)以下功能:a)信號(hào)的調(diào)制和解調(diào):包括編碼、變頻、調(diào)制和解調(diào)、解碼等過(guò)程;b)音、視頻編解碼;c)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的匯聚與調(diào)度;d)信息加解密;e)與直升機(jī)的管理系統(tǒng)之間的接口監(jiān)視和管理:通過(guò)接口與直升機(jī)管理系統(tǒng)的互聯(lián),實(shí)現(xiàn)管理系統(tǒng)對(duì)信道設(shè)備的控制和管理。

        3.技術(shù)方案設(shè)計(jì)

        考慮到傳統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)器無(wú)法滿(mǎn)足日益復(fù)雜的電力巡線(xiàn)任務(wù),本文提出了一種新的用于無(wú)人機(jī)電力巡線(xiàn)的機(jī)載衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)器,本機(jī)載衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器是傳統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器的改進(jìn),采用了高速突發(fā)調(diào)制解調(diào)器技術(shù),克服了傳統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器發(fā)出與接收信號(hào)受旋翼遮擋的不足,能夠更準(zhǔn)確高效地進(jìn)行無(wú)人機(jī)電力巡線(xiàn),實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)突發(fā)通信。

        3.1 系統(tǒng)總體性能要求和指標(biāo)

        首先必須對(duì)通信調(diào)制解調(diào)器的總體參數(shù)進(jìn)行設(shè)定,根據(jù)無(wú)人機(jī)電力巡線(xiàn)的基本要求,基本參數(shù)設(shè)計(jì)如下[12]:

        1)誤碼率

        Pb<1E-7(BPSK調(diào)制,1/2編碼,Eb/N0為 2.8dB時(shí),突發(fā))

        Pb<1E-7(QPSK調(diào)制,2/3編碼,Eb/N0為 3.8dB時(shí),突發(fā))

        2)通信速率

        速率不低于1024Kbps。

        3)數(shù)據(jù)接口

        RS422接口、以太網(wǎng)口

        4)音頻編碼

        模擬音頻輸入,8Kbps/2.4Kbps編碼速率

        5)視頻編碼

        PAL或XGA接口,H.264編碼,可變速率編碼

        6)外形尺寸

        315mm×194mm×57.2mm

        7)其他要求

        重量不得超過(guò)3Kg,使用高度在0~5000m之間。

        3.2 方案設(shè)計(jì)

        一個(gè)機(jī)載調(diào)制解調(diào)器包括信道單元和音頻、視頻信道單元,可以同時(shí)工作。頻信道單元可支持8Kbps/2.4Kbps編碼速率,視頻信道采用H.264編碼,可變速率編碼。系統(tǒng)原理如圖1所示。

        圖1 機(jī)載調(diào)制調(diào)解器原理圖

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