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關鍵詞:衛星;通信技術;民航;發送站
1衛星通信以及應用技術的簡單介紹
1.1衛星通信的主要組成部分
衛星通信主要是指人們通過衛星作為中繼站,然后通過無線電來實現2個或2個以上的地面站進行交流的通信手段。衛星通信系統是指人們通過人造地球衛星來實現地球站之間通信的通信系統。在民航空管領域中使用的衛星通信方式主要是地球上站與站之間的間接通信,其衛星通信系統由3部分組成,即衛星、地面發送站和地面接收站。衛星在太空中起到了信號轉發的作用,其通過地面發射站發送無線電信號到太空中,經由衛星轉發再次回到地面,最終實現2個地面站與地面站之間的信息交換。
1.2衛星通信技術在空管系統中的應用
中國民航空管衛星通信技術始于20世紀90年代,1995年開始逐步建立民航空管衛星通信網絡。早期主要使用的是美國休斯公司推出的以衛星為基礎的TES數字電話/數據通信網絡,并租用了鑫諾一號衛星C波段轉發器(2011年更換為中星10號衛星),C波段的使用頻段為4~6GHz。此外,民航PES也在空管網絡傳輸中占到相當大的比例。因此,這2種類型的衛星通信技術都屬于C波段衛星。21世紀初,隨著我國空管事業的發展,舊的TES衛星已經難以滿足人們的需求,因此,開始考慮新的衛星網絡,之后,新的衛星網絡——KU波段衛星在空管領域得到了廣泛使用,民航KU衛星通信網于2002年立項,2005年進入安裝實施階段,并購買了1個由亞洲衛星公司經營管理的亞洲四號衛星,轉發器帶寬為54M。KU的使用頻段達到了12~14GHz。因此,多個衛星通信技術交叉形成了衛星網絡,從而達到了有效處理數字語音和數據通信的目的。
1.2.1C波段衛星通信技術的應用
C波段衛星通信技術主要運用于空管衛星通信技術發展早期。早期以語音為主的PES和TES衛星通信技術,構成了1個完整的數字衛星通信系統。空管C波段主用網控站位于北京,備用網控站位于廣州,采用頻分多址方式FDMA來實現與地面站間的通信,室內中頻為70MHz。隨著空管事業的發展,C波段衛星僅TES衛星站在中南地區就有34個站點,在全網更是有著200個站點,形成了一個龐大的網絡系統,可以實現語音傳輸、雷達數據傳輸和電報業務傳輸。
1.2.2KU波段衛星通信技術的應用
隨著經濟的發展,國家的民航事業發展迅速,進一步帶動了空管事業的發展。但隨著空管事業的發展和航班量的增多,對設備的依賴也逐漸加重,加之以往的C波段衛星通信技術資源緊張,其帶寬相對小的缺點進一步被放大,衛星通信新技術的應用已迫在眉睫。此時,隨著KU波段衛星通信技術的成熟,KU波段衛星通信技術也成為了空管技術人員的一個新選擇。與以往的C波段衛星通信技術相比,其轉發功率更大、接收天線效率更高、天線口徑更小、成本更加低廉,最明顯的優點是傳輸速度有著明顯的提升,地面抗干擾能力也更加強大。這就意味著KU波段衛星可以處理更多的業務,得到更廣泛的使用。目前,民航空管KU衛星全網采用多家設備集成方式組成,室內主設備采用加拿大PolasatVSATPlusⅡ的產品,室外單元ODU主要由美國EFDATA公司提供,室外天線主要由石家莊電子科技集團公司第54所提供(有6.2m、4.5m、3.7m等規格),空管KU波段主用網控站位于北京,備用網控站位于上海浦東,全網網絡劃分成3個組網進行通信。KU波段衛星通信技術在空管主要應用在視頻、多媒體會議、熱線電話、雷達引接數據、氣象廣播數據、低速異步數據等方面。
2衛星互聯網和衛星寬帶化的發展趨勢
隨著社會經濟水平、科學技術水平的不斷提高和發展,衛星通信的頻率和范圍也有著日新月異的發展。隨著空管事業的進一步發展,舊的KU衛星通信技術同樣會落伍,比如KU波段衛星同樣存在雨衰過大等缺點。為了進一步滿足用戶對衛星通信技術的需求,Ka和Q等衛星通信技術在不久的將來會得到越來越廣泛的使用。與KU衛星技術相比,Ka等通信技術同樣有可用帶寬更寬、抗干擾能力更強、設備體積小的優點。與此同時,隨著互聯網技術的發展,衛星與互聯網技術相結合也是未來衛星通信的大趨勢,這也是因為衛星通信技術有著遠程通信、廣播通信等特點。
關鍵詞 移動衛星通信;系統技術;衛星技術;終端技術
中圖分類號TN91 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708(2014)122-0223-02
0 引言
移動衛星通信系統的最大特點是通過衛星通信的多址傳輸方式,可以向全球用戶提供大跨度、大范圍、遠距離的漫游和機動、靈活的移動通信服務。
1 移動衛星通信的特點
1.1衛星通信
衛星通信[1],是一種利用人造地球衛星作為中繼站來轉發無線電波而進行的兩個或多個地球站之間的通信方式,具有覆蓋范圍廣、建站成本和通信成本與距離無關、站點開通時間短等優點,特別適合廣播通信業務以及難以敷設有線通信設施地區的通信需求。
1.2 移動衛星通信
移動衛星通信是指依靠衛星通信的特點,在移動載體上集成了衛星通信系統或者衛星通信終端設備,從而可以實現載體在移動中不間斷的衛星通信。根據衛星通信環境和系統功能的要求,移動載體既可以是飛行器和地面移動裝備,還可以是海上移動載體和移動單兵,這就大大擴展了衛星通信的使用范圍和環境適應性。
當前,移動衛星通信的發展呈現多樣化的發展趨勢,但移動終端小型化和通信業務寬帶化的是其比較顯著的特點。
2 移動衛星通信的關鍵技術
早期和當代相比,移動衛星通信的發展呈現出移動終端小型化和通信業務寬帶化兩個特點。其中,移動終端小型化是指移動衛星通信的各種終端設備的逐步小型化。通信業務寬帶化是指移動衛星通信系統能夠提供傳統的窄帶話音服務和流暢的視頻服務以及高速的數據業務等多種服務。
一般來說,和固定衛星通信相比,移動衛星通信具有以下幾個技術特點:
1)天線低增益與衛星功率的有限性之間存在突出矛盾;
2)低增益天線存在多徑效應和多普勒頻移等傳播信道問題;
3)眾多終端用戶共享有限的功率資源和衛星頻率;
4)機動性、小型化和漫游管理等要求。
根據移動衛星通信今后的發展趨勢,可以將移動衛星通信的關鍵技術分為系統技術、衛星技術和地面技術三個方面。下面將從這三個方面分別進行論述。
2.1系統技術
移動衛星通信最重要的是系統技術,主要包括系統的體系結構和通信體制,以及移動載體的管理和網絡之間的互聯互通。
移動衛星通信系統在進行體系結構設計的時候,需要考慮地面實現與管理的問題和用戶對系統的要求和使用問題。其中,地面實現與管理問題是指在系統設計時,在確定了空間衛星問題的同時,需要綜合考慮是采用分布式管理還是集中管理的問題;用戶對系統的要求和使用問題是指在進行移動衛星通信系統設計時,要綜合考慮使用多少種終端類型以及系統的模型采用單模還是多模以及衛星網絡和地面網絡的兼容和融合成本問題。
移動衛星通信系統在進行通信體制設計的時候,既可以選用傳統的TDMA方式,也可以選用目前較為常用的CDMA方式,還可以選用上行為CDMA和下行為TDMA的混合體制方式。
移動衛星通信系統在進行移動載體的管理設計的時候,主要需要考慮移動載體的動態特性和終端設備的環境適應性,同時,由于移動通信衛星發展的趨勢是波束寬度越來越窄,因此,要求移動載體的管理設計更加嚴格和有效。
移動衛星通信系統在進行網絡互聯互通設計的時候,不但要考慮現有的衛星通信系統的體系結構和通信體制等,還要保證現有的網絡結構和新設計的網絡結構可以實現網絡互聯互通。
2.2衛星技術
移動通信衛星技術的關鍵技術主要集中衛星載荷技術和衛星與地面移動通信系統的融合設計[2]等方面。
2.2.1衛星載荷技術
移動衛星通信需要滿足的條件是波束多點覆蓋、用戶間的單跳/雙跳通信以及多星組網通信等業務需求,重點是星載大型可展開天線、星上處理與交換以及星間鏈路等。
為了有效支持地面的移動終端并克服由于傳播距離長而導致的信號衰減、衛星上的發射功率有限等問題,移動通信衛星系統需要借助大型星載天線技術以及多波束技術來有效的提高波束的有效全向輻射功率。
一般來說,星上處理與交換技術主要包括全透明轉發、全處理和透明處理轉發三種模式。全透明轉發的特點是技術體制適應性強,風險較小,但雙跳通信的服務實時性比較差;全處理的特點是一般通過數字方式實現,其優點是服務實施性好且抗干擾能力強,但其技術體制適應性較弱且容易受空間輻射的影響。透明處理轉發特點是折中了二者優缺點。
星間鏈路主要由微波和激光兩種實現方式。目前,主要采用微波通信技術,但由于受到頻帶寬度、體積、重量、功耗等方面的限制,不可能無限制的提高傳輸速率和容量;激光通信方式在優勢明顯,但技術實現難度較大。
2.2.2衛星與地面移動通信系統的融合設計
衛星通信移動網絡與地面移動通信網絡作為對等的網絡,需要進行融合設計[3],實現用戶網絡之間的漫游和互通。
2.3終端技術
隨著衛星通信技術的發展進步,衛星通信終端將來的發展趨勢為小型化和手持化。
當前,以甚小口徑衛星終端站(VSAT)為代表的衛星通信終端得到了廣泛的應用[4]。VSAT 系統在衛星通信中的特點是可靠性高、靈活性強和使用方便,因此,對VSAT用戶來說,數據終端可以直接和計算機聯網,從而完成圖像傳輸、數據傳遞和文件交換等通信任務。
同VSAT系統等小型化的衛星通信終端一樣,衛星通信終端的應用正在向多媒體、寬帶化和嵌入式方向發展,主要涉及的技術有天線和射頻模塊小型化技術以及通信體制的革新。
3 結論
未來,隨著衛星通信技術的快速發展、業務領域的不斷拓展和用戶需求的不斷增長,移動衛星通信技術將會在各個應用領域得到更廣泛的應用。
參考文獻
[1]宋立軍,楊銳,等.商用衛星通信發展綜述[J].電信技術,2010,4.
[2]劉劍鋒,秦紅祥,等.衛星移動通信系統關鍵技術研究[C].第九屆中國衛星通信廣播電視.
技術國際研討會暨新設備展示會,2011.
【關鍵詞】 便攜式衛星通信站 衛星天線 終端單元 衛星通信網絡
一、引言
隨著應急通信指揮系統的應用領域逐漸擴大,便攜式衛星通信站已成為應急通信的一種重要通信組成部分。便攜式衛星通信站通過與地球同步軌道衛星組網形成衛星通信網絡,可以實現話音、數據、音視頻和廣域網接入功能的多媒體通信業務,實現如電話、傳真、電傳、電報、圖像、可視電話、話帶數據、計算機數據、復用數據、電話會議等功能,廣泛應用于交通運輸、搶險救災、新聞采訪、科考探險、公安、軍事等應急和特殊通信領域。
二、技術方案
2.1 系統組成及功能
便攜式衛星通信站主要由便攜式衛星天線單元(含天線、伺服、BUC、LNB)和終端單元(含衛星調制解調器、交換機、視頻會議終端、VOIP、矩陣、顯示器、3G圖傳、單兵圖傳接收機等)組成。整套系統可由2人完成操作使用,總質量不大于60Kg。便攜式衛星通信站基于VSAT衛星通信網,通過便攜天線,可與后方指揮中心建立基于IP的透明鏈路。主要特點是簡單、方便,易于運輸,適應應急性指揮通信的要求,能夠在較短時間內迅速搭建一個衛星通信平臺,并建立起與主站的通信連接。便攜式衛星通信站原理框圖如圖1所示,該系統具備衛星通信、視頻會議、VOIP語音通話等功能。在執行任務時,通過單兵式微波圖像傳輸系統將野外現場的聲音、圖像等相關資料實時傳輸到便攜站,再通過VSAT衛星系統和專業視頻會議系統將其傳送到國家、省、市級指揮中心,為領導總攬全局,果斷決策,正確指揮提供直接的現場信息。本文設計的便攜式衛星站具備“一鍵式”對星功能,同時采用雙跟蹤尋星模式,尋星時間小于3分鐘,跟蹤精度小于0.2度。為滿足不同場合不同業務量的需求,天線單元可選用等效口徑1m或1.2m天線面,功放選用20W~40W功率功放,組合配置,用于提供傳輸不低于2Mbps的通信業務。
2.2 便攜式衛星天線單元
便攜式衛星天線單元分為天線分系統、伺服控制系統和遠程監控系統三部分。便攜式衛星天線原理圖如圖2所示。
天線是衛星通信系統的重要組成部分,是便攜站射頻信號的輸入和輸出通道,天線系統性能的優劣直接影響到整個通信系統的性能。便攜式衛星天線采用格里高利雙反射偏饋型天線設計,天線單元包括主反射面、副反射面、饋源及其支架、高頻頭及雙工器等。天線面的材質主要有鋁合金、玻璃鋼以及碳纖維等,考慮到高增益、低噪聲溫度,展開、收藏、攜帶方便,天線設計為碳纖維復合材料的雙反射面天線。該天線面在+130℃中溫壓固化成型,可在-50℃~+80℃環境中使用,具有強度高、重量輕、耐腐蝕、膨脹系數幾乎為零的特性。當天線對準目標衛星時,地面用戶發出的基帶信號經過地面通信網絡傳送到便攜站,便攜站通信設備對基帶信號進行處理,使其成為射頻載波后發送到衛星轉發器。衛星轉發器接收地球站上行頻率發送來的射頻載波,經過放大和變頻處理后,再轉發到地球站,由地球站天線接收。天線分系統的饋源、高頻頭將天線面接收的射頻載波處理為中頻信號,中頻信號經過功分器后一路信號解調處理后給基帶處理器,通過地面網絡傳送給用戶,另一路信號經信標接收機和DVB-S載波跟蹤接收機輸出AGC電平給天線控制器,為伺服控制提供信號電平指示。
伺服控制系統是整個系統的核心部分,用于控制天線準確對準目標衛星。包括:伺服控制器、電子羅盤、GPS接收機、信標接收機、DVB-S載波跟蹤接收機、執行電機及驅動部分。伺服控制系統工作原理為:在系統上電后開始搜索衛星信號,通過GPS接收機獲取接收天線所在地的經度、緯度和高度,結合控制器存儲的被搜索衛星的在軌經度,將這些角度信息送入控制器進行計算,獲得天線對準衛星所需要的理論方位角、俯仰角和極化角。然后通過姿態測量傳感器得到天線實時的方位角、俯仰角和極化角,與計算所得的理論角度進行比較,若不等,則驅動伺服電機轉動天線逐步減小差值,完成天線的搜索與初始對準。隨后進入步進跟蹤模式,在方位、俯仰方向上按一定步進小角度運動,同時與信標接收機或DVB-S載波接收機配合使用將天線鎖定在最佳跟蹤位置,完成衛星信號的跟蹤。伺服控制設計基于Microchip公司的dsPIC處理器方案,它是一種具有單片機和DSP綜合功能的16位CPU,不但具有豐富的模塊,I/O接口,支持多種電機控制,強大的中斷功能,同時還兼具DSP高速運算能力,是嵌入式系統的一種高性價比解決方案。為了滿足高精度控制,做到精確對準,本系統通過將GPS、數字羅盤、天線控制器、執行電機結合AGC電饋形成系統大閉環的方式,完成天線對衛星的穩定跟蹤。對于DVB載波跟蹤方式,由于數字高頻頭的解調過程需要幾秒鐘時間,所以存在對衛星信號反饋較慢的缺點,但是載波有帶寬較寬,比較容易捕獲,數據通信穩定的優點。信標是一個單載波,存在難捕獲,易受干擾的缺點,但是信標接收機能快速反饋衛星信號的強弱。本系統采用了DVB載波和信標跟蹤并存的方式,當一種方式無法對星時,可自動切換到另一種對星方式,從而確保了天線指向有效對準衛星。伺服轉臺采用俯仰、方位型天線架座,同時極化可調,執行電機通過驅動器電流的32細分,在減小噪聲和震動的同時,提高了控制精度。通過安裝限位開關對零點與限位位置進行定位。
遠程監控系統主要由手持終端控制設備或筆記本組成,向伺服控制系統輸入要對準目標衛星的位置信息、步進指令(步數以及方向)、開始運行指令、復位指令以及停止指令等,同時也可以在監控計算機上顯示天線的實時狀態信息以及角度波動情況,提供良好的人機對話功能。
2.3 終端單元
終端單元集VOIP語音、傳真、視頻采集及編解碼傳輸、視頻顯示回放、網絡互聯等多種功能于一體,預留與各種非衛星通訊終端設備(如計算機)的接口,具備與衛星通訊網絡間的實時雙向通訊功能。終端單元集成于手提箱內,防塵、防震、體積小、重量輕、攜帶方便,采用積木式結構,可根據用戶需要選擇不同衛星通信體制設備終端單元,并根據具體需要,對功能模塊進行選配。終端單元原理框圖如圖3所示。
終端單元的核心設備是衛星調制解調器,其主要功能是完成基帶信號的編/解碼、調制/解調等信號處理,且自身帶有IP路由功能,通過設置網關,局域網內的網絡設備能夠連入衛星網絡,實現與其他衛星站之間的網絡通信、視頻會議、數據通信等。
三、結構方案
便攜式衛星通信站結構設計的核心部件是電/手動二維轉臺,它的結構形式直接關系到整個便攜式衛星通信站的外形、重量、體積等。該轉臺分為上、下腔體兩個部分,方位和俯仰驅動機構均布置在上腔體中,下腔體布置支撐結構和接插件。俯仰驅動機構采用雙軸伸步進電機加成品減速器的方式:俯仰電機一端與減速器相連,一端與手動手柄相連,減速器一端與電機相連,一端與天線組件相連,帶動天線組件做俯仰方向的轉動;方位驅動機構采用雙軸伸步進電機加自制減速機構(蝸輪蝸桿加圓柱齒輪)的方式:方位電機一端與手動手柄相連,一端與蝸桿相連,通過自制減速機構驅動上腔體和天線組件做方位方向的轉動,上、下腔體的結合處加密封圈,能有效防塵、防雨。方位驅動機構中有蝸輪蝸桿,能有效自鎖,可防止大風對天線面在方位方向上的吹移,俯仰驅動機構外加鎖緊裝置,可防止大風對天線面在俯仰方向上的吹移;極化裝置所需的驅動力矩很小,采用單軸伸步進電機加成品減速器和同步帶驅動的結構方式。
天線面采用可拆卸的剖分結構形式,共分為六瓣,除主瓣與轉臺固定連接外,其余五瓣可拆卸,通過專門的快裝機構拆裝。整個控制系統模塊裝在一個腔體內,該腔體采用碳纖維開模加鑲嵌散熱金屬塊的方式制造,蓋板采用倒扣結構形式,配合碳纖維腔體邊緣的密封橡膠條,和轉臺配合使用,能有效散熱且能密封防雨。
四、軟件設計
便攜式衛星通信站實現一鍵對星功能采用程序跟蹤與步進跟蹤相結合的跟蹤方式,即:先利用程序跟蹤實現天線的粗對準,再采用步進跟蹤實現天線的精對準,可以提高系統跟蹤的速度與精度。
程序跟蹤將需要搜索的衛星的軌道信息(衛星的在軌經度、極化方式、下行頻率、符號率)預存入天線控制器中(在管理員權限下同時支持手動輸入衛星的在軌信息),讀取GPS、數字羅盤、傾角儀等傳感器數據,計算出天線俯仰、極化、方位的指向,向俯仰、方位、極化電機控制驅動器發出命令,俯仰、方位、極化電機轉到指定位置實現對衛星的搜索與跟蹤。程序跟蹤的關鍵是通過兩點GPS位置信息計算天線的指向角度,主要涉及到大地坐標系到載體坐標系的矩陣變換算法。
步進跟蹤是在程序跟蹤后,在天線方位角±10°、俯仰角±2°范圍內以“Z”字型方式掃描空域,精密調整天線指向,在信標信號或載波信號鎖定后,微調天線找出信號的最大值指向角度,此時鎖定衛星。
五、結論
我公司設計、生產的便攜式衛星通信站具備全自動“一鍵對星”能力,設備從展開、跟蹤、對星、調整、收藏均可全自動完成,安裝簡單,無須較準,快速對星,通過VSAT通信網,可在較短時間內迅速搭建一個高品質的衛星通信網絡。目前該系統已在四川省人防辦、綿陽市人防辦、雅安市人防辦、南充市人防辦投入使用,客戶反映良好。
參 考 文 獻
[1] 胡正飛,訪繼東. 便攜式衛星通信地球站結構及其控制系統設計[J]. 機電產品開發與創新,2006,19(3):4~6
關鍵詞:災情;衛星通信;應用;發展前景
自然災害的發生機理往往呈現出群發性特點,會由一次災害變為一系列次生災害,對環境、經濟發展和社會都帶來嚴重的影響。做好減災工作減少人民群眾生命和財產的損失是國家高度重視和關注的問題。從重大災情的救災工作經驗分析,健全的通信體系保障是有效進行應急救災工作的前提,衛星通信是建立在航天器與地球之間的無線電通信,不受任何條件和環境限制因此得到了廣泛應用。
1 衛星通信特點及原理
衛星通信是微波通信和航天技術基礎上發展起來的一門新興的無線通信技術,利用人造衛星作為中繼站轉發無線電波,在兩個或多個地球站之間進行通信。而在地球站之間利用人造地球衛星進行通信的則稱為衛星通信系統,衛星通信的工作原理:從一個地面站發出無線電信號,衛星通信天線接收到這個微弱的信號后會在通信轉發器中放大,其功率和變頻也會相應的放大,最后放大后的無線電波再由衛星的通信天線重新發送至另一個地面站,進而實現多個地面站的遠距離通信。它具有以下優點:通信頻帶寬,傳輸內容大;通信距離遠,費用與通信距離無關;通信范圍大,只要在衛星發射的波束覆蓋范圍即可通信;不受陸地任何災害影響;機動靈活,可用于車載、機載等移動通信;同一通信可用于不同方向和不同區域;通信鏈路穩定可靠,傳輸質量高;建設速度快。
衛星通信的缺點:在地球高緯地區靜止衛星通信效果不好,尤其在兩極地區處于盲區;通信衛星使用壽命短;10GHz以上頻帶會受降雨雪的影響;保密性差;衛星的發射和控制技術比較復雜;在春分和秋分前后數日內,因太陽干擾過強,每天有幾分鐘的中斷。
2 衛星通信在重大災情中的應用
2.1 應急通信在重大災情中的重要作用
我國從建國初期就發生過許多自然災害,綜合每次處理大型災害經驗可得知,暢通的通信手段是救災中最關鍵的一個環節,如果缺失這一環節,就失去了一個可靠的通信信息系統,不能及時將災害現場信息實時傳送出去,從而影響救援力度。一般突發公共事件分為自然類和社會類兩種,前者如地震、颶風、重大火災等,后者則是國與國自之間的突發性軍事沖突。我國在2008年連續爆發了湖南雪災、汶川大地震、拉薩動亂等重多地域范圍廣闊的災難,總結各類災難的救援經驗教訓,人們開始逐漸重視完善應急通信體系,完善各種應急預案,組建應急通信隊伍,定期進行演練,從而使其在重大災情救援中發揮積極的作用。
2.2 衛星通信在地震災情中的應用
通常在發生重大自然災害時,首先遭到破壞的就是地面基礎設施,如電力系統、通信系統及交通系統,導致受災地區通信全面中斷。對其進行搶修會因道路中斷而無法順利進行,外界無法接收到受災地區的信號,從而救災指揮部因了解不到詳細災情,不能有效的組織救援工作。目前國際上在應急救災工作中,大多數國家會選擇應用衛星通信技術,如美國等西方國家利用空間平臺的優勢建立了衛星通信網絡系統,在地震救災中應用比較廣泛的衛星通信技術有海事衛星電話、應急衛星通信車、VSAT衛星通信網。
VAST衛星通信設備具有體積小、成本低等特點,在進行網絡組織時,傳播信息量大,便于聯系其他網絡。尤其在地震救災中,可以采取空投的方式向災區投放VAST設備及配套電池,第一時間滿足抗震救災工作的緊急通訊,為災區信息外傳提供了準確的途徑。海事衛星電話可以保證在第一時間幫助災區傳播信息,一般在災難初期都會使用衛星移動電話,保證救災人員的派遣以及人員安全。應急通信衛星車具備靈活、快速的開通傳輸信道,與移動基站車配合,迅速開通災區的基站,有力支援救災工作。
2008年5月12日14時27分,四川省阿壩藏族羌族自治州汶川縣發生里氏8.0級地震,地震波及大半個中國及亞洲多個國家和地區,災區地面通信完全中斷,一時間災區成為信息孤島,嚴重影響救災工作。衛星通信成為了唯一有效的應急通信手段,國家相關救災部門和各大通信運營企業緊急調動各種衛星通信設備,據相關統計得知,投入地震救災衛星設備和基站共1200多套。值得一提的是,我公司第一批救災小分隊,不畏艱難,隨應急通信衛星車、應急基站車,日夜兼程趕赴災區進行支援。到達災區后,根據總部的要求,與友鄰分公司的設備進行配合,通過加電測試、參數調整,第一時間開通了衛星通信的傳輸信道,隨即開通了移動基站車。有了手機信號,災區就不再是信息孤島,有力的支援了抗震救災工作,也為災民的信息溝通提供了幫助。此外,通過空投VSAT通信設備,第一時間搶通通信網絡,也為災區的信息能及時傳遞起到了關鍵作用。
3 衛星通信的發展前景分析
衛星通信未來會朝著數字化、網絡化和信息化的趨勢發展,數字衛星會成為主流,具有星上處理和交換功能的衛星網會替代傳統的彎管式衛星網。衛星技術會向高頻段、大功率和大容量發展。由于數字技術的應用,可將通信、電視、聲音廣播、數據廣播等功能集衛星于一體。空間光通信主要指是星際鏈路(ISL)和高數據率空間至地面的鏈路,用于幾十Mbps甚至達Gbps的數據中繼。寬帶衛星系統還會將計算機網絡與地面電話網融為一體,如果實現全數字化通信、電視會形成一種廣義上的網絡,其發展既要符合國情,又要有高起點,所謂高起點是采用國際上最先進的數字衛星技術以及最先進的信道壓縮技術。除此之外,衛星通信系統還具有機動靈活、傳播能力強及區域連接等潛在優勢,是全球移動通信不可缺少的重要組成部分。如GEO-FSS衛星通信系統會大力開展BVSAT業務,通過以IP為基礎的寬帶多媒體傳輸系統解決“最后一公里”的有效途徑,當前BVSAT的產品較多且使用效果好,甚至有些產品已經逐漸向移動業務MSS發展,從而會在車載、船載等移動通信方面得到廣泛應用。衛星的數字電視/視頻廣播DVB會結合高速因特網形成DVB/IP業務,不僅符合現代社會潮流發展趨勢,也會成為寬帶衛星系統中的高效傳輸平臺。因此,在面對衛星通信發展方面,應抓住機遇,面對挑戰,不斷改進和完善衛星通信投資環境,主動掌握和運用現代傳播手段,積極推進衛星通信的發展。
4 結束語
總而言之,在重大災害出現后往往受影響最為嚴重的就是公眾通信網絡,災區通信出現故障,不能第一時間將災區信息傳給外界,耽誤最佳救援時間。衛星通信覆蓋范圍廣,受地面災害影響小,從而在應急通信中衛星通信扮演者重要的角色,為災區開展有針對性的救災活動創造條件,在實現物資調度、緊急指揮等方面,均發揮了重要的作用。
參考文獻
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[2]趙希,岳勇.衛星通訊在我國災害應急體系中的應用需求分析[J].中國科技縱橫,2011(4):20.
關鍵詞:機載衛星通信系統;海事衛星系統;銥星系統;海事系統;甚高頻;點波束;Inmarsat;ACARS
中圖分類號:TN927
文獻標識碼:A
文章編號:1009-2374(2012)23-0014-02
1 概述
目前的航空通信系統主要依賴高頻與甚高頻,其通信手段存在以下主要問題:
(1)甚高頻通信主要是視距傳播,通信范圍只限于視距范圍之內,通信距離受到很大限制,遠遠不能滿足大型客機遠程信息傳輸的需要。
(2)高頻通信雖然可以做到超視距傳輸,但是受電離層不穩定因素影響很大,不能提供穩定的通信鏈路,可靠性差。
(3)高頻和甚高頻的頻譜資源限制性較大,影響無線通信能力的增強。
利用衛星通信系統可克服以上缺點,在飛機與地面之間為機組人員和乘客提供話音和數據通信業務,可增強空中通信和航空管制能力。總體來說,衛星通信系統有如下的優勢:
(1)通信距離遠,覆蓋面廣,不受山區、沙漠和海洋等地理因素的限制,具有其他常規通信手段無法替代的作用,衛星通信在世界上絕大多數地區內可用于空中交通服務、航務管理、航空公司行政管理和航空旅客通信等。
(2)可以提供較高的數據傳輸速率。
(3)可快速部署,建設周期短。
(4)符合未來新航行系統的發展方向(星基的通信、導航、監視/空中交通管理)。
因此,衛星通信系統以其覆蓋范圍廣、通信距離遠、通信容量大、傳輸質量高、機動性好等其他通信系統無法比擬的優點而成為各型大型客機進行遠程信息傳輸的最佳手段。
2 海事衛星系統介紹
海事衛星通信系統是用于海上救援的無線電聯絡通信衛星。隨著第四代海事衛星發展,其技術能力有了顯著提高,業務范圍也不斷擴大,目前已成為集全球海上常規通訊、陸地應急遇險、航空安全通信、特殊與戰備通信一體的高科技通信衛星系統。第四代海事衛星系統由亞太區域衛星、歐非區域衛星和美洲區域衛星三顆星組成,位于赤道上空36000公里的靜止同步軌道衛星,實現了全球覆蓋(南北兩極除外)的衛星網絡。
3 海事衛星系統構成
海事衛星系統由船站、岸站、網絡協調站和衛星組成。下面簡要介紹各部分的工作特點:
(1)衛星分布在大西洋、印度洋和太平洋上空的3顆衛星覆蓋了幾乎整個地球,并使三大洋的任何點都能接入衛星,岸站的工作仰角在5°以上。
(2)岸站(CES)是指設在海岸附近的地球站,歸各國主管部門所有,并歸他們經營。它既是衛星系統與地面系統的接口,又是一個控制和接入中心。
(3)網絡協調站(NCS)是整個系統的一個組成部分。每一個海域設一個網路協調站,它也是雙頻段工作。
(4)船站(SES)是設在船上的地球站。在海事衛星系統中它必須滿足:一是船站天線滿足穩定度的要求,它必須排除船身移位以及船身的側滾、縱滾和偏航的影響而跟蹤衛星;二是船站必須設計得小而輕,使其不至于影響船的穩定性,同時又要設計得有足夠帶寬,能提供各種通信業務。
4 銥星系統介紹
銥星系統由79顆低軌道衛星組成(其中13顆為備份用星),66顆低軌衛星分布在6個極平面上,每個平面分別有1個在軌備用星。在極平面上的11顆工作衛星,就像電話網絡中的各個節點一樣,進行數據交換。備用星隨時待命,準備替換由于各種原因不能工作的衛星,保證每個平面至少有1顆衛星覆蓋地球。衛星在780公里的高空以27000公里/
小時的速度繞地球旋轉,100分鐘左右繞地球一圈。每顆衛星與其他4顆衛星交叉鏈接,2個在同一個軌道面,2個在臨近的軌道面。
5 銥星系統構成
銥星系統的通信傳播方式首先是空中星與星之間的傳播,之后是空地和陸地的傳播,所以不存在覆蓋盲區,且系統不依賴于任何其他的通信系統進行話音通信服務,而僅通過星星、星地間的信息傳輸實現端到端的話音通信,是目前唯一真正實現全球通信覆蓋的衛星通信系統。
銥星電話全球衛星服務使您無論在偏遠地區或地面有線、無線網絡受限制的地區都可以進行通話。
銥星系統的地面網絡包括:系統控制部分和關口站。系統控制部分是銥星系統管理中心,它負責系統的運營、業務的提供,并將衛星的運動軌跡數據提供給關口站。系統控制部分包括4個自動跟蹤遙感裝置和控制節點、通信網絡控制、衛星網絡控制中心。關口站的作用是連接地面網絡系統與銥星系統,并對銥星系統的業務進行管理。
6 銥星系統和海事衛星系統的比較
銥星系統和海事衛星系統的比較結果見表1:
表1 銥星系統和海事衛星系統的比較結果
銥星 海事衛星
數量 66顆(外加13顆備用) 14~15顆
軌道 縱向低軌(770公里) 同步高軌
覆蓋 全球無縫隙(極對極) 南北緯80度以內
頻率 1616~1626MHz 1525~1660MHz
話音質量 接近于有線電話 延時較大
陸地基站 不依賴于陸基的星際傳播 依賴陸基
通話資費 20~25人民幣/分鐘 約7美元/分鐘
接通率 97.70% 92%
機載設備重量 7kg 20kg
機載設備投資 約120萬人民幣 約300萬人民幣
設備供貨周期 1~2個月 8個月(波音參考)
數據帶寬 2.4K 2.4K
國內頻率許可 航空頻率 應急頻率
適航取證 VSTC、SB覆蓋多機型 無VSTC
另外,銥星通信鏈路不依賴地面基站的星星傳輸:銥星特有的星際傳播,使其在通信上完全擺脫了對地面基站的依賴。而海事通信鏈路則依賴地面基站的暢通。
7 銥星的優勢
通過以上比較,我們可以得知銥星系統有如下
優勢:
(1)6個縱向軌道決定了極地信號的充分覆蓋;由于每顆銥星都經過兩極,因此越靠近兩極,信號越強,通話質量越好;極地通信接通率99.95%,掉線率0.01%。
(2)充分解決了海事衛星、ACARS在極地不覆蓋無法通信的不足,是海事衛星及ACARS通信的完美補充。
所以,綜上所述,銥星通信將會是未來機載通信發展的趨勢。
參考文獻
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