衛星通信系統范文

導語：如何才能寫好一篇衛星通信系統，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

數字式PID算法有兩種類型，分別為增量型PID算法和位置型PID算法。在本系統中采用的是位置型PID算法。入口參數為角度誤差量，即系統運行時理論角度值與碼盤反饋的角度差值送給e(k)。傳統PID算法雖然原理比較簡單，控制較為靈活，但在實際的應用中還是存在一些問題的。如在系統啟動時，短時間內有很大的偏差，會引起積分飽和，造成較大的超調；而微分環節的引入會使系統對于干擾變得特別敏感，造成系統的不穩定。下面針對這些問題提出幾種改進方法。

2PID算法中積分項的改進

在PID函數實際應用過程中，為了克服積分飽和現象，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。積分分離的實現方法是在偏差值不大時對積分項累加，而在偏差值較大時不對該值累加，這樣可以防止偏差大時過大的PID輸出控制量，避免了積分飽和現象[6]。積分限幅的基本方法是當積分項累計到某個較大的值時，不再繼續對積分值進行累加，保持該積分值不變，下一次的積分值取上一次的積分值，直至出現符號相反的入口值時才繼續對積分項進行累加[7]。由此可見，采用不完全積分方法后，積分環節的輸出量在第一個周期會迅速的增大，但此后其增長速度不斷減慢，最后會趨向一個有限值，然而完全積分是趨向無窮大的。因此完全積分容易出現積分飽和現象，從而導致其特性變差[8]。

3PID算法中微分項的改進

微分項的引入會導致系統對干擾擾動特別敏感。原因在于當e(k)為階躍函數時，微分項的輸出僅在一開始起作用，對于時間控制比較長的情況，它的超前控制作用會變得很小[9]。在此提出的改進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，微分環節的輸出量在第一個采樣周期內的脈沖高度會降低，然后按(0)dkau的規律逐漸衰減。因此不完全微分能有效克服傳統PID算法對擾動敏感的不足，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結論

將不完全積分、不完全微分的PID算法應用到實際的船載衛星通信系統中，當電機正轉和反轉時分別測量出具體數據。以實測出的數據做為輸入量，將控制量u(k)和誤差e(k)用Origin軟件進行繪圖，得到下面的圖形[11]。從圖5和圖6可以看出，運用PID算法控制的電機在經過一開始短暫的閉環控制后，控制量保持平穩，誤差幾乎為0，達到了我們的要求[12]。

5結束語

篇2

關鍵詞：通信工程，寬帶，海事衛星

航海運輸行業的發展，能夠為貿易工作和國際交流提供便捷，同時有助于拉動我國經濟水平的提升。航海運輸會面臨較多的風險因素，尤其是海上環境變幻莫測，容易導致危險事故的發生，威脅人們的生命財產安全。只有對多種航海數據進行全面分析，明確船舶的航行狀況，才能夠做好充足的準備工作，防止海事風險的發生。隨著技術水平的提升，寬帶海事衛星通信系統逐步得到應用，可以充分發揮高通量寬帶衛星和地面網絡系統的作用，為海航運輸提供可靠的保障。通過有效的互聯網接入，可以滿足工作中的個性化與多元化需求。相較于其他技術而言，該技術在抗干擾性能和穩定性等方面都具有明顯的優勢，在應用中應該掌握技術要點，制定切實可行的技術方案。

1 寬帶海事衛星通信系統概述

1.1 基本構成

海事VSAT和第五代海事衛星寬帶通信系統FX，是當前寬帶海事衛星通信系統的基本類型，在提供通信服務時具有全天候、全球性和穩定性等特點，能夠對大西洋、太平洋和印度洋等實現全面覆蓋，在海陸空的安全通信和日常通信中應用較多[1]。空間衛星在Ka頻段運行，包括可旋轉高容量荷載和全球荷載，能夠通過多個信道和點波束增強系統運行性能，促進通信能力的提升。為了能夠有效應對極端天氣的影響，關口站數量通常設置為兩個。同時在收發及處理信號時借助于移動終端實現，滿足互聯網訪問和視頻傳輸的需求。

1.2 系統特點

Ka波段通信是寬帶海事衛星通信系統的基本特點，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、第四代衛星FB終端和第五代衛星GX等，是當前移動終端的基本類型，尤其是第五代海事衛星通信系統的應用，使得寬帶優勢得到體現[2]。

2 寬帶海事衛星通信系統的優勢與技術特點

2.1 系統優勢

Ka波段的應用，是寬帶海事衛星通信系統的基本特點，大大擴大了覆蓋范圍，寬帶速率達到了上行5Mbps和下行50Mbps，滿足用戶終端的需求。尤其是衛星波束的不同，滿足終端在不同場景下的使用需求，通過流暢的切換提高通信質量。在通信熱備份保障中，第四代衛星FB的應用效果較好，使得整個系統的功能得到強化。在該系統中還實現了第四代海事衛星通信系統和第五代海事衛星通信系統的融合，在不同服務當中通過自由切換保障通信效率與質量[3]。同時與網絡服務設備共同發揮系統功能，網絡路由的選擇更加快捷，在增強其可靠性的同時，能夠獲得高速數據。雨衰的增大是由于降雨而引起，會導致五代衛星Ka波段高頻信號的傳輸受到嚴重影響，此時能夠通過識別故障問題，向第四代衛星終端進行自動切換，保障網絡路由的良好運行效果。如果降雨停止，那么就會再次完成自動切換，發揮第五代衛星終端的功能。

2.2 技術特點

Ka波段的應用，是改善系統性能的關鍵。尤其是與傳統的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功能需求，其頻率在3.5GHz左右。對于頻率利用率的提升，可以借助于點波束實現，相較于以往而言能夠提高20 倍，因此能夠有效降低運行成本，同時擴大了通信容量。在增益上的優勢，也是Ka波段衛星信號的基本特點，因此可以大大減小用戶終端的體積，為用戶提供便捷。運用Ka波段衛星系統時，需要重視關口站的應用，增強信息網絡的整體性，使用戶本地化接入和饋電鏈路頻率服用功能得到優化。高效化運用了頻率復用和點波束，因此在容量上得到了擴展，在200Gb/s左右[4]。受到地面通信系統工作頻率的影響較小，因此有效增強了寬帶海事衛星通信系統的抗干擾性能，這也是提高通信質量的關鍵。雨衰問題的存在，會對系統的應用造成一定限制，因此需要引進先進技術手段進行控制。

3 寬帶海事衛星通信系統技術的應用措施

3.1 視頻監控與視頻會議

船舶在海上航行時會面臨較多的風險因素威脅，只有做好安全管理，才能為人們創造良好的環境條件。應該增進與岸上指揮中心的交流溝通，從而對海上情況進行全面分析，以便采取針對性解決措施。尤其是在遇到海盜襲擊等安全問題時，需要加強各部門的安排部署，降低在航行過程中的風險。運用寬帶海事衛星通信系統進行視頻監控與視頻會議，是提升安全性的關鍵措施。衛星鏈路傳輸、船舶本地視頻采集、岸上控制及顯示，是視頻監控系統的主要組成部分。其中，硬盤錄像機是該系統中的關鍵構成，應用于駕駛臺當中，通過有效連接艙外云臺攝像機，能夠達到持續錄像的目的[5]。運用視頻監控系統，能夠在錄像保存中真正實現自動化處理，指揮中心能夠以遠程手段獲得錄像視頻，確保傳輸的穩定性及高效性。衛星IP網絡在實時畫面的獲取中更具可靠性，能夠增進指揮中心和船舶的密切聯系，監控視頻畫面也可以通過家是臺中的視頻監視器進行獲取，防止信息溝通不暢引起的問題。視頻會議終端設備在會議室中的應用，可以通過輸入船上視頻監控畫面，連接指揮中心視頻會議，因此可以確保會議的順利開展，通過岸上與海上的交流互動實時掌控船舶的運行狀況。

3.2 船員WiFi上網

由于在海上生活十分漫長，船員與家人長期分隔，只有通過互聯網才能拉近彼此之間的關系，滿足船員的實際需求。因此，應該運用寬帶海事衛星通信系統改善上網條件，使平板、智能手機和筆記本等終端設備的功能得到充分發揮。WiFi上網應該消除時間和空間等限制性因素，使船員的上網能夠更加便捷。相較于陸地網絡而言，衛星通信系統的寬帶一般較低，應該以船舶的安全航行為基礎，優化WiFi上網。應該明確FX衛星通信鏈路的基本特征，運用集中式認證管理的方式，對上網環境進行優化，在此過程中需要借助于無線控制路由器。做好船上網絡設備和、辦公網絡、WiFi上網、船載終端、地面站、系統管理認證平臺之間的有效銜接，保障良好的通信質量[6]。

3.3 機載衛星寬帶接入服務

為了能夠提供可靠的全程通信接入服務，應該明確寬帶海事衛星通信系統在機艙中的重要性，滿足國際航班和國內航班的不同需求。除了能夠滿足多媒體通信需求，還能夠為應急通信、交通管制和飛機導航等工作提供依據，通過可靠的寬帶接入，能夠使各類信息數據的傳輸更加高效，包括了客艙乘客狀態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星通信系統實現全面管理，提高衛星通信的性能，通過一個集成包管理多個業務，比如飛行數據、語音、天氣預報等。飛前申報和許可、位置報告、短信服務和氣象信息的獲取等，都會由于寬帶海事衛星通信系統的應用而更加便捷。

4 結語

寬帶海事衛星通信系統包括了空間衛星、關口站和移動終端等各個部分，系統的高效化運轉能夠有效增強海事工作安全性，實現指揮中心與船舶的密切聯系，降低航行的風險隱患。該技術應用了高頻段和點波束等，同時具有較大的容量，因此可以保障系統的良好性能。在實踐工作當中，主要是通過視頻監控與視頻會議、船員WiFi上網和機載衛星寬帶接入服務等滿足工作要求，保障通信傳輸的質量與效率。

參考文獻

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[4]馬進華.寬帶海事衛星通信在我國的發展與應用[J].中國新通信，2018，20(15):91-92.

篇3

(電子科技大學成都學院，四川 成都 611731）

【摘要】本文介紹一種基于北斗的衛星移動通信試驗系統。這是一個利用我國北斗衛星的冗余資源的支持話音和低速數據的小容量系統，它可以在某些關鍵時刻和特殊環境下起到重要而不可替代的作用。同時，在試驗系統這一平臺上，還可以對下一階段建立的GEO衛星移動通信系統的關鍵技術進行試驗研究。基于“北斗”的衛星移動通信試驗系統將以我國低EIRP的“北斗”導航衛星資源為空間段，建立我國的衛星移動通信試驗系統。系統由三部分構成：由我國北斗衛星冗余資源支持的空間段；具有系統接續控制和交換能力、并與地面公用網接口的地面段；以及有較高天線增益的應用段。

關鍵詞 北斗衛星；網絡結構；空中接口

作者簡介：胡曼青（1980—），女，四川成都人，電子科技大學成都學院，講師，研究方向為通信與信息系統。

1系統總體架構

（1）在分析“北斗”衛星現有冗余資源的基礎上，利用“北斗”衛星的轉發器作為空間段；

（2）地面段包括綜合信關站、地面運控站、信標站等；

（3）應用段包括三類用戶終端（便攜式、車載式、固定式），實現用戶終端之間、用戶終端與地面通信網絡之間的互聯互通。

1.1系統特點

（1）利用我國北斗衛星冗余資源支持的空間段；

（2）具有系統接續控制和交換能力、并與地面公用網接口的信關站；

（3）具有創新型高技術應用的移動終端；

（4）具有移動通信系統空中接口規范、完整的信令體系和安全保密體制。

1.2系統組成

系統由空間段、地面段和應用段組成，見下圖：

圖1系統組成

空間段：利用北斗衛星所搭載的轉發器實現用戶與用戶、用戶與信關站間信號的轉發。

應用段：即用戶終端，將可識別的信息（語音、數據、短消息）處理成可在空間傳輸的、符合系統要求的無線信號，并向衛星發射；同時，將衛星發射（轉發）來的符合系統要求的空間無線信號接收處理成可識別的信息（語音、數據、短消息）。

用戶終端有三種形式：

（1）固定式用戶終端：在固定地點使用；

（2）便攜式用戶終端：可搬移，機動性好；

（3）車載式用戶終端：可在運動中使用，實現動中通。

地面段：由信標站、地面運控系統和綜合信關站組成。綜合信關站是試驗系統與地面通信網之間的匯接交換中心，負責與PSTN（Public Switched Telephone Network 公共交換電話網）之間的接口，完成認證與授權、資源管理、協議轉換、呼叫控制、計費處理以及移動終端之間、移動終端與PSTN之間的互聯互通。

2系統空中接口

2.1系統網絡結構

從網絡結構上，系統可劃分為終端和綜合信關站兩大部分。終端包含用戶識別模塊，綜合信關站由收發系統、業務控制系統、衛星信號監測管理、移動交換中心等網絡部件組成，系統網絡體系結構見圖2。

圖2系統網絡架構

用戶話音和數據通過業務信道在終端和信關站之間傳輸，當系統內部終端之間相互通信時，由信關站轉發信號，傳輸路徑經歷了2跳衛星鏈路。當衛星終端與網外用戶通信時，信號經歷1跳衛星鏈路由信關站的移動交換中心GMSC（Gateway Mobile Switching Center 網關移動交換中心）與PSTN、PLMN（Public Land Mobile Networks公共陸上移動網絡）和SMC（Sort Message Center）建立連接。同步軌道衛星通信系統單跳延遲大約270毫秒。

2.2衛星移動終端SMT（Satellite Mobile Terminal）

SMT是基于“北斗”的衛星移動通信試驗系統的用戶終端，用戶使用SMT接入試驗網得到所需的通信服務。

為區別試驗網內不同的用戶，使用用戶識別模塊UIM（User Identity Module）予以識別。每個移動終端都有各自的衛星設備識別號SMEI（Satellite Mobile Equipment Identity）。每個移動用戶都有自己的衛星移動用戶識別號SMSI（Satellite Mobile Subscriber Identity），分別存儲在UIM上和SHLR（Satellite Home Location Register）上。

2.3綜合信關站SGS（Synthesize Gateway Station）

綜合信關站由收發系統、業務控制系統、衛星資源監測與管理、移動交換中心等網絡部件組成。

2.3.1收發系統GTS（Gateway Transceiver System）

它受控于GSC，包含射頻子系統和信道處理子系統。射頻子系統完成衛星射頻信號和中頻或基帶信號之間的轉換功能，信道處理子系統完成信道調制/解調、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換，實現SMT和GTS之間通過衛星傳輸及相關控制功能。

2.3.2業務控制系統GSC（Gateway Service Control）

GSC是地面信關站的控制部分，它處于GTS和移動業務交換中心GMSC之間。一個GSC可以連接和控制幾個GTS，在試驗系統中只有一個GTS。它的主要功能是無線信道的管理、實施呼叫和通信鏈路的建立和拆除，移動臺切換管理，話務量統計等。

2.3.3衛星資源監測與管理SRMM（Satellite Resource Monitor & Management）

衛星資源監控與管理完成對衛星資源的監控與協調管理工作，包括了：衛星頻譜與信號監測、衛星工作狀況監測與系統管理、運行狀況與工作模式管理、信關站與地面運控網進行信息交互與處理、天線與射頻狀態監視。

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

移動業務交換中心由軟交換SS（Soft Switch）、AAA（Authentication Authorization Accounting）服務器、操作維護中心OMC（Operation & Maintenance Center）、衛星接入網關SAG（Satellite Access Gateway）、地面接入網關TAG（Terrestrial Access Gateway）等實體組成。

①軟交換SS（Soft Switcher）

完成移動呼叫接續、控制、無線資源和移動性管理等功能，是衛星移動通信試驗網的核心，同時也是與地面固網和實驗網的接口設備。

②AAA服務器

認證：用戶在使用網絡系統中的資源時對用戶身份的確認。

授權：網絡系統授權用戶以特定的方式使用其資源。

計費：網絡系統收集、記錄用戶對網絡資源的使用，以便向用戶收取資源使用費用，或者用于審計等目的。

AAA服務器含衛星歸屬位置寄存器SHLR（Satellite Home Location Register）與地面移動網的HLR類似，SHLR是用來存儲本地用戶位置信息的數據庫，每個衛星移動用戶必須在某一個SHLR登記，不同之處是試驗網將衛星移動設備標識寄存器集成到SHLR之中。登記的主要內容有：用戶號碼、移動設備號碼、位置信息、業務信息等。試驗系統暫不考慮衛星訪問位置寄存器SVLR（Satellite Visitor Location Register），但設計時應該留有擴充的空間。

③地面接入網關TAG

地面接入網關實現與地面PSTN，PLMN和短消息中心的接口，信令轉換，業務合成、分解、存儲和傳輸的實體。地面接入網關實現試驗系統與地面其它網絡的多種業務轉換和互通。

④衛星接入網關SAG

衛星接入網關是業務控制分系統GSC和移動交換中心GMSC的接口實體。

⑤操作管理中心OMC

OMC是網絡擁有者對全網進行監測和操作的功能實體。

2.4系統接口定義

2.4.1UIM－SMT接口

衛星移動終端SMT到用戶識別模塊UIM接口，SMT在注冊、實現雙向鑒權、加密、信息存儲時要與UIM交互信息和數據。

2.4.2S－Um接口

S－Um接口又稱SMT－GS衛星空中接口，是衛星移動試驗網的主要接口之一。對衛星移動通信而言，大部分信令都是和SMT相關，S－Um接口傳遞的信息包括了無線資源管理、移動性管理和接續管理等。S－Um接口與衛星移動通信試驗系統采用的體制密切關聯，相互決定。

2.4.3Am接口

Am接口是信關站內部GTS和GSC之間的內部接口。

2.4.4A接口

A接口是衛星地面信關站和GMSC之間的接口，該接口攜帶關于信關站的管理、呼叫處理和移動性管理等信息。采用SIP和RTP協議分別傳輸信令和業務數據，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服務器和SHLR查詢被叫衛星移動用戶的選路信息，以便確定呼叫路由，呼叫時對用戶進行鑒權，并在呼叫結束時向AAA發送計費信息。試驗系統的SHLR與信關站放在一起。

2.4.6P接口

為綜合信關站的地面接入網關與地面網絡的接口，傳遞業務及控制信息。

2.5系統通信體制

為了適應衛星資源，試驗系統采用CDMA通信體制。前向信道（衛星到終端）和反向信道（終端到衛星）各占用不大于8MHz頻譜帶寬。見圖3。

前向和反向信道采用擴頻方式，將2.4kbps的數據經成幀、編碼、交織、加密處理后，由擴頻序列將頻譜展寬。

前向信道由以下信道組成：

PICH（Pilot Channel）：前向導頻信道，為參考信道，終端由它獲取相干解調及同步信息；

SCH（Synchronization Channel）：同步信道，發送定時參數，系統參數；

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

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

DSCH（Forward Dedicated Signal Channel）：前向專用信令信道，傳送專用信令，在通信過程中傳輸交換信令；

TCH（Traffic Channel）：業務信道，承載語音和短消息業務，試驗系統使用1～30條。

反向信道由以下信道組成：

RACH（Random Access Channel）：反向隨機接入信道，用于終端發起呼叫、被叫和注冊時傳輸信令；

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

RDSCH：（Reversed Dedicated Signal Channel）：反向專用信令信道，用于通信過程中交換信令。

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

反向信道采用隨機碼區分用戶，碼片速率4.9152Mcps，調制方式為HPSK，信道編碼為1/3卷積編碼。

圖3系統通信空中接口

3系統工作原理

系統的工作原理見圖4。

用戶終端對語音、數據、短消息進行信息處理、基帶處理、射頻處理形成頻率為L的射頻信號后，由天饋單元發向衛星。

衛星接收到用戶所發的信號后，進行放大、變 頻、濾波等處理，經C波段天線發向信關站。

在綜合信關站中，由專用C波段天線接收衛星發來的入站信號，經低噪放、下變頻處理成中頻信號（70MHz），經中頻分路后送往兩個16路解調器，解調后數據接入本地局域網，通過信令處理與軟交換完成與對方用戶的連接，建立通信信道。

圖4系統工作原理

圖5移動用戶間呼叫基本流程

信息經信關按協議處理后送往交換機，交換機將數據送往兩個16路調制器，調制器完成對數據的信息處理、基帶處理、擴頻調制后，形成中頻為70MHz的已調合路信號（2個中頻，各含16路），送往中頻合路器，合路后經上變頻處理成S波段信號，經高功率放大（HPA）后，由S波段天線發向衛星。衛星收到信關站所發的信號后，進行放大、變頻，處理成頻率為L1/L2的射頻信號發向用戶。用戶端接收到衛星所發來的微弱信號后，經低噪放（LNA）、變頻處理成頻率為70MHz的中頻信號，經解調、信道處理、信息還原后得到對方所發的語音、數據、短消息等信息格式。

終端接入流程舉例，見圖5。

4結束語

基于“北斗”的衛星移動通信試驗系統研究開發是利用現有衛星的冗余資源開發的衛星移動通信系統。“北斗”是我國唯一在軌運行的擁有完全自主知識產權的L波段衛星系統，該試驗系統利用其有限的寶貴資源需要進行研究和試驗，為將來發展衛星通信領域相關技術奠定了一定的理論和實踐基礎。

參考文獻

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篇4

關鍵詞：QoS；衛星通信技術；關鍵技術

現今，網絡在人們的生活中已經成為了不可替代的角色，通信、娛樂、購物等都依賴于網絡進行，這導致傳統的地面互聯網覆蓋無法很好地滿足人們不斷變化的需求。衛星所具備的覆蓋面是非常廣的，在利用衛星的基礎上構建了衛星通信系統，以便于滿足人們的需求。衛星通信系統在進行數據傳輸時，速度是非常快的，但是隨著業務量及人們對質量要求的提升，衛星通信系統需要利用相應的關鍵技術來保證QoS。

1 衛星通信系統OoS要求

所謂QoS，是指在一個或多個對象的集體行為上的一套質量需求的集合。在對數據傳輸的速度和可靠性進行描述時，應用的就是服務質量參數，比如吞吐量、傳輸延遲、錯誤率等。有限性是網絡資源一個顯著的特征，這促使用戶在使用網絡資源時，存在一定的競爭性，由此就產生了服務質量，對于服務質量的外在體現，最為明顯的就是網絡業務，當網絡業務比較多時，說明服務質量比較高。服務質量需要進行提升，有效的手段就是提升網絡資源的利用效率。衛星通信網絡在提供服務時，包含保證和盡最大努力兩種，所謂保證，是指用戶在使用網絡時，網絡能夠提供QoS保證，通常會通過確保QoS度量來實現保證；而盡最大努力，QoS保證參數并不是一定要由網絡明確的提供。

對于衛星通信系統來說，在進行OoS指標衡量時，所用到的參數包含時延、時延抖動、帶寬、丟包率、可靠性。發送方將數據包發出之后，一段時間之后接收方才能接到，傳輸過程中花費的時間就是時延，當時延越大時，接收方接收到數據包的時間就越長，這對QoS的影響是比較大的；發送方和接收方在進行數據包的傳輸時，當時延產生變化時，就形成了抖動，當存在抖動時，就會影響收發緩存器的選擇，進而導致重發等問題的發生，對傳輸的通透率造成嚴重的影響；發送方和接收方數據包的傳輸會具備一定的傳輸速率，持續的最大傳輸速率就是帶寬，網絡基本設備會對帶寬產生一定的限制，同時，在同一條路徑上，當共享的數據包越多時，帶寬所受到的影響越大；數據包傳輸的過程中會產生丟包的現象，丟失的數據包與發送數據包總量之間的比值就是丟包率；衛星通信系統受到天氣因素的影響非常小，因此，其可靠性并不會受到降雨等環境因素的影響，不過，系統的工作頻帶、功率電平等都會對可靠性產生影響，進而影響到衛星通信系統的QoS保證。

2 衛星通信系統協議體系結構

在當前的互聯網中，采用的協議標準為TCP/IP協議，因此，衛星通信系統在進行協議體系結構的構建時，也應該以TCP/IP協議結構為基礎，同時，結合自身的特點，科學的進行修改和擴充。具體說來，協議體系結構包含5個層次：應用層，主要的功能是進行各種業務的處理；傳輸層，主要的功能是進行控制，控制的對象有流量、擁塞等，保證數據包的正常傳輸；網絡層，制定相應的路由策略；物理層，主要的功能是進行功率控制、定向天線等。在整個數據傳輸的過程中，通過各個層功能的發揮，促進數據包傳輸的實現，在傳輸的過程中，每個層都需要進行QoS保證，以便于保證QoS的質量，促進衛星通信系統的發展。

3 基于QoS保證的衛星通信系統關鍵技術

3.1 物理層傳輸技術

隨著通信技術的發展，人們在進行數據傳輸時，逐漸提升了傳輸速度的要求。用戶在利用衛星通信系統進行數據傳輸時，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，這兩個波段的傳輸速度已經無法滿足要求，基于此，就需要在進行數據傳輸時，采用更高的波段。對此，衛星通信系統采用了信道編解碼技術，即使在信道條件比較差時，所具備的傳輸速度依然比較高，由此一來，各種多媒體業務的QoS要求就能夠很好地被滿足。對于不同的寬帶多媒體業務來說，其對傳輸質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，在進信道編碼時，采用的為差錯控制編碼，這種編碼的速度可以進行變化。

3.2 數據鏈路層接入技術

對于多媒體業務來說，其服務質量的保證需要通過無線通信系統的帶寬來保證。對于數據鏈路層來說，QoS保證的基本條件是將帶寬的利用效率提升，在進行帶寬利用效率提升時，應用了無線資源管理技術，這便是一項關鍵的技術。在信道運行的過程中，天氣對其產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行有著一定的關聯性，因此，在選擇技術時，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，在開展各項多媒體業務時，擁塞現象發生的可能性將會顯著降低，最大限度地避免了數據傳輸過程中丟包現象的發生，降低了丟包率。用戶在接入衛星通信網絡中時，會具有一定的時延，為了將時延減小，同時，有效地提升系統容量，就需要利用高效的接入算法。

3.3 網絡層路由技術

在衛星通信系統中，含有星間鏈路，當衛星間的連接處于相同的軌道上時，呈現出來的是靜態的，而當處于不同的軌道上時，呈現出來的就是動態的，由此一來，衛星間的鏈路狀態信息就會不斷的變化。另外，衛星處于太空環境中，衛星鏈路受到背景噪聲的影響，具備非常高的錯碼率，而且具備的時延也是非常大的，進而導致星上所具備的處理能力和存儲能力都比較差，為了避免這些問題的存在，在網絡層應用了路由技術，在適用衛星網絡的基礎上，制定完善的路由算法和路由協議。

3.4 移動性管理

衛星通信系統中的星地鏈路會發生切換，在切換的過程中，原有的接入點衛星不再起作用，系統需要重新地選擇新的接入點衛星，同時，還需要重新計算網絡拓撲以及網絡路由。對于星地鏈路的切換來說，當切換策略比較科學時，就可以以非常快的速度將暫時中斷的通信恢復，相反，當策略的科學性比較差時，恢復就會比較慢。基于此，就需要對切換策略進行有效的管理，一般以移動性管理為主，這樣一來，在進行切換時，系統所受到的影響就會比較少，從而有效地實現了QoS保證。

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陀螺和加速度計這兩種傳感器輸出特性不同：陀螺的高動態適應能力強，但是受到漂移誤差的影響，低頻段表現欠佳；加速度計在靜止狀態下準確率高，而當載體動態特性較大時由于機動加速的干擾導致測量誤差較大。因此需選取合適的姿態估計算法充分利用這兩種傳感器的優點，融合出比單個傳感器更可靠、更準確的姿態信息錯誤！未找到引用源。。而互補濾波器正符合上述需求，以yθ表示加速度計估計姿態值，yω表示陀螺測量值，ˆθ表示濾波器估計姿態值，C(s)表示調節系數，則互補濾波器的基本結構如圖2所示將圖2的基本結構進行離散化處理并加入坐標變換模塊，可得到互補濾波器姿態估計算法：3軸陀螺輸出ω根據式（1）乘以C和采樣間隔ΔT，得到載體姿態角的變化量，將其與上一時刻估計姿態ˆk相加，即得到載體估計姿態1ˆk+。將加速度計估計姿態k減去ˆk得到姿態修正量Δ。修正量Δ一方面乘以比例調節系數Pk，對k+1進行直接校正，另一方面通過−1C轉換至慣性系對陀螺的漂移存儲−kb進行校正。姿態估計算法的結構如圖3所示。

加速度計輸出校正

載體在運動時所受到的機動加速度，會在加速度計的輸出中與重力加速度一并表現出來。此時若仍用式（3）計算姿態角，得到的k會與實際姿態不符，這必然會導致姿態估計算法的精度變差。如果可以得到機動加速度的估計值，用以校正加速度計輸出，就可以得到精確的k，進而得到精確的估計姿態。

1機動加速度補償

機動加速度的補償關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，可以對向心加速度進行補償。可得校正后的x軸和y軸加速度：

2側滑角補償

式（6）是在假設GPS測得的航向vψ與載體的航向角ψ一致時得到的，而在實際的行車過程中，當車體轉彎時，vψ與載體航向ψ之間會產生一個夾角，該夾角稱為側滑角(sideslip)sψ，若載體的速率為v，加速度為dv/dt，則側滑角sψ的示意圖如圖4所示。由于側滑角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，這樣就導致利用式（6）進行的補償在轉彎時并不準確，因此應在轉彎時加入側滑角補償。設sψ在轉彎過程中的變化率為d/dsψt，根據圖4可得加入側滑角補償的加速度計輸出校正表達式：

GPS遮擋問題的解決

本文中所采用的單基線GPS需要兩個天線同時收到6顆以上相同衛星的信號，才能得到滿足精度要求的載體航向。實際應用中，載體路過橋梁、涵洞、隧道甚至樹林時，都有可能導致GPS信息嚴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性，根據GPS收星情況對算法進行了改進：當GPS收星數N≥6時，正常利用GPS信息對加速度計輸出進行校正；當GPS收星數N<6時，在算法中加入開來降低載體機動對姿態估計的影響，當滿足開關判斷準則時，僅利用陀螺的信息對載體姿態進行遞推，由于陀螺漂移誤差的變化很慢，在一定時間內是可以保證估計精度的。利用上述方法，能夠使算法在GPS信息出現短暫遮擋時正常工作。

實驗分析

本文選用星網宇達公司的微機械IMU產品XW-IMU5220，包含3個正交放置的陀螺以及3個加速度計，和單基線GPS產品XW-ADU3601。將型號為XW-ADU7612的AHRS(姿態精度滿足±0.2°)與IMU固聯并一同安裝在載體上，作為驗證算法的基準。安裝方法如圖5所示。傳感器直接估計出的姿態如圖7所示。從圖7中可見：陀螺估計的姿態會隨著漂移誤差的積累不斷偏離真實姿態，而加速度估計姿態一直存在干擾噪聲，并且一度出現近10°的誤差，這顯利用互補濾波器進行姿態估計的結果如圖8所示。將圖8與圖7相比較可見，利用互補濾波器對姿態進行估計可得到比兩種傳感器單獨估計都要好的精度，但是估計的效果仍然有較大誤差（約5°）。為了驗證式（6）的補償效果以及第4節中的分析內容，圖9所示為利用式（6）進行補償后的姿態估計結果與側滑角。從圖9中可見，經過機動加速度補償后，進一步提高了姿態算法的估計精度，最大誤差已經達到2°以內，但是在載體有轉彎運動時誤差有明顯的躍變。由于/2sψ<π，從式（7）可知xA對sψ是正相關關系，因而俯仰角對sψ是負相關關系。而yA與sψ的關系取決于sψ的大小、dv/dt以及vω的大小，這正與圖9中的關系圖相一致。在姿態估計算法中加入側滑角補償后的估計誤差如圖10所示。從圖10可見：通過加入側滑角補償，姿態估計算法不僅能夠消除載體加速運動和轉彎運動對估計的影響，還能去除側滑角的影響，使姿態估計誤差控制在±0.5°以內，滿足“動中通”的指向精度要求。為了驗證LCAE算法在GPS信號出現短暫遮擋的情況下的效果，選取另一組單基線GPS不能全程鎖定的實驗數據進行驗證，實驗路段包括高架橋遮擋和高層建筑物遮擋等情況。實驗路況照片和單基線GPS收星數如圖11所示本文LCAE算法姿態角估計誤差和開關卡爾曼方法的誤差比較如圖12所示。在圖12中：開關卡爾曼方法俯仰角估計誤差均值為−0.22°，標準差為0.190，橫滾角估計誤差均值為−0.07°，標準差為0.303；本文LCAE算法俯仰角估計誤差均值為−0.05°，標準差為0.115，橫滾角估計誤差均值為−0.05°，標準差為0.136。在單基線GPS收星數較少的情況下，開關卡爾曼算法最大誤差絕對值達到1.287°，而本文算法在單基線GPS收星數較少的情況下，能夠達到±1°的精度，仍然滿足動中通的指向精度要求。

結論

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衛星通信具有覆蓋的面積較為廣泛，通信的距離較長；通信成本跟通信距離的長短沒有太大的關聯，不會輕易受到陸地災害的影響，可靠性較強；通信較為靈活，不受地理條件限制；通信的頻帶寬，通信容量大，能夠適應多種通信業務等優點，因而在應急通信中被廣泛的運用。

1應急通信的定義

所謂應急通信，即是發生自然或者人為的突發性緊急情況時，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開展而用到的必須的通信手段跟手法。而應急通信是一種由多種通信技術、通信手段綜合運用的一項新技術，不是獨立存在的，當遇到緊急情況時，應急通信不單單只涉及到技術問題，更多的還會涉及到管理問題，這也是應急通信的核心所在。此外，由于應急通信系統具有很多不確定因素存在，所以對于通信網絡或者設備就會有許多特殊的要求，以便從技術方面為通信技術提供保障。然而在對應急通信進行管理時，相應的應急通信管理體系也要同時建立起來，不同的場景應用不同的響應機制，協調調度最合適的通信資源，提供最及時有效的通信保障。應急通信場景示意圖見圖1。

2突發事件特點及對衛星通信要求

突發事件有以下四個特點：①事件類型缺乏穩定性，任何一種突發性公共事件都有可能發生；②無法準確預測事件發生的具體時間，沒有辦法提前預知到地面網絡發生故障的具體時間；③無法確定事件發生時的所在地點，交通、地形與氣候狀況等因素影響具體的地點的探測；④無法知曉事件產生的影響程度，地面通信網絡的毀壞程度和應急通信的儲存容量要求不能準確得到真實信息。為了保障突發性公共事件能適應應急通信的要求，衛星系統及其設備對環境要有很強的適應能力，無論在那種氣候條件和地理環境中都可以暢通使用；必須便于攜帶與可移動的功能，在發生緊急事件時，可快速到達現場；能快速的和指揮中心進行通信聯絡；能合理利用并靈活調整、配置衛星轉發器的信息資源；還要具備延伸性，以達到適合處理大業務量和傳送大量業務的要求。

3衛星通信在應急事件中的應用研究

3.1功能性角度的應用

從衛星通信的功能性角度來看，可以將衛星通信的應用分為三種方式：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用方式一般都是利用移動衛星業務的終端實現信息的傳輸，能夠為通信系統提供相應的語音、漫游、短信、定位以及低速數據等功能，而且不同的衛星通信系統其功能也大不相同。其次利用綜合接入的方式能夠為應急現場以及指揮中心提供容量較大的語音通信，以及傳送大量的數據，或者靜止、運動圖像。一般來說，利用TCP/IP等基站為衛星站提供綜合接入功能的數據和信息。最后中繼備份的應用方式支持2Mbit/s以上的中繼傳輸電路，緊急情況下提供應急事件現場與公眾通信網絡（或行業專用通信網絡）之間的中繼電路。中繼備份所使用的衛星站可以基于IDR（或IBS）系統或者VSAT系統實現。IDR（或IBS）系統提供中等速率電路，支持數據通信和語音通信，通常應用較多的是2Mbit/s和8Mbit/s速率。VSAT系統目前多數基于IP實現，通常可支持2～8Mbit/s數據速率。

3.2機動性角度的應用

通常來講，能在衛星站進行緊急通信工作的叫衛星站機動性。從這種角度，衛星站分為兩種：便攜站與車載站。每個設備與地面站或其他移動站間的通信是靠衛星鏈路來實現的，可以手持終端并且能允許兩人以內行動的衛星站指便攜站。它的系統容量不大，主要有語音通信和綜合接入兩種應用，以保障每級事件的通信完成。便攜站使用集裝箱的方式，一般利用飛機進行運輸，它的尺寸、重量與抗震要求及其包裝的方式可以按照相關規定與標準進行處理。集裝箱必須預留通信接口，以便與其他設備進行通信連接，實現現場緊急處理工作。便攜衛星站應在30min內完成抵達現場后的組裝，并建立衛星通信。便攜站的重量一般在200kg以下。一旦發生了特別嚴重的突發事件，當地的應急通信保障能力不夠或者地面道路的條件不夠好時，就可以使用便攜站空運或空投至應急現場；而當突發事件發生但對于通信的需求較小時，亦或是通信需求大而應急車輛不能夠第一時間趕到現場，就可以使用手持終端或人工搬運的便攜站。此外，為了能夠為綜合接入以及備份業務提供方便，可以在應急車輛上安裝車載衛星站或者用車輛將車載衛星站運到現場，到達現場10min后，建立好衛星通路，這樣的方法對于那些特大、重大突發事件以及舉行重大活動提供應急通信保障有很大的幫助。

4應急衛星通信系統及其建設研究

4.1衛星移動通信系統

如今，我國在開展的衛星移動通信業務時，主要使用的是國外的衛星移動通信系統進行工作，覆蓋我國的五個通信系統，分別是：①新亞星系統；②全球星系統；③海事衛星系統；④銥星系統；⑤Thuraya衛星系統。在實際的應用中，可以根據衛星信號的強弱、衛星的使用費用以及衛星的業務能力和衛星的終端小型化這一系列因素，來進行衛星移動通信系統的選擇。盡管國外的衛星移動通信能夠滿足一定的應急移動衛星業務需求，但是其信息的安全以及頻率協調度都不能夠有所保證，所以通常被應用到那些對于信息的安全度要求不夠高的應急現場。衛星移動通信系統是國家一項具有戰略性的信息基礎設施，對于國家的社會、經濟的發展以及國家的安全都有著很重要的影響，所以擁有自己專屬的衛星通信系統很有必要，因而現階段我國正在對擁有專屬的衛星移動通信系統進行研究。

4.2寬帶VSAT衛星通信系統

由于VSAT衛星通信系統具有以下幾個優點：①技術成熟；②可靠性高；③網絡結構的樣式多樣；④設計方法靈活多變；⑤空間頻段資源比較豐富；⑥通信系統正不斷向國產化發展。而上述的這些因素為信息系統的設計以及建設應急VSAT衛星通信網提供了技術、資源等方面的必要保障，近幾年，VSAT系統已經漸漸能夠支持寬帶應用。在對VSAT衛星通信系統進行設計時，要將網絡系統結構、技術體制、網絡管理以及跟地面網的互聯互通方面進行重點考慮。VSAT的網絡結構形式一般有網狀網、混合網以及星狀網這三種形式。而應急VSAT系統支持的業務類型包括語音、高速數據和圖像傳送等業務，其中語音業務對時延敏感。按照對我國突發公共事件的處理流程來看，通常會在應急通信現場中不同的衛星站跟應急后方的指揮中心之間使用語音業務；而在應急現場跟后方指揮中心之間常常會使用數據和圖像業務。所以，那些各站跟主站之間的星型網狀、省內各站之間網狀網的混合網結構更適合采用應急VSAT系統。衛星通信體制跟通信系統所采用的基帶信號類型一般與五種方式有關：①復用方式；②信道分配；③多址方式；④調制方式；⑤交換制度。當前，VSAT技術體制的選擇主要集中在多址方式上，FDMA/DAMA和MF-TDMA方式是應急衛星通信系統最常用的技術體制。采用FDMA/DAMA技術體制組建衛星網操作維護簡便，終端的機動性好，非常適合應用在應急通信中。

5結語

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【關鍵詞】衛星通信干擾抗干擾系統

現代衛星通信由于具有多種獨特的通信優勢，如通信范圍廣、通信數據質量高、通信組網方便、通信系統投資成本低、可有效克服復雜地理環境等優勢，因此在軍事和其他特殊行業領域應用范圍十分廣。衛星通信系統的種種優點能有效滿足軍事通信的保密性和抗干擾性要求，然而衛星通信系統也會面臨通信干擾的潛在危險，需要進一步發展和完善通信系統的抗干擾技術方案和體系。

一、衛星通信面臨的潛在的干擾

衛星通信系統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、機載干擾機和干擾衛星發射的干擾電磁信號，下行鏈路主要面臨的是飛航式、機載式通信電磁干擾，但是下行鏈路擾時，干擾源在覆蓋范圍和信號干擾強度上都較小。因此衛星通信系統的上行鏈路干擾處于相對薄弱環節。上行鏈路面臨的干擾依據不同的劃分標準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；按照干擾信號的頻譜形式可以換分為瞄準式信號干擾、部分頻帶式信號干擾、掃頻式信號干擾和阻塞式信號干擾等。西方發達國家的通信干擾技術的頻率范圍是0.5GHz到20GHz之間，干擾信號的脈沖峰值功率甚至可以達到10萬W級上，干擾類型眾多。

二、衛星通信常用的抗干擾技術

衛星通信抗干擾的主要目標是對信息數據、信息載體和信息傳播方式進行有意識的處理，從而有效提高通信接收端的輸出信干比，提升信號的抗干擾能力，使衛星通信系統能高效實現有用信息的傳遞。衛星通信抗干擾技術主要有：通信擴展頻譜技術、通信抗干擾天線技術和編碼調制技術等。

（1）天線抗干擾技術。

由于衛星通信網絡空間跨度很大，通信很容易受到干擾，因此衛星通信抗干擾的核心方案之一就是完善和優化通信衛星的覆蓋結構，以便即使某一方向受到強烈的通信干擾，仍然能保障我方天線能順利接受衛星通信信號。具體的天線技術包括多波束天線技術（MBA）、智能天線技術和自適應調零天線技術等。MBA最大的優點是能靈活控制衛星發射天線指方向，尤其是相控陣MBA，可靈活選擇衛星天線的波束形態以有效提高通信抗干擾能力；自適應調零天線主要原理是通過自適應加權來調整和優化天線陣，盡可能地降低衛星通信受干擾程度；智能天線技術則主要是在自適應天線的抗干擾技術基礎上，通過優化陣列信號處理并利用數字波束形成技術來降低信號受干擾程度。

（2）擴展頻譜抗干擾技術。

與傳統的無線通信通過擴頻與天線陣列技術結合的抗干擾技術不同，衛星通信的抗干擾技術對擴頻的技術要求更高，因此衛星通信的核心抗干擾技術之一就是擴頻抗干擾技術。擴頻抗干擾技術一般分為直接序列擴頻技術（DS）和調頻技術（FH）。直接序列擴頻技術可將接收到的信號進行解擴轉化為窄帶信號，窄帶干擾信號也可被解擴為寬帶信號，再通過窄帶濾波器進行能量濾除，有效降低信號干擾度。而FH技術則通過在多種載波頻率之間進行隨機切換的方式進行抗干擾，相對于DS技術，調頻在帶寬較寬的情況下更為實用。

（3）編碼調制抗干擾技術。

當衛星通信系統的數據遇到差錯控制的問題是需要FEC技術進行解決―前向糾錯。前向糾錯可利用的FEC碼主要是卷積碼。當衛星通信遇到干擾時，可采用級聯編碼方案進行解決，該技術擁有兩種簡單級聯碼，相對于單一碼有更多的編碼增益。而衛星通信抗干擾可利用包括恒包絡調制方式、PSK技術、連續相位調制方式、格狀編碼調制技術等調制方式進行抗干擾調制。針對不同的頻段信號采用相應的調制方式可以有效提高衛星通信系統的抗干擾容限。

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關鍵詞：天通一號；AIS；衛星移動通信；自動識別系統

1引言

隨著經濟的發展，世界船舶數量的增加，水道越來越擁擠，海損事故時有發生。各國主管部門建立了船舶交管系統（VTS）、船舶自動識別系統（AIS）、船舶遠程識別與跟蹤系統（LRIT）等海上交通安全系統。其中，船舶AIS由配合北斗/GPS定位系統，把艦船位置、航行速度、航向等船只動態信息以及船名、呼號、吃水等靜態信息通過甚高頻進行廣播，使得岸站和周圍船舶可以掌握附近所有船只信息，在臨近時及時避讓，從而保障船舶航行安全。根據國際海事組織要求，所有300t以上國際航向船舶、500t以上非國際航向船舶以及所有客船都要求配備一臺AIS設備。“天通一號”是我國自行研制的第一顆衛星移動通信系統，于2016年成功發射，預計2017年系統投入商業運營。系統具備短信、語音和數據通信功能，具有成本低、保密性強、覆蓋范圍廣等優點。本文設計一款基于“天通一號”對AIS數據進行轉發的系統，可以監控區域覆蓋AIS基站的盲區，為我國海上安全監管提供幫助。

2AIS系統介紹

船舶和航行管理部門需要及時了解船舶的航行狀態、船舶類型等信息，以便于采取適當措施，保證海上航行安全，包含海洋環境。安裝了AIS系統的船舶可以周期性廣播船舶信息，實現船舶的自動識別。AIS廣播4類信息：（1）船舶靜態信息，包括海上移動業務識別（MMSI）、船名和呼號、船長和船寬、船舶總噸、船舶類型和天線安裝位置。（2）船舶動態信息，包括船位、船舶航向和航速、船首向、航行狀態機轉向角度。（3）與航行有關的信息，包括船舶吃水、危險品、目的地、預計到達時間和航行計劃。（4）與安全有關的信息，包括航行警告等。船舶在能見度低的情況下，雷達是主要避免碰撞的手段，但是島嶼遮擋等情況會使得雷達覆蓋不完整而影響目標識別和跟蹤。AIS系統可以通過無線信號廣播來傳輸船舶信息和航行狀態，包括船舶識別碼、呼號、轉向燈，這樣可以防止船舶相遇時由于沒有預先發現或者語音不通無法協調而引起誤解，可以有效避免船舶碰撞。AIS作為一種自組織無線通信系統，具有較強的開放互聯和兼容性，可以實現通過基站組網，也可以通過陸地公眾網、衛星通信網互聯，構成全國性網絡，有效實現海上交管部門對船只的監視、識別、通信等需求。

3“天通一號”衛星移動通信系統介紹

“天通一號”是我國自主研發的首個衛星移動通信系統。“天通一號”衛星是地球同步軌道衛星，在2016年8月成功發射。整個衛星通信系統預計將于2018年投入使用，可以為我國領土范圍及周邊海域提供短信、語音和數據通信手段，填補我國移動衛星通信空白。相對于國外移動衛星通信系統，具有以下特點：（1）自主系統，安全可靠天通系統是我國獨立研制的衛星移動通信系統，國內廠家進行研制、掌握全部知識產權并自主運營，適合涉及到國家安全和海洋監控管理部門使用。（2）成本低不同于國外盈利為目的的商業運營公司，天通系統服務于我國以及周邊海域，資費預計只有國外同類衛星移動通信系統一半左右，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）自主知識產權系統，可定制開發天通系統從芯片到終端都是國內廠商自主研發，國家科技重大專項也投入經費進行重點扶持。終端可以根據用戶特殊需求進行不同類型的終端產品定制開發。可構建船舶衛星通信虛擬專網，適合海監、船舶報告中心等部門大范圍內進行船舶數據采集和監控管理的數據傳輸需求。（4）通信定位一體化終端具備衛星移動通信和北斗定位功能，可以為用戶提供通信和位置服務，可提供高精度授時等功能。

4應用天通系統的船舶AIS設計

4.1“天通一號”衛星移動通信系統船舶AIS應用總體設計

隨著信息技術的發展，物聯網技術正在快速發展。通過衛星通信技術，把分散在全球各地船舶的VTS、AIS、水文氣象傳感器等數據進行匯聚、處理、分析和轉發，可以構建智能海上交通管理系統，解決海上信息孤島問題。例如，港口業務人員可以提前得到即將入港船舶信息，并進行提前科學、高效的規劃。運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，安排碼頭作業和貨物綜合物流運輸。交管部門可以得到全國船舶實時信息，在臺風到來前及時通知船舶進行躲避，在艦船遇難時可以通知周圍船只進行營救。船舶遠洋航行時距離陸地較遠，衛星通信是主要的數據傳輸方式。天通系統船載終端可以提供實時雙向數據傳輸，對AIS數據進行傳輸。基于天通系統的AIS應用系統包括船載衛星AIS終端、天通衛星、岸上處理中心等組成。岸上處理中心對收到的船舶信息根據用戶和監管部門需求，可以送給中國船舶報告中心、船舶調度信息系統、航運公司信息網、港口信息網等機構和部門。其中，岸上處理中心為用戶提供語音、短信服務、數據傳送、遠程測控以及各類信息增值服務的機構。對于海洋船舶用戶而言，可以通過天通運營服務中心進行語音、數據通信、短信通信服務，還可以基于天通數據功能開發專用服務軟件。應用服務功能包括：（1）基本應用：電子海圖顯示及控制、船舶監控、船舶搜索、船舶定位、軌跡回放、短消息收發、調取船位等功能的服務。（2）高級應用：在線離線船舶統計、港內港外船舶統計、電子海圖下載等功能的服務。（3）告警及安全應用：船舶預警、船舶報警、報警處理、搜救救助、指揮調度功能的服務。（4）災害應用：臺風、海浪等氣象和海況信息，并能提供預警信息播發等災害應用服務。（5）視頻應用：可調用漁船漁港視頻監控系統實現視頻監控服務，進行視頻通話。（6）增值服務：向船舶經營者提供機器運轉情況、燃油消耗統計、漁汛信息等交易信息和物流運輸信息服務。

4.2船舶衛星AIS終端設計

船舶衛星AIS終端包括船舶設備通用接口、AIS信息處理器、衛星移動通信模塊、VHF收發機、信息顯示器和按鍵等。其中，船舶設備通用接口單元采集其他船舶設備信息，包括陀螺羅經、自動雷達標繪儀（ARPA）、電子海圖顯示與信息系統（ECDIS）、船載航行數據記錄儀（VDR）和計程儀等。AIS信息處理器對采集到的各種信息和AIS數據進行分類、過濾、壓縮等處理，這樣可以減少數據傳輸量、降低通信成本。操作顯示單元采用安卓智能操作系統，實現對AIS信息進行查看、顯示海圖、撥打衛星電話、發短信等功能。航行記錄儀類似于黑匣子，可以記錄日期、時間、船位、船速、航行、駕駛臺聲音、通信聲音、雷達數據、告警信號、舵命令和響應、輪機命令和響應、深度信號、船體開口情況、水密門和防火門狀態等15個方面數據，用于事故發生后確定事故原因。衛星移動通信單元包括衛星射頻處理單元、基帶處理單元、USIM卡、存儲單元、晶振、電源管理單元等，完成衛星移動通信功能，可以與岸上處理中心進行語音、短信和數據業務的傳輸。衛星移動通信單元對外接口包括UART、電源、USIM、PCM、SDMMC、JTAG、狀態指示等。其中，UART完成與信息處理單元的通信和數據業務傳輸，PCM作為語音傳輸接口。模塊采用四線睡眠喚醒機制，在沒有業務時，功耗可以控制在20mW以內。當有業務需要通信時信息處理單元喚醒衛星模塊，模塊進入工作模式。電源管理負責衛星模塊以及衛星天線的電壓轉換，采用低功耗措施，把不需要運行的功能模塊電源關閉，同時智能調節處理器運行頻率，降低設備功耗。

衛星天線采用寬波束天線，實現S移動信號接收和發射。經過仿真，天線在±60°時增益大于0dBi。天線仿真如圖4所示。衛星天線、DB/GPS天線和AIS天線集成在一起，應安裝在艙外空曠位置，不要安裝在工作甲板周圍的護欄桿附近，最好高出船舶其他物體的頂部，特別是金屬物體對與衛星天線仰角方向的遮擋角不宜大于10°。衛星通信天線安裝位置也應避開船舶雷達天線的直接照射。AIS終端使用自組織時分多址SOTDMA技術，所有AIS臺站在本次發射中指定下一次發射時隙，發射時隙隨機選擇作為候選時隙的空隙，工作在VHF頻段。為了保證可靠性，使用161.975MHz和162.025MHz。終端兩個接收機分別工作在這兩個頻率上，而發射機在兩個頻率上輪流發射，傳輸速率為9.6kbit/s，調制方式采用最小移頻鍵控（MSK）。AIS與雷達目標信息進行時空校準、航跡關聯和航跡融合處理，可以得到最接近真實航行數據的融合航跡。操作顯示單元主要由輸入菜單、輸出系統和信息處理系統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、港口信息等；輸出系統包括數據備份、數據導入、打印等；信息處理作為處理軟件運行后臺。軟件采用安卓操作系統，應用軟件具有可擴展性，用戶可以安裝和使用基于互聯網數據業務的微信、收發E-mail等應用軟件。

5結束語

天通衛星移動通信系統是我國自主知識產權的衛星通信系統，船舶衛星AIS終端把AIS信息通過衛星信道進行傳輸，具有使用方便、保密性強、費用低等特點，為船舶管理部門提供了一個較好的解決方案。本文結合船舶AIS和天通衛星移動通信的特點，設計了一套船舶AIS監控系統，可以有效增加AIS傳輸距離，減少覆蓋盲區，服務海上安全監管。

參考文獻

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篇9

一、衛星通信的工作頻段

衛星通信中，工作頻段的選擇是一個十分重要的問題。它直接影響系統的通信容量、質量、可靠性、設備的復雜程度和成本的高低，并且還影響到與其它通信系統的協調。一般而言，衛星通信工作頻段的選擇必須根據需要與可能相結合的原則，重點考慮下列因素。

（1）電波能夠穿過電離層，傳播損耗和外部附加噪聲應盡可能小。

（2）應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務之間以及與其它地面通信業務之間產生相互干擾。

（4）考慮電子技術與器件的進展情況以及現有通信技術設備的利用與相互配合。

綜合上述因素，衛星通信的工作頻率選擇微波波段是最合適的。

二、衛星通信電波的傳播損耗

衛星通信鏈路的傳輸損耗包括自由空間傳播損耗、對流層傳播損耗、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

在整個電磁波傳輸過程中，即使不發生反射、折射、吸收和散射等現象，也會發生能量向空間擴散而損耗的現象，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，每個輻射出去的平面上的點都可以當做新的信源，繼續向四周輻射。

實際表明，電波在自由空間以球面形式傳播，電磁場能量擴散，接收機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，到達接收地點的能量越小。

2、對流層傳播損耗

對流層是指自地面向上大約10km范圍的低空大氣層，對流層集中了整個大氣質量的3/4，當地面受太陽照射時，地表溫度上升，地面放出的熱量使低溫大氣受熱膨脹，進而造成了大氣密度不均勻，于是產生了大氣的對流運動，對電波傳輸產生了一定的損耗。

（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，實際的電波傳播不是按照直線進行，而是按曲線傳播的。大氣折射使電磁波射線路徑發生彎曲，從而使收信點的接收功率發生變化。

（2）大氣吸收損耗

任何物質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。當通過這些物質的微波頻率接近它們的諧振頻率時，這些物質對微波就產生共振吸收。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，從而產生吸收損耗。

（3）雨霧引起的損耗

雨霧等自然現象都是對流層殊的大氣環境造成的，并且是隨機產生的，它使發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。當工作頻率大于30GHz時，即使是小雨，造成的損耗也不能忽視。在10GHz以下時，必須考慮中雨以上的影響。為了保證可靠通信，在進行鏈路設計時，通常先以晴天為基礎進行計算，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系，在地磁緯度30°附近是一閃爍增強帶，地磁緯度20°以下，春夏發生閃爍嚴重且頻繁。電波穿過電離層的衰減量，隨入射角而變化，垂直入射時，衰減量最小。

另外，電波還受地球磁場的影響，線極化電磁波的極化平面會發生旋轉效應，因此，要根據不同情況，對極化面的變化進行補償。

4、多普勒頻移

當衛星與用戶終端之間、衛星與基站之間、衛星與衛星之間存在相對運動時，接收端收到的發射端載頻發生頻移，即多普勒效應引起的附加頻移，稱之為多普勒頻移。多普勒頻移對采用相關解調的數字通信危害較大，地球站接收機必須采用鎖相技術才能穩定地接收衛星發來的信息。

對于移動衛星通信而言，它可能利用靜止軌道衛星，也可以是非靜止軌道衛星，對于前者，產生多普勒頻移主要是因為用戶終端的運動，后者主要取決于衛星相對于地面目標的快速運動。

5、多徑衰落和陰影遮蔽效應

電波在移動環境中傳播時，會遇到各種物體，經反射、散射、繞射，到達接收天線時，己成為通過各種路徑到達的合成波，即多徑傳播模式。各傳播路徑分量的幅度和相位各不相同，因此合成信號起伏很大，稱為多徑衰落。

電波途經建筑物、樹林等時受到阻擋被衰減，這種陰影遮蔽對陸地移動衛星通信系統的電波傳播影響很大。

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

三、衛星通信電波的傳輸噪聲

當電波經過傳輸達到接收機時，會引入一部分噪聲，這些噪聲對接收機影響較大，實際中要充分考慮。接收機輸入端的噪聲分別由內部（接收機）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、工業活動等，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。只要天線不對準太陽，在靜寂期太陽噪聲對天線噪聲影響不大；其他行星和月亮，沒有高增益天線直接指向時，對天線噪聲影響也不大。實際上，當太陽和衛星匯合在一起，即太陽接近地球站指向衛星的延伸線時，地球站就會受到干擾，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所形成的噪聲，在銀河系中心的指向上達到最大值（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，在1GHz以下時，它是天線噪聲的主要成分。

3、大氣噪聲與降雨噪聲

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

降雨以及云、霧在產生電波吸收衰減的同時，也產生噪聲，稱為降雨噪聲。對天線噪聲的作用與雨量、頻率、天線仰角有關。即使在4GHz的頻率下，仰角低的時候，大雨對天線噪聲影響也很大，因此我們在設計系統的時候要充分考慮這些因素。

4、內部噪聲

內部噪聲來源于接收機，由于接收機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，其中自由電子會做無規則的運動，這些運動實際上影響了電路的工作，這就是熱噪聲，因為在理論上，如果溫度降低到絕對零度，那么這種內部噪聲會為零，但實際上我們達不到絕對零度，所以內部噪聲不可根除，只可抑制。

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綜合運營交換系統是衛星運營商實現商業運營的業務支撐平臺，基于業務規則引擎、工作流引擎、消息中間件以及插件技術實現的開放式綜合運營交換系統，可支持多業務接入、多業務融合運營計費，簡化衛星通信運營商業務辦理流程，提高工作效率，滿足日常運營需求。

關鍵詞:

綜合運營交換系統；電信港；通信衛星

1引言

衛星通信系統作為國家基礎設施，對于提高國家影響力及人民生活水平具有積極意義，近年來，在國家積極推進航天技術應用產品進入國際市場的趨勢影響下，我國先后向玻利維亞、老撾提供了包括通信衛星發射服務、通信衛星在軌交付和通信衛星地面運營的天地一體化系統。通信衛星作為空間基礎設施的一種，只有配備了地面應用系統才能面向用戶提供服務。通信衛星電信港(Teleport)[1]作為通信衛星地面應用系統，一方面為通信衛星與地面通信設施之間互聯互通提供樞紐，另一方面，承載著多種應用業務，如廣播電視業務、遠程教育業務、VSAT通信業務、應急通信業務、國際關口站干線數據傳輸業務等。綜合運營交換系統作為通信衛星電信港的重要組成部分，是針對國際通信衛星地面運營特點規劃的系統，該系統為電信港所承載的多種應用業務提供綜合運營支撐及數據交換。通信衛星運營商可基于該系統向各類用戶提供有償運營服務，實現衛星通信系統建設成本回收[1]。

2系統設計

2.1系統概述以運營廣播電視業務、VSAT業務、遠程教育業務的通信衛星電信港為例，該類電信港包括VSAT系統、廣播電視系統、遠程教育系統、綜合運營交換系統，電信港組成及對外接口如圖1所示。綜合運營交換系統作為通信衛星電信港的重要組成部分，實現業務數據交換功能及業務運營支撐功能。首先，為電信港內部VSAT系統、廣播電視系統、遠程教育系統提供數據交換的統一接口，包括與當地電視臺、電視節目提供商、電信運營商、Internet服務提供商、教育資源提供商的接口；其次，為電信港運營商提供VSAT業務、廣播電視業務、遠程教育業務對外運營的平臺.

2.2系統架構設計綜合運營交換系統設計基于電信管理論壇（TMF）[2]的下一代網絡運營支撐系統增強型電信運營圖（NGOSS/eTOM）體系架構[3]，包括數據核心層、業務邏輯層、接入層三部分。其中，通過在業務邏輯層引入中間件技術[4]及插件管理，提高系統靈活性及可擴展性，使得系統不僅支持單一業務運營，同時能夠支持多業務融合運營。中間件技術包括業務規則引擎、工作流引擎[5]、消息中間件三種類型，其中，業務規則引擎以更加靈活的方式應對性能和可用性增長的需求；工作流引擎應對施工調度等流程的靈活可變，實現業務過程的可配置及全程監控；消息中間件通過構建基于消息機制的系統架構，實現子系統間最大限度的解耦和分離，使得每個子系統可獨自發展，并得到更高的處理性能和可靠性。綜合運營交換系統功能模塊包括客戶管理、產品管理、服務管理、資源管理、綜合賬務、融合計費、營銷管理、結算管理、合作伙伴管理、基礎管理及數據交換傳輸功能，功能模塊結構如圖2所示。客戶管理：建立統一的客戶信息視圖，對客戶、用戶、賬戶及客戶信用等信息進行管理，分為個人客戶管理及集團客戶管理。產品管理：電信港產品包括VSAT寬帶通信產品、VSAT語音通信產品、DTH電視節目產品、遠程教育產品，產品管理是對產品全生命周期的管理，包括產品創建、產品變更、產品配置、產品退出、產品，產品信息包括產品所提供的服務信息，所需物理資源信息以及產品的資費信息。服務管理：服務管理包括對服務開通、停斷類定單管理、工單管理，并提供面向VSAT網管、DTH用戶管理系統、遠程教育網管的指令配置管理。資源管理：電信港運營涉及資源較多，包括VSAT端站設備、DTH系統TVRO設備、DTH系統CA卡，資源管理包括對資源入庫、出庫、資源調撥、資源盤點、庫存預警以及資源信息的管理。綜合賬務：提供賬務處理及賬務管理功能，按照賬務資費定義對客戶所訂購產品進行出賬、銷賬操作，提供賬單管理、賬務核算、發票管理功能，根據客戶信用情況對欠費用戶進行服務限制。融合計費：提供計費原始數據采集及預處理功能，按照計費資費定義對客戶所訂購的產品進行計費控制最終生成計費詳單，提供靈活可定制的計費策略，包括VSAT業務、DTH業務及遠程教育業務的融合計費。營銷銷售：包括營銷方案制定、營銷活動管理、商機管理、銷售活動管理功能。合作伙伴管理：電信港運營商合作伙伴包括電視節目提供商、電信運營商、Internet服務提供商、教育資源提供商及DTH、VSAT終端產品生廠商等，合作伙伴管理功能對電信港運營商合作伙伴進行資質管理等信息管理功能。結算管理：結算管理提供電信港運營商與合作伙伴之間的賬務結算。基礎管理：提供系統操作權限、日志管理、安全管理、數據備份清理等功能。數據交換傳輸：通過合理的路由、交換配置，提供電信港內部VSAT系統、廣播電視系統、遠程教育系統提供數據交換的統一接口，包括與當地電視臺、電視節目提供商、電信運營商、Internet服務提供商、教育資源提供商的接口。

2.3系統接口設計綜合運營交換系統接口包括外部接口與內部接口，接口設計如圖3所示。

2.4系統工作流程設計綜合運營交換系統工作流程包括業務開通流程、業務變更流程、業務中止流程，以DTH、VSAT、遠程教育融合業務開通流程為例，系統工作流程設計如圖4所示。

3運營策略設計

綜合運營交換系統作為衛星運營商實現商業運營的業務支撐平臺，向各類用戶提供有償運營服務，包括面向衛星通信終端客戶提供廣播電視服務、語音通信服務、寬帶通信服務及遠程教育服務運營計費的業務系統，以客戶為導向、多業務融合運營是其主要特點。為適應衛星運營商實際運營需求，盡快收回衛星系統及電信港系統建設成本，所設計系統需滿足如下運營策略：分級運營策略：可根據所在地行政區域劃分、實際運營需求，設置兩級或多級運營方式，將業務層與決策層分離，有利于業務分散管理，吸納更多的終端客戶；靈活的計費及賬務結算策略：計費策略及賬務策略與產品所提供的服務相關聯，計費策略及賬務策略靈活可配置，可選計費策略包括計費起始日期策略、計費截止日期策略、服務開通日期策略、服務停斷日期策略、按定單竣工日期、下帳期起始日期、本帳期截止日期等；可選賬務策略包括殘月收費策略、殘月退費策略等，靈活的計費及賬務結算策略可滿足終端客戶不同的使用需求；融合業務運營策略：提供基礎業務產品與融合業務產品，其中基礎業務產品包括遠程教育基礎產品、廣播電視基礎產品、VSAT基礎產品，融合產品為三種基礎產品的組合；終端客戶可通過綜合運營交換系統一次性完成遠程教育、廣播電視、VSAT通信多種服務的開通及停斷操作，使得終端客戶業務辦理流程更加高效，可使用的服務更加多樣；統一的接口管理策略：采用接口機部署接口管理模塊，統一管理VSAT系統、廣播電視系統、遠程教育系統的接入,在提高接口轉換效率的同時確保系統接入安全性，同時方便未來系統擴充或新業務接入；客戶接入多樣化策略：除傳統營業廳之外，為終端客戶提供多樣化接入服務，如銀行、自助終端、網上營業廳等，使得終端客戶接入系統更為便捷。

4結論

綜合運營交換系統基于業務規則引擎、工作流引擎、消息中間件以及插件技術實現，不僅能夠實現多業務融合運營計費，同時支持產品及流程定制化，具有靈活可配置的特點，可滿足衛星運營商復雜多變的使用需求，該系統已成功應用到多個國際通信衛星項目。

參考文獻

[1]PETERB.deSELDING.NewSatTeleportRevenueUpasCompanyPrepsforSatelliteOperations[J].Spacenewsinternational,2012,23(34).

[2]余鵬武等.OTT的運營支撐系統需求[J].電信科學,2014年,第30卷(第6期):24-37.

[3]黃振益等.eTOM/SOA的數字匯流運營支撐系統及流程實現[J].北京郵電大學學報,2011年,第34卷(第2期):39-44.

[4]張云勇等.中間件技術原理與應用[M].北京:清華大學出版社,2013年.