發(fā)布時間：2022-04-25 04:38:17
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇衛(wèi)星通信論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
1衛(wèi)星信號復(fù)用模塊
衛(wèi)星信號復(fù)用模塊的功能是：將船載北斗收發(fā)設(shè)備與其原配的控制終端設(shè)備進(jìn)行分離；將信號根據(jù)不同策略復(fù)用為兩路數(shù)據(jù)信號；提供與數(shù)據(jù)采集終端的接口。圖1給出了衛(wèi)星信號復(fù)用模塊與系統(tǒng)的其他部分的連接的方式。其中的北斗衛(wèi)星通信天線完成北斗信號的收發(fā)、導(dǎo)航信號的接收以及雙向數(shù)字接口的信號交互；北斗控制終端是國內(nèi)北斗星通公司開發(fā)的多用途控制設(shè)備，其功能涵蓋了導(dǎo)航、軌跡錄、報(bào)文收發(fā)和緊急情況下的報(bào)警呼救等；數(shù)據(jù)采集終端是本系統(tǒng)中的采集數(shù)據(jù)的收發(fā)系統(tǒng)，利用人工輸入海洋資源數(shù)據(jù)，并通過衛(wèi)星信道將數(shù)據(jù)發(fā)回北斗整列控制中心。衛(wèi)星信號復(fù)用模塊是各個模塊的通信中樞，完成設(shè)備對信道的申請和釋放，并且為各個工作子系統(tǒng)供電，系統(tǒng)對其工作穩(wěn)定性和可靠性提出了較高的要求。圖2給出了衛(wèi)星信號復(fù)用模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。其中RXD_T和TXD_T分別表示RS232電平的北斗衛(wèi)星天線的數(shù)據(jù)收發(fā)信號；RXD_K和TXD_K表示北斗控制終端的RS232數(shù)據(jù)收發(fā)信號；RXD_C和TXD_C表示數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)收發(fā)信號。其結(jié)構(gòu)比較簡單，但是在前期的設(shè)計(jì)和測試中發(fā)現(xiàn)了一系列可靠性問題。長時間地將數(shù)據(jù)采集終端以在線方式工作會造成衛(wèi)星天線或者控制終端無法收發(fā)數(shù)據(jù)，因此在設(shè)計(jì)上采用了回饋電源模式，即當(dāng)采集器不工作時，切換電路工作于信號直接切換模式，信道不受數(shù)據(jù)采集器控制。同時還發(fā)現(xiàn)當(dāng)數(shù)據(jù)采集器不工作時，地線連接會造成數(shù)據(jù)串?dāng)_，所以在設(shè)計(jì)中采用了地線切換模式，當(dāng)采集器不工作時將地線斷開。為了進(jìn)一步提高可靠性，降低干擾，信號切換沒有采用有源的電子器件，而采用了電磁式繼電器，當(dāng)采集器不工作時系統(tǒng)的信號處于機(jī)械切換模式。采取上述措施后，系統(tǒng)無響應(yīng)和數(shù)據(jù)通信失敗的現(xiàn)象基本沒有出現(xiàn)。
2控制終端設(shè)計(jì)
控制終端是數(shù)據(jù)采集人員的操作設(shè)備，其功能是輸入采集的數(shù)據(jù)并且將數(shù)據(jù)發(fā)送。控制終端采用了ARM9架構(gòu)的S3C2440作為優(yōu)秀處理器，利用自主開發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)進(jìn)行開發(fā)。其設(shè)計(jì)的模塊結(jié)構(gòu)圖見圖3。S3C2440優(yōu)秀板上有SDRAM與NANFLASH，分別用于應(yīng)用程序的執(zhí)行和程序的存儲；北斗控制終端接口包含了北斗天線的串行控制口和電源；智能液晶顯示接口通過串口2將優(yōu)秀板的顯示控制數(shù)據(jù)傳遞給智能液晶模塊；陣列式掃描接口讀取操作人員的輸入鍵值用于數(shù)據(jù)控制。控制終端的軟件結(jié)構(gòu)圖見圖4。掃描鍵盤處理模塊驅(qū)動陣列式鍵盤，讀取用戶的輸入鍵值，并提交系統(tǒng)處理；智能終端GUI模塊負(fù)責(zé)用戶的圖形界面處理，主要功能包括控件界面繪制，事件響應(yīng)以及消息傳遞；GPIO電路驅(qū)動模塊用于控制衛(wèi)星信號復(fù)用模塊的北斗信號切換，以及北斗系統(tǒng)電源的管理；偽漢字空間的轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)將采集到的數(shù)字信號映射到GB2312的漢字空間，以適應(yīng)北斗衛(wèi)星通道的數(shù)據(jù)傳輸；稀疏數(shù)組壓縮模塊解決了北斗數(shù)據(jù)包短，而采集數(shù)據(jù)量較大的問題，通過自定義的無損壓縮算法，將采集的數(shù)據(jù)高效率壓縮以適應(yīng)北斗數(shù)據(jù)通道的特點(diǎn)；北斗數(shù)據(jù)編碼解碼模塊負(fù)責(zé)將處理好的數(shù)據(jù)以北斗規(guī)定的格式編碼和解碼；系統(tǒng)參數(shù)管理模塊負(fù)責(zé)管理存儲在智能終端中的系統(tǒng)參數(shù)，以配置不同的應(yīng)用方案。
3偽漢字編碼方案
北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)對用戶的級別做了嚴(yán)格限制，民用的北斗運(yùn)營商普遍采用了內(nèi)容過濾程序，即當(dāng)發(fā)現(xiàn)傳輸內(nèi)容為GB2312國標(biāo)碼時，允許數(shù)據(jù)通過，當(dāng)發(fā)現(xiàn)傳輸內(nèi)容為非GB2312國際碼時不允許數(shù)據(jù)通過。數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)格式不符合GB2312編碼標(biāo)準(zhǔn)，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上遇到了數(shù)據(jù)無法傳遞的困難。為了解決上述問題，設(shè)計(jì)了偽漢字編解碼方案。其基本思路是：編碼時將原始的數(shù)據(jù)流進(jìn)行分解，分配到多個漢字空間，解碼時從漢字空間提取出數(shù)據(jù)流，并且將拆分的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并。GB2312是北斗采用的漢字通信系統(tǒng)，用于民用終端的數(shù)據(jù)發(fā)送。GB2312中每個漢字由2個字節(jié)組成，第一個字節(jié)的范圍為176~247，而第二個字節(jié)的范圍為160~254。因此第一個字節(jié)的有效編碼空間為0~71，而第二個字節(jié)的編碼空間為0~94。為了簡化算法，將兩個字節(jié)的編碼空間都設(shè)置在0~63即2的6次方范圍內(nèi)。實(shí)際上將數(shù)據(jù)看成一個Bit流，將8Bit為單位分解為6Bit為單位，其示例圖見圖5。圖中上方的8Bit的3個字節(jié)被看成24Bit的數(shù)據(jù)，在圖中部分解到4個字節(jié)，每個字節(jié)為6位，高2位補(bǔ)零。實(shí)際上上方的數(shù)據(jù)與中部的數(shù)據(jù)從Bit流看來都是24Bit。得到4個字節(jié)的6Bit數(shù)據(jù)后，在每個字節(jié)上加上176得到圖5中下部的數(shù)據(jù)，即偽漢字編碼。該編碼的范圍位于GB2312的范圍內(nèi)，可用于北斗信號的數(shù)據(jù)傳送。解碼的過程與編碼的過程相反，不再敘述。在編碼的過程中還會遇到實(shí)際問題：圖5中演示的情況屬于比較特殊的情況，輸入的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)量是3的倍數(shù)，輸出的字節(jié)數(shù)量為4的倍數(shù)。現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)流不一定滿足上述要求，例如如果輸入的數(shù)據(jù)是4個字節(jié)，輸出需要的字節(jié)數(shù)是6個字節(jié)；如果輸入的是5個字節(jié)輸出的需要6個字節(jié)。這樣會給編解碼帶來巨大的困難。為了簡化編解碼，可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行特殊的處理，辦法是在傳遞的數(shù)據(jù)中增加一個數(shù)據(jù)的長度指示，并且將數(shù)據(jù)進(jìn)行整數(shù)倍拼湊。其過程見圖6。在數(shù)據(jù)的頭部附加了一個長度指示器，其作用是當(dāng)收到的數(shù)據(jù)后部附加的有PAD時可以將原始的數(shù)據(jù)提取出。PAD是附加在有效數(shù)據(jù)后面的無效數(shù)據(jù)，PAD的數(shù)量根據(jù)原始數(shù)據(jù)長度變化，其數(shù)量為0~2個。數(shù)據(jù)擴(kuò)展的原則是將數(shù)據(jù)的整體長度擴(kuò)展為3的倍數(shù)。這樣得到的偽漢字編碼的數(shù)據(jù)長度就是4的倍數(shù)，如此擴(kuò)展的目的是有利于編碼和解碼。
4北斗數(shù)據(jù)通訊陣列與系統(tǒng)整體架構(gòu)
由于北斗系統(tǒng)是軍民兩用系統(tǒng)，并且隨著用戶數(shù)量的增加，通信帶寬日益緊張，為了保障系統(tǒng)中的高級用戶權(quán)限，對用戶的收發(fā)信息的頻度做了限制，平均一分鐘才能發(fā)送一條信息。而對于接收信息的頻度卻沒有限制，所以信息的接收相對較快。由于北斗的信息通道采用了無驗(yàn)證的協(xié)議，發(fā)送方無法得知接收方是否成功接收數(shù)據(jù)。為了保證通信的可靠性，本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對北斗通信協(xié)議進(jìn)行了改進(jìn)。具體方法為：發(fā)送方發(fā)送消息后，從系統(tǒng)中獲取一個隨機(jī)變量用于產(chǎn)生延時，如果在規(guī)定的時間長度內(nèi)沒有收到對方發(fā)來的驗(yàn)證數(shù)據(jù)就繼續(xù)發(fā)送，直到成功收到接收方的驗(yàn)證數(shù)據(jù)報(bào)。采用上述協(xié)議后，系統(tǒng)通信的可靠性得到了提高，但卻給北斗的通信系統(tǒng)帶來的嚴(yán)重負(fù)擔(dān)。特別是隨著采集系統(tǒng)數(shù)量的增加，控制中心的通信負(fù)擔(dān)日益加大，采集終端數(shù)據(jù)發(fā)送的成功率也大幅下降，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的正常工作。為了提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐率，利用北斗系統(tǒng)收發(fā)速率不平衡的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了北斗衛(wèi)星陣列，采用了單點(diǎn)接收設(shè)備以及多點(diǎn)發(fā)送的通信模式。當(dāng)接受北斗設(shè)備收到采集系統(tǒng)來自海上的信息后，根據(jù)負(fù)載平衡的算法，從發(fā)送陣列中選擇一個空閑設(shè)備完成數(shù)據(jù)發(fā)送。如果沒有空閑設(shè)備就根據(jù)負(fù)載最少原則獲取北斗發(fā)送設(shè)備并將數(shù)據(jù)壓入發(fā)送消息隊(duì)列。采用北斗陣列和負(fù)載平衡算法后，數(shù)據(jù)的吞吐率提高，系統(tǒng)的反應(yīng)速度加快，也提高了采集設(shè)備的用戶體驗(yàn)。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)見圖7。多個北斗設(shè)備通過統(tǒng)一的網(wǎng)關(guān)接入北斗應(yīng)用服務(wù)器，相關(guān)的控制軟件運(yùn)行在其上，負(fù)載解析和實(shí)現(xiàn)北斗設(shè)備的控制協(xié)議，系統(tǒng)的負(fù)載平衡以及將采集的數(shù)據(jù)回寫到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。系統(tǒng)決策服務(wù)器上運(yùn)行的軟件負(fù)責(zé)解析數(shù)據(jù)，分析相關(guān)的資源信息，以及GIS的控制信息。Web服務(wù)器對通過VPN網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)程用戶提供了數(shù)據(jù)訪問服務(wù)，由于數(shù)據(jù)涉密，對不同的用戶采用了硬件加密的認(rèn)證模式，數(shù)據(jù)的傳輸也經(jīng)過了加密通道的處理。
5實(shí)際應(yīng)用
該研究項(xiàng)目經(jīng)過多年的研發(fā)已經(jīng)在海洋漁業(yè)資源、海洋生態(tài)和海洋安全方面得到廣泛應(yīng)用。為了分析海洋漁業(yè)資源，在本終端上設(shè)計(jì)了漁業(yè)捕獲實(shí)時報(bào)告系統(tǒng)。具體方法是針對漁業(yè)捕撈的的各種船型，每種船型選擇常見的50種魚類，將魚類的名稱和圖片寫入終端。船員在捕撈結(jié)束后利用本終端將各種魚類的產(chǎn)量通過北斗發(fā)送給控制中心。其中的數(shù)據(jù)不僅有漁獲產(chǎn)量，而且還有捕撈的時間和地點(diǎn)，控制中心將數(shù)據(jù)記錄入數(shù)據(jù)庫后，結(jié)合相關(guān)的港口漁獲數(shù)據(jù)，以及海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，可以分析海洋魚類的巡游規(guī)律，并且指導(dǎo)漁業(yè)生產(chǎn)。漁業(yè)管理部門也可以了解海洋整體上的生產(chǎn)情況，以便合理地進(jìn)行生產(chǎn)管理。目前已經(jīng)在南海生產(chǎn)漁船上安裝了近300套設(shè)備，大部分設(shè)備工作正常。圖8給出了第二代漁獲采集終端實(shí)物，圖9給出了GIS軟件上的安裝了設(shè)備的漁船的作業(yè)分布圖。該系統(tǒng)還用于漁場預(yù)測，結(jié)合衛(wèi)星遙感信號得到的溫度、洋流和葉綠素等相關(guān)因素，根據(jù)終端傳回的數(shù)據(jù)，分析漁場并將得到的預(yù)報(bào)信息通過控制中心發(fā)送到終端上，從而指導(dǎo)漁業(yè)生產(chǎn)，減少資源消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。圖10給出了漁場預(yù)報(bào)的樣圖。該設(shè)備還用于增值放流工作的檢測：為了保證漁業(yè)資源的穩(wěn)定，需要人工放流魚種。為了跟蹤放流魚種的生長和巡游情況，放流前在部分魚種上留有標(biāo)志，并且在放流前將標(biāo)志與魚種信息記錄在數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)魚被裝有終端的漁船捕獲后，船員將魚的參數(shù)和標(biāo)志編號輸入終端，通過北斗發(fā)回控制中心，相關(guān)的放流數(shù)據(jù)就可以進(jìn)入軟件分析，從而得到放流的效果評估。目前本終端還具有了天氣預(yù)報(bào)信息的發(fā)送以及他國漁船越界捕魚事件報(bào)告的功能，可以在漁業(yè)安全和保護(hù)國家漁業(yè)資源等方面發(fā)揮作用。
6結(jié)束語
北斗衛(wèi)星船載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是針對大面積海洋資源數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)的集成系統(tǒng)，涵蓋了嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)、偽漢字編碼技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、WEB技術(shù)以及數(shù)據(jù)安全技術(shù)。研究的內(nèi)容涉及硬軟件開發(fā)技術(shù)、通信協(xié)議設(shè)計(jì)技術(shù)、編碼技術(shù)、GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)以及Web開發(fā)技術(shù)等各個方面。項(xiàng)目經(jīng)過樣機(jī)研發(fā)、小規(guī)模測試到大規(guī)模推廣等各個階段，目前已經(jīng)在南海的船舶上得到推廣應(yīng)用，獲取了大量的南海資源數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了一批相關(guān)成果。在今后的工作中，該系統(tǒng)將和正在研發(fā)的船載無人數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相結(jié)合，將現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)與資源采集數(shù)據(jù)相融合，進(jìn)一步研究海洋的規(guī)律，為科研和生產(chǎn)服務(wù)。
作者：鄧銳王峰陳海生陳亮單位：廣東海洋大學(xué)智能工程研究所
1靜止軌道衛(wèi)星通信資源－任務(wù)匹配約束分析
靜止軌道衛(wèi)星通信資源－任務(wù)匹配就是根據(jù)通信任務(wù)需求，綜合考慮各種約束條件，按照一定規(guī)則對衛(wèi)星資源進(jìn)行優(yōu)化配置，制定出滿足衛(wèi)星應(yīng)用任務(wù)需求的資源分配調(diào)度方案［9］。衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃方案的合理性和正確性直接關(guān)系到任務(wù)的完成效果［10］。因此，要實(shí)現(xiàn)規(guī)劃調(diào)度的目標(biāo)，必須對靜止軌道衛(wèi)星通信資源調(diào)度問題中涉及到的約束條件進(jìn)行詳細(xì)分析。靜止軌道衛(wèi)星通信資源調(diào)度問題的約束規(guī)則，可分為2大類共6項(xiàng)，如圖2所示。
1．1靜止軌道衛(wèi)星通信資源－任務(wù)匹配的硬性約束硬性約束是指完成衛(wèi)星通信必須具備的最基本的條件。包括3項(xiàng)內(nèi)容，具體為:1)通信資源調(diào)度的范圍約束衛(wèi)星通信首先要求衛(wèi)星能被衛(wèi)星無線電通信使用終端“看到”，而這是由衛(wèi)星天線波束覆蓋范圍決定的，即當(dāng)衛(wèi)星無線電通信使用終端處于衛(wèi)星天線波束覆蓋范圍內(nèi)時，才能進(jìn)行通信;否則無法達(dá)成通信。2)通信資源調(diào)度的時間約束①任務(wù)的時間約束。針對某一任務(wù)的資源調(diào)度時間不能晚于該任務(wù)的開始時間，資源調(diào)度結(jié)束時間不能早于任務(wù)的結(jié)束時間，且任務(wù)對于資源的占用時間不能小于任務(wù)執(zhí)行的持續(xù)時間。②資源的時間約束。在春分和秋分期間，靜止軌道衛(wèi)星由于處在太陽和地球之間，此時太陽帶來的強(qiáng)噪聲將引起通信中斷，即日凌中斷。3)通信資源調(diào)度的頻段約束不同衛(wèi)星、衛(wèi)星使用終端的工作頻段通常是確定值，而只有處于同工作頻段的衛(wèi)星和使用終端之間才能建立通信鏈路，提供通信服務(wù)，這是衛(wèi)星通信資源調(diào)度問題中的一個硬約束。
1．2靜止軌道衛(wèi)星通信資源－任務(wù)匹配的軟性約束軟性約束是指對衛(wèi)星通信的質(zhì)量、取得效益具有影響的約束條件。包括3項(xiàng)內(nèi)容，具體為:1)通信資源調(diào)度的能力約束資源具備的能力(比如帶寬等)必須達(dá)到完成任務(wù)的最低要求，才能被分配執(zhí)行任務(wù)。2)通信資源調(diào)度的質(zhì)量約束在衛(wèi)星通信中，無線電波要先后穿越對流層、平流層、電離層等，不可避免的會受到多種因素影響，產(chǎn)生自由空間傳播損耗、大氣吸收損耗和雨衰損耗等，導(dǎo)致通信質(zhì)量下降，甚至出現(xiàn)通信中斷的現(xiàn)象，特別是降雨對Ku，Ka頻段信號產(chǎn)生衰耗較大［12］。而目前，實(shí)際應(yīng)用中的通信衛(wèi)星工作頻段大都在C，Ku和Ka頻段。因此，在調(diào)度過程中要考慮通信鏈路載噪比、損耗、誤碼率等的影響。3)通信資源調(diào)度的優(yōu)先級約束①任務(wù)的優(yōu)先級約束。任務(wù)的價值(重要程度)、緊迫度和執(zhí)行順序等屬性決定了每項(xiàng)任務(wù)具備不同的優(yōu)先級。②資源的優(yōu)先級約束。資源的價值、能力和稀缺程度等屬性決定了每個資源也具備不同的優(yōu)先級。
2靜止軌道衛(wèi)星通信資源－任務(wù)匹配問題模型
在一個多任務(wù)的通信環(huán)境下，通信資源分配問題可以描述為一個由通信資源和通信任務(wù)所構(gòu)成的數(shù)學(xué)規(guī)劃問題。基于以上對靜止軌道衛(wèi)星通信資源－任務(wù)匹配的約束分析，建立數(shù)學(xué)模型如下。
2．1問題假設(shè)為簡化問題，便于建立數(shù)學(xué)模型，在不改變問題性質(zhì)的前提下，做出如下假設(shè):1)所有資源都絕對可靠，即不考慮出現(xiàn)資源性能降低或者故障的情況;2)一個通信資源某一時刻只能為一個通信任務(wù)提供服務(wù)。3)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器均為透明轉(zhuǎn)發(fā)器，不考慮衛(wèi)星具備星上處理功能;4)所有任務(wù)在進(jìn)行匹配調(diào)度前已經(jīng)確定，不考慮有新任務(wù)動態(tài)更新的情況;5)任務(wù)一旦開始就必須完成，不考慮自然或人為干涉的任務(wù)中斷;6)各個任務(wù)之間是相對獨(dú)立任務(wù)，不存在邏輯上的先后關(guān)系;7)匹配調(diào)度過程中不考慮決策者或者事件固有經(jīng)驗(yàn)的偏好因素。
2．2變量約束條件描述1)覆蓋范圍約束衛(wèi)星覆蓋區(qū)域d由波束決定，對于全球波束，覆蓋區(qū)域?yàn)榈厍蚰媳本?5°之間與以星下點(diǎn)為中心對地球邊緣張角17．34°所圍成的部分。對于點(diǎn)波束，覆蓋區(qū)域d可以通過模型計(jì)算得到。若任務(wù)區(qū)域?yàn)镈，任務(wù)區(qū)域必須在覆蓋范圍之內(nèi)。
2．3目標(biāo)函數(shù)衛(wèi)星資源調(diào)度相關(guān)研究中，通常根據(jù)任務(wù)完成情況確定目標(biāo)函數(shù)［17］。一般的資源－任務(wù)調(diào)度多數(shù)是以產(chǎn)生的綜合收益最大為目標(biāo)，本文從任務(wù)收益和衛(wèi)星資源使用兩方面考慮調(diào)度目標(biāo)。1)任務(wù)調(diào)度收益大。即任務(wù)收益之和盡可能高，不僅要盡可能調(diào)度高收益的任務(wù)，而且成功調(diào)度的任務(wù)數(shù)量要多。收益主要根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級確定。
3靜止軌道衛(wèi)星通信資源－任務(wù)匹配問題求解思路
根據(jù)以上分析可知，靜止軌道衛(wèi)星通信資源－任務(wù)匹配是一個多目標(biāo)組合優(yōu)化問題，結(jié)合靜止軌道衛(wèi)星通信資源－任務(wù)匹配規(guī)則，給出求解該問題的思路，如圖3所示。匹配過程可以描述為:步驟1數(shù)據(jù)初始化。根據(jù)通信任務(wù)和衛(wèi)星資源的描述，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，主要是編號、計(jì)算資源覆蓋區(qū)域和可用時間，得到任務(wù)集合T和資源集合R，進(jìn)入步驟2;步驟2匹配可行性檢測。對照資源－任務(wù)匹配的“硬約束”條件，篩選出可調(diào)度任務(wù)集Tk。如果Tk為空，則無法進(jìn)行匹配，終止流程，否則進(jìn)入步驟3;步驟3選擇任務(wù)。從可調(diào)度任務(wù)集Tk中選出優(yōu)先級最大的任務(wù)Ti，并將Ti移出Tk，進(jìn)入步驟4。如果已完成的任務(wù)數(shù)量等于可調(diào)度任務(wù)總數(shù)，則結(jié)束整個流程;步驟4選擇資源。根據(jù)資源優(yōu)先級，為選定的任務(wù)Ti分配資源Rj，如果資源能夠滿足任務(wù)需求，進(jìn)入步驟5;否則進(jìn)入步驟6;步驟5資源分配。將資源Rj從R中移出，設(shè)置Rj狀態(tài)為已調(diào)用，并將Rj的處理任務(wù)結(jié)束時間設(shè)為tie，返回步驟3進(jìn)行循環(huán)操作;步驟6資源釋放。選擇剛完成的任務(wù)，將其占用的資源狀態(tài)設(shè)置為可調(diào)用，并放回R中，返回步驟4進(jìn)行循環(huán)操作。
4數(shù)據(jù)仿真
人工智能算法是求解多目標(biāo)組合優(yōu)化問題的有效手段，本文采用蟻群算法進(jìn)行仿真分析。采用MatlabR2010a編程，在Win7系統(tǒng)(硬件配置Core二代2．2GHz，1G內(nèi)存)計(jì)算完成，調(diào)度總收益19，經(jīng)驗(yàn)證其結(jié)果正確，運(yùn)行時間2．775756s。運(yùn)行結(jié)果如表4所示。
5結(jié)束語
結(jié)合靜止軌道衛(wèi)星通信的工作過程和軌道特點(diǎn)，系統(tǒng)分析了在多衛(wèi)星和多任務(wù)通信環(huán)境背景下，靜止軌道衛(wèi)星通信資源與衛(wèi)星通信任務(wù)需求進(jìn)行匹配調(diào)度的約束規(guī)則，并提出了問題的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，建立了靜止軌道衛(wèi)星通信資源－任務(wù)匹配調(diào)度的模型，最后，給出了求解該問題的基本思路，進(jìn)行了實(shí)際仿真，為開展靜止軌道衛(wèi)星通信資源分配調(diào)度算法研究奠定了基礎(chǔ)。
作者：賀寅張海勇任重單位：海軍大連艦艇學(xué)院通信系
1技術(shù)方案
本系統(tǒng)采用LabWindowsCVI來進(jìn)行設(shè)計(jì)與開發(fā)，系統(tǒng)軟件框圖如圖2所示。軟件系統(tǒng)由監(jiān)控界面、參數(shù)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、程控命令模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、圖像顯示模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊組成。各模塊功能通過LabWindowsCVI進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。
計(jì)算機(jī)通過GPIB通信接口對AV4033的功能控制是通過程控儀器標(biāo)準(zhǔn)指令來實(shí)現(xiàn)的，程控指令是可以對頻譜儀進(jìn)行遠(yuǎn)端控制的一組特殊格式串，包括儀器設(shè)置、通道配置、數(shù)據(jù)掃描方式、控制輸出、讀取數(shù)據(jù)、狀態(tài)報(bào)警、接口設(shè)置等指令集。這些指令的發(fā)送均是字符串形式,所有的頻譜儀命令都必須符合特殊的語法規(guī)則，在應(yīng)用高級語言進(jìn)行編程時，程控指令一般是作為一個獨(dú)立的參數(shù)在調(diào)用函數(shù)中出現(xiàn)，這類針對遠(yuǎn)程控制的函數(shù)隨GPIB接口和采用的高級語言的不同而不同，但其程控指令是相同的，AV4033系列頻譜儀的語法命令圖如圖3所示。本文利用程控指令和頻譜儀進(jìn)行通信時,選擇LabWindowsCVI自帶的GPIB函數(shù)庫,可以方便地進(jìn)行程控命令發(fā)送和數(shù)據(jù)讀取操作。
2應(yīng)用舉例
衛(wèi)星固定通信臺站天線口徑大波束窄，對天線伺服系統(tǒng)的自動跟蹤性能要求較高，為確保通信效果，需定期測量衛(wèi)星天線系統(tǒng)的自動跟蹤性能，傳統(tǒng)的測試方法需用頻譜儀在射頻方艙內(nèi)測試，且測試結(jié)果保持和記錄都不方便，利用本系統(tǒng)可以方便進(jìn)行遠(yuǎn)程測試，而且可以將測試結(jié)果保存在數(shù)據(jù)存儲單元中，方便后續(xù)查詢和參考。衛(wèi)星天線跟蹤性能測試流程如下：（1）調(diào)整衛(wèi)星天線使其對準(zhǔn)通信衛(wèi)星；（2）在監(jiān)控主機(jī)上按下述過程設(shè)置頻譜儀；a)按衛(wèi)星信標(biāo)頻率設(shè)置頻譜儀中心頻率，設(shè)置SPAN為0到100KHzb)根據(jù)信標(biāo)信號的電平變化范圍設(shè)置Sacle/DIV，以使測量過程中的載波電平變化始終落在頻譜儀的可顯示電平范圍內(nèi)c)根據(jù)信標(biāo)頻率穩(wěn)定度，選擇盡可能窄的RBWd)根據(jù)載波的峰值頻率和功率，調(diào)整頻譜儀的中心頻率和參考電平e)利用鍵盤調(diào)窄SPAN，重復(fù)4f)重復(fù)5，將SPAN調(diào)整到最小g)將SPAN置0，使載波顯示譜線作水平運(yùn)動h)輸入掃描時間，確定掃描長度（3）用手控方式調(diào)偏衛(wèi)星天線的方位角和俯仰角，頻譜儀顯示譜線的電平將隨天線偏離衛(wèi)星而下降（4）啟動天線自動跟蹤功能，觀察衛(wèi)星信標(biāo)電平隨時間的變化，記錄自動跟蹤天線的對星過程以及跟蹤速度和精度（5）存儲記錄數(shù)據(jù)，重復(fù)3、4步驟，多記錄幾次測試結(jié)果，分析衛(wèi)星天線自動跟蹤性能。
3結(jié)束語
基于GPIB總線技術(shù)構(gòu)建的頻譜儀可以建立快速、高效的衛(wèi)星信號測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)人機(jī)界面更加友好，測試功能更為方便，用戶能夠在值勤終端上方便對頻譜儀進(jìn)行控制和使用，能夠快速、方便、準(zhǔn)確的完成測試任務(wù)。
作者：張德文尹訓(xùn)鋒景丹玉單位：91917部隊(duì)
1衛(wèi)星通信的優(yōu)勢與劣勢分析
1.1衛(wèi)星通信具有眾多的優(yōu)勢（1）電波覆蓋地域比較寬廣。（2）傳輸路數(shù)多，通信容量大。（3）通信穩(wěn)定性好、質(zhì)量高。（4）衛(wèi)星通信不受地域限制，運(yùn)用方式靈活。
1.2衛(wèi)星通信的一些劣勢主要的方面有：（1）延遲現(xiàn)象比較常見。（2）傳播過程中由于信號較差，容易出現(xiàn)信號中斷的現(xiàn)象。（3）終端產(chǎn)品的選擇面不廣。
2衛(wèi)星通信產(chǎn)品的多址體制方式的選擇
衛(wèi)星通信由于具有廣播和大范圍覆蓋的特點(diǎn)，因此，特別適合于多個站之間同時通信，即多址通信。多址通信是指衛(wèi)星天線波束覆蓋區(qū)內(nèi)的任何地球站可以通過共同的衛(wèi)星進(jìn)行雙邊或多邊通信。目前比較常用的兩種衛(wèi)星通信多址體制方式為：TDM-FDMA（時分復(fù)用-頻分多址）和MF-TDMA（跳頻-時分多址）。（1）多址體制方式一：TDM-FDMA。（2）多址體制方式二：MF-TDMA。
3衛(wèi)星通信在鐵路應(yīng)急通信中的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
有時候會因?yàn)橛龅酵话l(fā)性、嚴(yán)重的自然災(zāi)害、人為因素導(dǎo)致其他所有通信手段無法使用時，而應(yīng)急指揮中心又急需現(xiàn)場相關(guān)資料，這時就可以利用衛(wèi)星通信覆蓋區(qū)域廣和快速部署的優(yōu)勢將信息發(fā)送到應(yīng)急指揮中心。常規(guī)衛(wèi)星系統(tǒng)現(xiàn)場接入方式可以分成兩種：一種是車載型，一種是便攜型，這兩種衛(wèi)星接入方式可以視現(xiàn)場情況而定。而對于鐵路應(yīng)急通信人員來說，以上兩種接入方式均可以采用，但在到達(dá)應(yīng)急現(xiàn)場后，還需要在現(xiàn)場對衛(wèi)星接入設(shè)備進(jìn)行開設(shè)，考慮操作使用人員的技術(shù)水平和熟練程度，選擇自動對星的車載或便攜衛(wèi)星設(shè)備就顯得非常的方便，可確保快速建立通信鏈路保證通信。
事發(fā)現(xiàn)場人員要將信息傳送到應(yīng)急指揮中心，在鐵路應(yīng)急衛(wèi)星通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時，可根據(jù)實(shí)際情況需要，按下文所述三種方案進(jìn)行建設(shè)，如圖1所示。
方式一：在中國鐵路總公司應(yīng)急中心建立衛(wèi)星地面通信站，這樣就可以通過應(yīng)急指揮中心收發(fā)數(shù)據(jù)，再通過地面的有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)叫枰獢?shù)據(jù)的各路局應(yīng)急指揮中心。這種方案對于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)資源的應(yīng)用比較充分，但在遇到一些突發(fā)情況時，數(shù)據(jù)可能無法通過地面有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)叫枰獢?shù)據(jù)的各路局應(yīng)急指揮中心，這就導(dǎo)致可能會出現(xiàn)一些無法預(yù)知的情況。
方式二：在各個路局的應(yīng)急指揮中心建立衛(wèi)星通信站，這樣就可以在發(fā)生狀況時迅速的將數(shù)據(jù)發(fā)送到各路局的應(yīng)急指揮中心，同時各路局也能夠及時的下達(dá)指令，進(jìn)行相關(guān)問題的處理。這樣做的好處是各路局應(yīng)急指揮中心能及時掌握應(yīng)急現(xiàn)場狀況，但不利的是其建設(shè)費(fèi)用將會大大增加。
方式三：在中國鐵路總公司應(yīng)急指揮中心以及各路局應(yīng)急指揮中心均設(shè)置衛(wèi)星通信站，這樣一來，無論發(fā)生什么災(zāi)害情況，各路局應(yīng)急指揮中心與中國鐵路總公司應(yīng)急指揮中心都可以實(shí)時掌握事發(fā)現(xiàn)場情況。這樣做的好處不言而喻，但其建設(shè)費(fèi)用也無疑會昂貴很多。
4結(jié)束語
綜上所述，隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展和使用成本的降低，及現(xiàn)代化的鐵路應(yīng)急通信系統(tǒng)的迫切應(yīng)用需求，建立全國范圍內(nèi)完整統(tǒng)一的能夠互聯(lián)互通的鐵路應(yīng)急通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)是大勢所趨。希望通過本文的簡單分析，能對我國的鐵路應(yīng)急通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和發(fā)展提供一點(diǎn)建議。
作者：程嵐單位：南京凱瑞得信息科技有限公司
1.通用動力公司
2013年11月15日，通用動力C4系統(tǒng)公司宣布，通過移動用戶目標(biāo)系統(tǒng)赤道地區(qū)的衛(wèi)星，該公司的一對AN/PRC-155單兵電臺成功實(shí)現(xiàn)了語音和數(shù)據(jù)呼叫。該軟件定義電臺配有移動用戶目標(biāo)系統(tǒng)波形。無論是從北極還是南極的高緯度地區(qū)，連通地球赤道靜止衛(wèi)星都是一個難題，因?yàn)檫@些衛(wèi)星靠近地平線。由于地球是扁圓的球體，在兩極地區(qū)它會變平，因此，地球表面某些區(qū)域看不到赤道上的衛(wèi)星。“在幾近結(jié)冰的溫度下，在刺骨的北極寒風(fēng)里，在地球緯度最高地區(qū)，唯有PRC-155單兵電臺才能連接移動用戶目標(biāo)系統(tǒng)，安全傳送語音和調(diào)用數(shù)據(jù)。”通用動力C4系統(tǒng)公司總裁克里斯?麻茲利這樣評價該系統(tǒng)。這次驗(yàn)證展示活動于2013年10月中旬進(jìn)行，涵蓋通用動力公司所描述的多種真實(shí)場景，包括在阿拉斯加州安克雷奇和巴羅的固定地點(diǎn)，以及繞整個北極圈飛行的飛機(jī)。該公司稱，除了5名參加試驗(yàn)的人員進(jìn)行了電話會議，這種雙通道AN/PRC-155電臺還完成了多重一對一語音通話和數(shù)據(jù)調(diào)用。在演示中，數(shù)據(jù)調(diào)用速率達(dá)到了64kb/s。通用動力公司進(jìn)行過多次測試活動，將該公司的單兵攜帶和手持電臺連通移動用戶目標(biāo)系統(tǒng)。2013年10月份的這次測試為其最新的一次。而在2013年8月，該公司成功通過AN/PRC-155電臺將AN/PRC-154“步”電臺與移動用戶目標(biāo)系統(tǒng)的一架航空器連通。之前的4月份，該公司基于2012年2月第一次通信驗(yàn)證展示，通過移動用戶目標(biāo)系統(tǒng)完成了電臺對電臺的語音和數(shù)據(jù)測試。2012年的演示只是使用衛(wèi)星模擬器以及裝載移動用戶目標(biāo)系統(tǒng)波形的AN/PRC。
2.哈里斯公司“獵鷹”III
哈里斯公司宣布，該公司的AN/PRC-117G“獵鷹”III多波段單兵電臺于2013年12月2日與移動用戶目標(biāo)系統(tǒng)衛(wèi)星成功連通。接下來，該公司又在北極圈進(jìn)行測試，將“獵鷹”III電臺裝在一架貨運(yùn)飛機(jī)上從阿拉斯加飛往北極，然后返回。北極圈地區(qū)當(dāng)前使用的是甚高頻系統(tǒng)。根據(jù)該公司提供的數(shù)字，有多達(dá)30000臺的AN/PRC-117G電臺可以升級使用移動用戶目標(biāo)系統(tǒng)波形軟件。
3.Alico公司相控陣終端
盡管相控陣天線在雷達(dá)應(yīng)用中很常見，但是在通信領(lǐng)域相對少見。然而，Alico系統(tǒng)公司已經(jīng)在其寬帶分布式孔徑移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)終端中植入相控陣天線技術(shù)，并于2013年6月公布了技術(shù)詳情。這種X波段系統(tǒng)顯示，4個小型矩形平板式天線安裝在M1“艾布拉姆斯”坦克和M2“布雷德利”步兵戰(zhàn)車車體頂部四周以及MaxxPro防地雷反伏擊車的出入口四周。對寬帶移動衛(wèi)星通信相陣天線而言，這種設(shè)計(jì)考慮非常周全，因?yàn)樗]有在車輛的可視部位增加設(shè)備，這樣就可避免炮塔或者車輛上的貨物阻擋信號，也可防止在非常傳統(tǒng)系統(tǒng)的突出部分遮擋信號。這就意味著它能在0°～90°的全半球覆蓋，從而實(shí)現(xiàn)0°～360°連續(xù)的全方位覆蓋。借助電子束自動轉(zhuǎn)向功能，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動操作，其電子束可以在100Hz頻率上指向并跟蹤衛(wèi)星。也就是說，該系統(tǒng)每秒要計(jì)算該衛(wèi)星的相對位置100次。分布式相陣天線還解決了“鑰匙孔”（keynole）以及“常平架自鎖”（gimballock）問題。前者是穩(wěn)定電子機(jī)械天線系統(tǒng)的難題。由于俯仰角不到90°，這樣在頂點(diǎn)處就會有一片空域無法被天線光束覆蓋。后者的問題在于其天線系統(tǒng)俯仰角>90°、<180°，所以當(dāng)常平架達(dá)到其仰角極限時，方位轉(zhuǎn)臺必須旋轉(zhuǎn)180°才能繼續(xù)跟蹤，因而不能平滑跟蹤經(jīng)過其頂點(diǎn)的衛(wèi)星。寬波束可以緩解這個問題，但是高增益天線都是窄波束，必須要有所取舍。在相控陣天線覆蓋重復(fù)區(qū)域，可以通過電子方式輕松解決。由于設(shè)計(jì)之初就是為了解決移動中的語音、數(shù)據(jù)以及流視頻問題，這種全雙向系統(tǒng)可以用于很多衛(wèi)星通信系統(tǒng)，比如美國的全球?qū)拵l(wèi)星通信系統(tǒng)（WGS）和XTAR系統(tǒng)、西班牙衛(wèi)星系統(tǒng)（SpainSat）以及英國的天網(wǎng)衛(wèi)星系統(tǒng)（Skynet）。該系統(tǒng)采用115V交流電或28V直流電，功耗700W，重68kg。
4.埃爾比特公司
2013年9月，以色列艾爾比特公司（Elbit）在倫敦國際防務(wù)展上展示了基于MSR-2000系列的下一代天線Elsat2000E。該天線采用新型被動波導(dǎo)平面面板技術(shù)，能夠全面覆蓋Ku波段。該公司稱Elsat2000E技術(shù)性能有了巨大提升，大大超越了采用印刷電路多成分平板技術(shù)的Elsat2000。Elsat2000E新型天線直徑50cm，重15kg，性能和效率是Elsat2000的兩倍。埃爾比特公司稱其具有30Mb/s的下行速率和5Mb/s的上行速率。該公司強(qiáng)調(diào)該系統(tǒng)有個關(guān)鍵特性，即它有先進(jìn)的三重跟蹤機(jī)制，具備100°仰角能力，因而可以提升移動中的跟蹤和重新鎖定性能。該公司聲稱該系統(tǒng)的G/T比為7dB/K，而這是信號噪聲比方式，是天線能夠接收的信號。該比值越大，從背景噪音中提取微弱信號的效果就越好。和Elsat2100相似，2000E也集成了該公司的InterSky4M軍用戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)平臺，能夠在視線內(nèi)、視線外以及超越地平線模式下，提供“無縫”寬帶連接。該系統(tǒng)在機(jī)械掃描中結(jié)合平板相陣技術(shù)，最大限度提升了覆蓋角度。它能夠達(dá)成360°全覆蓋，俯仰角度從0°～100°，這是其他系統(tǒng)做不到的。通常情況下，天線系統(tǒng)會采用碟狀天線，這是因?yàn)槠湓鲆婧芎茫怯捎诟叨仍驑O易被探測到。
5.Ibetor公司X波段終端
2014年2月28日，西班牙Ibetor公司在華盛頓哥倫比亞特區(qū)2014衛(wèi)星展上推出了新型的X波段Ib-Stom100X終端，其特點(diǎn)就是低矮不易探測。由于該終端高度只有20cm，該天線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)空氣動力的高效能和自由調(diào)整(discretion)，同時還能在極端地形情況下高效可靠連通。Ib-Stom100X專為艦船、飛機(jī)和地面車輛設(shè)計(jì)，加入了Ibetor公司設(shè)計(jì)的天線控制單元（ACU），包括慣性單元（IMU）、同千赫茲雙GPS接收器、三軸陀螺儀、加速計(jì)和磁力計(jì)。通過這種組合，該系統(tǒng)號稱指向精度提高0.3!，能在移動車輛上獲取衛(wèi)星信號并能“瞬時”再次找回。能做到這一點(diǎn)，部分原因是由于該系統(tǒng)使用的軟件程序始終讓機(jī)械掃描天線指向衛(wèi)星位置，即使信號受到遮擋仍舊如此。其關(guān)鍵參數(shù)為瞬間頻率500MHz、G/T比7.5dB/K以及波束中心上行速率高達(dá)8Mb/s。依據(jù)不同配置，其重量從75～85kg不等。根據(jù)Ibetor公司的信息，該系統(tǒng)已在西班牙軍隊(duì)服役。
6.Indra公司
西班牙的Indra公司提供了備選方案，它的Sotm解決方案運(yùn)行在X和Ku波段上，使用低矮天線，并集成慣性導(dǎo)航。通過IP電臺和骨干能力，該系統(tǒng)的衛(wèi)星通信可為旅、營一級的巡邏部隊(duì)提供服務(wù)。該系統(tǒng)經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，可用于任何車輛，甚至可用于小型船只。另外，其可選方案還包括Ku波段擴(kuò)展頻率（13.75～14.5GHz）、加密、運(yùn)行時間20min的不間斷電源，還可載有發(fā)電機(jī)，能夠提供10h電力供應(yīng)。
7.吉拉特衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)公司
就在Ibetor公司推出低矮天線終端之后，以色列吉拉特衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)公司（Gilat）也緊隨其后，于2014年3月11日推出了“低矮光線衛(wèi)星隱形光線（RaySatStealthRay）300X-M”。該系統(tǒng)經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，可與任何X波段衛(wèi)星配套使用，可用于全球?qū)拵l(wèi)星通信系統(tǒng)（WGS）以及崎嶇道路行駛的車輛。它集成了多種動作傳感器，可以進(jìn)行準(zhǔn)確跟蹤、在最短時間獲取信號以及能夠“瞬間”再次找回信號。該系統(tǒng)經(jīng)過設(shè)計(jì)，可以輕易裝到未經(jīng)改裝的車輛上。它包含一個外置天線，長55.6cm、寬49cm、高25cm、重15kg。另外，它還有內(nèi)置天線控制單元（ACU），重4.5kg。但是，由于它可以和集成MLT-1000調(diào)制解調(diào)器一起使用，故不必安裝天線控制單元。吉拉特公司新產(chǎn)品的G/T比為2dB/K，傳輸和接收增益分別是23和25dBi，其接收頻率為7.25～7.75GHz，傳輸頻率為7.9!8.4GHz。SR300系列還包括用于Ku波段和Ka波段的低矮天線。
8.DRS技術(shù)公司X46-V認(rèn)證
2013年5月，隨著DRS技術(shù)公司的X46-V終端獲得認(rèn)證，允許用于美國國防部高性能衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，該公司已能提供X-波段，為更多的偏遠(yuǎn)、分散的軍事單位提供接入全球信息網(wǎng)絡(luò)（GIG）。該認(rèn)證由美國國防部聯(lián)合衛(wèi)星通信工程中心和美國陸軍戰(zhàn)略司令部頒發(fā)，從而允許X46-V用戶接入全球?qū)拵l(wèi)星通信系統(tǒng)（WGS），其語音、數(shù)據(jù)和視頻傳輸速率高達(dá)6Mb/s。除了美國部隊(duì)，澳大利亞、加大那、丹麥、盧森堡、荷蘭以及新西蘭軍隊(duì)都可以使用該系統(tǒng)衛(wèi)星。另外，由于可以運(yùn)行K-y以及Ka波段，該系統(tǒng)能為其它商業(yè)和軍事衛(wèi)星提供更大靈活性和冗余能力。該公司還于2013年8月27日宣布，其L-3Linkabit可以提供系列移動衛(wèi)星通信終端，剛剛升級了Alsat永久移動地球站許可證，可以在美國境內(nèi)以及其它商業(yè)航空器上使用其Ku波段終端。該證書允許的終端包括L-3DatronFSS-4180-LP（0.33×0.46m）、FSS-4180-LC小型孔徑天線（圓周長0.46m），還包括LinkabitMPM-1000網(wǎng)絡(luò)中心IP衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)器。美國陸軍的“戰(zhàn)術(shù)級作戰(zhàn)人員信息網(wǎng)”（WIN-T）以及美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的“移動網(wǎng)絡(luò)”中都采用了L-3終端。
9.全球移動網(wǎng)絡(luò)主動布局系統(tǒng)
Elexis公司宣布，在成功將全球移動網(wǎng)絡(luò)主動布局系統(tǒng)（Gnomad）集成到“斯特賴克”裝甲車輛之后，公司又將這一經(jīng)受戰(zhàn)斗考驗(yàn)的系統(tǒng)擴(kuò)展到另一美軍的重要平臺，并在美國喬治亞州本寧堡的美國陸軍第7遠(yuǎn)征作戰(zhàn)試驗(yàn)部隊(duì)完成安裝。全球移動網(wǎng)絡(luò)主動布局系統(tǒng)易于安裝，并且不需要對現(xiàn)有車輛進(jìn)行改造。該系統(tǒng)包括衛(wèi)星天線、RF組件以及幾代模塊底盤，使其可以安裝在美國軍用產(chǎn)品目錄內(nèi)以及商業(yè)用等車輛上，比如“悍馬”等。該低矮型天線尺寸為45×35×7in（合114.3×88.9×17.78cm），重量不到25kg，可用于商業(yè)和軍事衛(wèi)星。由于采用開放式架構(gòu)，該系統(tǒng)可以和許多視線內(nèi)電臺以及衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器共用，并通過解調(diào)器實(shí)現(xiàn)全雙向語音、數(shù)據(jù)和視頻通信。通過和超高頻或甚高頻電臺配合，比如和“單信道地面及機(jī)載無線電系統(tǒng)”(Sincgars)以及嵌入式GPS共用，該系統(tǒng)能夠在運(yùn)行圖像中直接嵌入跟蹤藍(lán)軍數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)傳送頻率為14.0～14.5GHz、接收頻率為17.7GHz或11.7～12.75GHz，速率分別高達(dá)512kb/s和2Mb/s。在30°仰角、23℃情況下，G/T值最低為8dB/k。
10.羅克韋爾?柯林斯公司
羅克韋爾?柯林斯瑞典通信技術(shù)公司的終端和薩博公司的四軸穩(wěn)定平臺結(jié)合，從而產(chǎn)生了一種新型的移動衛(wèi)星通信終端，既可適用崎嶇路面也可用于海上。它可以安裝到輕型越野車輛和小型船只上，也可以安裝在指揮所車輛和中型濱海船只上。這些應(yīng)用由于速度快、顛簸劇烈、移動幅度大，建立和保持衛(wèi)星連接非常困難。但是，該系統(tǒng)可以輕易解決這些問題，在高海況下時速高達(dá)50節(jié)以及崎嶇地形下速度超過40km/h，它都能在1s內(nèi)自動恢復(fù)丟失的連接，同時寬帶通信速率可達(dá)10Mb/s。該系統(tǒng)全重約140kg，在20°仰角、11.0GHz情況下，G/T值為19dB/K。
11.泰利斯公司
2010年法國陸軍首次在阿富汗戰(zhàn)場部署移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)，而在馬里，法國陸軍也采用了泰利斯公司開發(fā)的設(shè)備，將其集成到VAB輪式裝甲車上。由于配備了X、Ku和Ka波段，該系統(tǒng)能夠?yàn)椴渴鹪谄h(yuǎn)、敵對地區(qū)的部隊(duì)提供連續(xù)不間斷的語音、數(shù)據(jù)和視頻服務(wù)。這些衛(wèi)星通信系統(tǒng)為戰(zhàn)斗網(wǎng)絡(luò)無線電系統(tǒng)提供遠(yuǎn)距離通信連通，主要用于法國“維納斯”計(jì)劃的甚高頻PR4G網(wǎng)絡(luò)，盡管它也可方便地集成到甚高頻/超高頻的系統(tǒng)中。泰利斯公司是最早應(yīng)用相控陣技術(shù)公司之一，而作為主動雷達(dá)天線，它具備優(yōu)越的越野跟蹤能力，集成了現(xiàn)代波形、抗干擾、抗簡易爆炸裝置的發(fā)射機(jī)，甚至還有防彈天線罩。長期以來移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)不斷革新，毫無疑問，將來還會有更多的新技術(shù)應(yīng)用到該系統(tǒng)中。
作者：姜天元劉華
1伺服控制單元設(shè)計(jì)
本天線伺服系統(tǒng)采用高性能DSP+FPGA架構(gòu)作為系統(tǒng)控制優(yōu)秀，因DSP具備指令周期短、運(yùn)算精度高等特點(diǎn)，因此選用高性能DSP芯片TMS320F28335完成天線控制與位置解算功能，從而滿足控制系統(tǒng)的時效性和精確性；又因FPGA具備邏輯單元豐富、集成度高以及工作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，因此選用XC2S300E?6PQG208I型FPGA實(shí)現(xiàn)DSP外設(shè)接口的擴(kuò)展，即在單片XC2S300E?6PQG208I上完成操控輸入及顯示、數(shù)據(jù)采集、濾波及控制算法處理，并輸出PWM信號進(jìn)行電機(jī)調(diào)速控制，從而滿足天線伺服系統(tǒng)中多電機(jī)、多編碼器、多通信接口以及系統(tǒng)操控界面接口的需要。伺服控制單元框圖如圖3所示。由圖3可以看出，系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的控制功能比較復(fù)雜，主要體現(xiàn)在：天線姿態(tài)、天線地理位置的解算，主天線方位、俯仰角度的閉環(huán)運(yùn)動控制，饋源極化角度的閉環(huán)運(yùn)動控制，衛(wèi)星位置的存儲，系統(tǒng)限位開關(guān)的采集與安全保護(hù)單元的聯(lián)鎖設(shè)計(jì)，顯示接口與界面的設(shè)計(jì)，操控面板的設(shè)計(jì)等。由圖3還可以看出，系統(tǒng)所有外設(shè)接口均通過FPGA進(jìn)行擴(kuò)展，并采用了光隔，確保控制單元運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。
2電機(jī)的選型及計(jì)算
2.1主天線電機(jī)選型及計(jì)算
2.1.1天線轉(zhuǎn)臺加/減速時所需要的力矩式中：W為天線直徑；L為天線寬度方向到回轉(zhuǎn)軸的距離；I為天線相對于轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量；m為天線的總質(zhì)量；θ為天線傾角。
2.1.2轉(zhuǎn)臺在風(fēng)載荷下產(chǎn)生的顛覆力矩（按照天線迎風(fēng)面最大算）風(fēng)載荷（20m/s）作用于雷達(dá)的最大作用力：式中：ρ為空氣質(zhì)量密度（取1.2kg/m）；υ為平均風(fēng)速（20m/s）；Cx為風(fēng)力矩系數(shù)（取1.2）；A為天線風(fēng)阻反射面積（πR2θ）。考慮到交流伺服電機(jī)體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動平滑，力矩穩(wěn)定等特點(diǎn)，選擇韓國麥克彼恩交流伺服電機(jī)作為主天線方位和俯仰驅(qū)動電機(jī)，電機(jī)參數(shù)如表1所示。
2.2極化電機(jī)選型及計(jì)算極化電機(jī)主要用來驅(qū)動饋源極化軸。本天線系統(tǒng)采用波紋喇叭作為饋源，重量輕，約5kg左右，且極化軸對速度要求嚴(yán)格；而步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動角度精確，轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速不受電壓波動和負(fù)載變化影響，能實(shí)現(xiàn)快速啟動、停止、反轉(zhuǎn)和改變轉(zhuǎn)速，因此選型為步進(jìn)伺服電機(jī)，其參數(shù)如表2所示。
3衛(wèi)星通信伺服控制算法
為了實(shí)現(xiàn)天線高精度指向衛(wèi)星，本天線伺服系統(tǒng)采用了粗精對準(zhǔn)相結(jié)合的方式進(jìn)行對星，即先利用預(yù)設(shè)的衛(wèi)星位置計(jì)算出天線理論指向角，實(shí)現(xiàn)天線的粗對準(zhǔn)；再通過監(jiān)測信標(biāo)接收機(jī)輸出的AGC電平信號強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)天線的精對準(zhǔn)。
3.1天線粗對準(zhǔn)控制算法天線粗對準(zhǔn)控制算法即天線理論指向角的計(jì)算，這包括天線俯仰角E、天線方位角A和饋源極化角P的計(jì)算。設(shè)天線所處地理位置的經(jīng)度為φ1，緯度為θ，靜止衛(wèi)星所在經(jīng)度為φ2，經(jīng)度差φ=|φ|1-φ2，可計(jì)算出天線方位角A、天線俯仰角E和饋源極化角P。計(jì)算公式為。在天線粗對準(zhǔn)過程中，將目標(biāo)衛(wèi)星的軌道信息（衛(wèi)星的在軌經(jīng)度）輸入伺服控制單元，利用GPS接收機(jī)測得天線所在地的經(jīng)緯度信息。伺服控制單元進(jìn)行姿態(tài)解算后得到天線對準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星所需要的方位角、俯仰角和極化角，然后驅(qū)動各電機(jī)運(yùn)動以實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星的搜索。在對星的過程中同時要利用姿態(tài)傳感器不斷檢測天線波束的實(shí)際指向信息，得出天線實(shí)際角度和理論角度的差值，伺服控制單元根據(jù)這些差值驅(qū)動天線的方位、俯仰和極化方向的電機(jī)不斷轉(zhuǎn)動，通過不斷地比較，驅(qū)動天線最終指向衛(wèi)星。在天線轉(zhuǎn)動的同時還要不斷采集信標(biāo)接收機(jī)輸出的AGC電平值的大小，該值也作為一個反饋信號反饋至伺服控制單元，判斷該值與預(yù)設(shè)電平門限值的大小。當(dāng)采樣的電平值大于該門限值后，結(jié)束粗對準(zhǔn)狀態(tài)，進(jìn)入精對準(zhǔn)狀態(tài)；否則，則需繼續(xù)轉(zhuǎn)動天線進(jìn)行對準(zhǔn)。
3.2天線精對準(zhǔn)控制算法天線完成了粗對準(zhǔn)后，天線進(jìn)入能收到信號的范圍，但是收到的信號強(qiáng)度較弱，距離信號最強(qiáng)指向還有一定的角度差。為了使信號接收效果達(dá)到最佳，需進(jìn)行天線精對準(zhǔn)。在這一階段，需在粗對準(zhǔn)后的位置附近結(jié)合信標(biāo)接收機(jī)的輸出電平AGC的大小變化做微動精確跟蹤，最終找到信號最強(qiáng)（AGC電平值最大）的位置作為對準(zhǔn)衛(wèi)星的目標(biāo)位置。天線精對準(zhǔn)控制算法圖如圖4所示。
4好結(jié)語
筆者詳述了采用DSP+FPGA架構(gòu)為控制優(yōu)秀的車載衛(wèi)星通信天線伺服系統(tǒng)利用雙軸傾角傳感器和GPS測得的數(shù)據(jù)為參數(shù)來對星的控制算法，并利用信標(biāo)接收機(jī)接收到的AGC電平值大小作為是否準(zhǔn)確對星的關(guān)鍵，這對降低衛(wèi)星通信系統(tǒng)成本、提高衛(wèi)星通信天線對星的快速性和準(zhǔn)確性具有一定的工程參考價值。
作者：章百寶陳濤單位：中國兵器工業(yè)第五八研究所軍品部
一、衛(wèi)星通信的網(wǎng)絡(luò)
衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)由各類地球站與通信衛(wèi)星構(gòu)成，通過完成功能予以劃分，它大概包含業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)與管理網(wǎng)絡(luò)兩部分。現(xiàn)如今衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，上面兩部分內(nèi)容只做簡單業(yè)務(wù)呼叫處理與通信鏈路維護(hù)工作，功能構(gòu)成相對比較簡單，對于環(huán)境信息感知與用戶相關(guān)信息，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)獲取方面處理的不夠理想。每個衛(wèi)星通信的網(wǎng)絡(luò)可以說是互相獨(dú)立的，對信息交互交流都不能很好的完成，造成通信資源利用率很低，多網(wǎng)系的融合與智能化的決策將是可望而不可及的任務(wù)。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中將認(rèn)知技術(shù)和衛(wèi)星通信聯(lián)網(wǎng)，組建一個衛(wèi)星通信系統(tǒng)，可以說是現(xiàn)今解決上面所提問題的最佳選擇。
1.用戶的預(yù)感知相關(guān)技術(shù)。用戶的預(yù)感知相關(guān)技術(shù)指的是將用戶個人喜好和通信政策有機(jī)融合。不同的人有不同的喜好，在不同的基礎(chǔ)上應(yīng)合理考慮用戶的個人喜好。在衛(wèi)星的語音通信當(dāng)中，用戶保障基本語音業(yè)務(wù)就可以了。但是在綜合應(yīng)用領(lǐng)域，不但要將用戶服務(wù)質(zhì)量列入其中，還要對各種抗干擾因素綜合考慮。在視頻通信當(dāng)中要把用戶對于延遲等各種指標(biāo)要求也一并納入考慮范圍之內(nèi)，最終對用戶需求予以滿足。
2.環(huán)境的預(yù)感知相關(guān)技術(shù)。衛(wèi)星通信環(huán)境當(dāng)中雨雪等對部分頻段信號有一定的干擾作用，中心站與遠(yuǎn)端站對當(dāng)?shù)赜暄┑刃畔⑦M(jìn)行預(yù)感，基于雨雪特性與通信軌道估計(jì)感知的信息，各類信息集中于中心站，再經(jīng)中心站分配到各處，給各個站點(diǎn)分配功率與寬帶相關(guān)資源。當(dāng)業(yè)務(wù)建鏈以后，經(jīng)遠(yuǎn)端站把感知信息報(bào)上來，再對鏈路的特性做綜合評估，同一時間對初始建鏈數(shù)據(jù)庫進(jìn)行修正，資源分配自主學(xué)習(xí)功能就此達(dá)成，對系統(tǒng)頻譜相關(guān)資源的利用率會有很好的提升作用。
二、認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在衛(wèi)星通信中未來的發(fā)展前景
最近幾年時間，認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與多媒體相關(guān)技術(shù)可以說是在衛(wèi)星通信中的應(yīng)用展開了一個新局面。衛(wèi)星無線網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵的技術(shù)研究包含對無線衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)的支持，對無線運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的層協(xié)議、互聯(lián)網(wǎng)規(guī)定協(xié)議與傳輸層相關(guān)協(xié)議衛(wèi)星鏈路要求的支持等等。衛(wèi)星無線網(wǎng)絡(luò)可以說是地面無線技術(shù)處于衛(wèi)星通信相關(guān)領(lǐng)域當(dāng)中的演變及應(yīng)用，把它視作衛(wèi)星分組相關(guān)業(yè)務(wù)與減少系統(tǒng)的復(fù)雜性一種努力，旨在將大流量的分組數(shù)據(jù)廉價提供給用戶。伴隨通信技術(shù)與認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展前行，認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)拓展開來是必然的，衛(wèi)星通信對認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運(yùn)用也是預(yù)期的。在我們國家軍方衛(wèi)星通信系統(tǒng)當(dāng)中引用認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并做以相關(guān)研究，是有歷史性的意義的。
三、結(jié)語
認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以說在地面無線的通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中發(fā)展的如火如荼，但是針對衛(wèi)星通信方面研究展開的比較遲緩，所以，它發(fā)展空間是非常巨大的。認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在衛(wèi)星通信中的應(yīng)用和技術(shù)，會對衛(wèi)星通信行業(yè)起到很好的鋪墊作用，對于系統(tǒng)智能化，資源的利用率，通信的成功率，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合，也起到了堅(jiān)實(shí)的后盾作用。
作者：柴思遠(yuǎn)單位：北京網(wǎng)御星云信息技術(shù)有限公司
1存在的問題及對策
自通信車改裝后投入使用以來，通過近5年來各種規(guī)模的應(yīng)急演練以及2010年玉樹7.1級地震、2013年青海省海西州5.0級地震的實(shí)際檢驗(yàn)，該應(yīng)急衛(wèi)星通信車在使用中暴露出來很多的問題，總結(jié)情況如下:(1)原有車內(nèi)設(shè)備機(jī)柜設(shè)計(jì)及布局不合理，使得各設(shè)備的供電及信號之間產(chǎn)生交叉干擾。其中部分通信設(shè)備的散熱條件無法保證，電力線路雜亂無章。在實(shí)際使用過程中，不僅存在故障排查困難，同時還有因用電安全引發(fā)火災(zāi)等事故的重大隱患。鑒于上述情況，對機(jī)柜內(nèi)設(shè)備進(jìn)行了重新布局，只保留與衛(wèi)星通信相關(guān)的通信設(shè)備及供電設(shè)備，將部分周邊設(shè)備進(jìn)行下架處理。(2)原車所用的視頻編解碼器及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備，經(jīng)與原廠家聯(lián)系后，確認(rèn)部分產(chǎn)品已停產(chǎn)，另有部分已無法提供維修必須的備品備件。因而通過對此類設(shè)備進(jìn)行維修，使其具備通信功能的做法不可行。因此更換掉原有的解碼器，采用時下主流的視頻會議設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，以確保應(yīng)急通信車與指揮中心視音頻信號的安全暢通。(3)原車衛(wèi)星設(shè)備的配置不合理。該車是在原有箱式衛(wèi)星便攜站的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，將便攜站的全套設(shè)備安裝于改裝后的依維柯廂式貨車內(nèi)，天線部分做了車頂安裝。由于車頂天線與功放采用軟波導(dǎo)連接結(jié)構(gòu)，長期風(fēng)吹日曬會產(chǎn)生老化磨損。破裂后的波導(dǎo)產(chǎn)生微波信號泄漏，造成通信質(zhì)量下降的同時，對現(xiàn)場操作的工程技術(shù)人員也會產(chǎn)生人身傷害。對此采取的策略是:平常不使用時對車輛加蓋防塵遮雨罩，定期檢查軟波導(dǎo)的連接結(jié)構(gòu)，如發(fā)現(xiàn)問題及時聯(lián)系廠家更換或維修。(4)衛(wèi)星系統(tǒng)對星時間長或無法正確對星。由于原有衛(wèi)星系統(tǒng)未配備頻譜儀或衛(wèi)星信標(biāo)機(jī)等對星設(shè)備，使得自動對星動作完成后無法對目標(biāo)衛(wèi)星的正確與否進(jìn)行有效判定。因而，往往造成對不上或?qū)﹀e星的情況，無法實(shí)現(xiàn)正常通信。基于上述情況，對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化。其中，對已停產(chǎn)或無法提供維修服務(wù)的設(shè)備進(jìn)行更換;部分尚能使用的設(shè)備作為現(xiàn)有鏈路的備份設(shè)備;使原有的單通路衛(wèi)星應(yīng)急系統(tǒng)升級成為具有一定抗災(zāi)能力的1∶1備份的衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)。此外，在尋星過程中盡量避免指揮車周圍有高層建筑物、樹木枝葉等阻礙，以免造成衛(wèi)星波速回波反射［1］。(5)整車配重不合理，集成后車輛右后部偏重，影響車輛行駛的平穩(wěn)性。因此，在滿足基本通信功能的前提下對車廂設(shè)備，車頂衛(wèi)星系統(tǒng)和后艙供電設(shè)備重新合理布局，調(diào)整車輛的平衡性。
2對策探索
目前，衛(wèi)星通信技術(shù)是我國大范圍區(qū)域內(nèi)應(yīng)急通信的主要技術(shù)手段，包括VSAT技術(shù)系統(tǒng)、BGAN技術(shù)系統(tǒng)。短波通信技術(shù)在地震應(yīng)急救援現(xiàn)場的局域通信中也有很大的作用。這類應(yīng)急通信系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有高信噪比、大容量、高穩(wěn)定性、全天候、盲區(qū)小、抗干擾、多通道、低功耗、小型便攜、高機(jī)動性等基本特性［2］。在目前技術(shù)水平條件下，應(yīng)進(jìn)一步完善通過多種技術(shù)系統(tǒng)集成的震后應(yīng)急通信系統(tǒng)，以解決地震后初期不同情況下地震現(xiàn)場與后方指揮中心的通信。
2.13G技術(shù)的應(yīng)用據(jù)科學(xué)統(tǒng)計(jì)，不同震級的地震因?yàn)獒尫拍芰康拇笮〔煌瑢φ饏^(qū)內(nèi)的通信環(huán)境的影響也有不同的差別。比如，Ms5.0～6.0級地震發(fā)生后，震區(qū)大部分地面網(wǎng)絡(luò)或3G網(wǎng)絡(luò)受損普遍輕微，Ms6.0～7.0級地震對地面網(wǎng)絡(luò)或3G基站的破壞一般發(fā)生在高烈度區(qū)，而Ms7.0級以上的地震發(fā)生后，地面通信設(shè)施基本不可用［3］。應(yīng)急通信車應(yīng)根據(jù)地震現(xiàn)場的實(shí)際情況選擇不同的通信方式，在地面通信設(shè)施受損較小的情況下可依托地面網(wǎng)絡(luò)或者3G作為信道開展視頻會議、語音通訊、數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，極端條件下使用VAST衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，這樣可大幅度提高地震應(yīng)急通訊效率。3G網(wǎng)絡(luò)與VAST衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)相比傳輸速度較快，下行速度峰值理論可達(dá)3.6Mbit/s，上行速度峰值也可達(dá)384kbit/s。國內(nèi)支持國際電聯(lián)確定3個無線接口標(biāo)準(zhǔn)，分別是中國聯(lián)通WCDMA、中國移動TD－SCDMA、中國電信CDMA2000。WC-DMA以其技術(shù)成熟、終端類型多、速率高、網(wǎng)絡(luò)覆蓋好等特點(diǎn)在3種3G網(wǎng)絡(luò)中具有明顯優(yōu)勢，因此可以采用WCDMA技術(shù)作為主用3G通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急通信車與指揮中心的3G通信，CD-MA2000或TD－SCDMA可作為備用的3G通信方式。
2.2短波電臺的應(yīng)用短波通信屬于獨(dú)立自主通信，不依賴其他有線和無線通信手段都必須具備的網(wǎng)絡(luò)、傳輸線路、中繼體和建筑等基礎(chǔ)運(yùn)行條件，抗毀能力最強(qiáng)，是實(shí)現(xiàn)中、遠(yuǎn)程無線聯(lián)絡(luò)的基本手段［4］。從點(diǎn)對點(diǎn)直通距離看，短波是所有無線通信方式中距離最遠(yuǎn)的一種無線通信手段。另外，短波通信設(shè)備簡單，可以根據(jù)使用要求進(jìn)行固定設(shè)置，也可以個人背負(fù)或車載安裝進(jìn)行移動通信，組網(wǎng)靈活，實(shí)時性好，特別是在救災(zāi)初期常常是主要依賴的通訊工具。因此，我們可以建設(shè)一套短波通信網(wǎng)絡(luò)，由車載電臺、便攜式電臺組成。車載電臺用于組成指揮所通訊樞紐或作移動通訊使用，選擇使用鞭形天線或雙極天線，這樣可以保證應(yīng)急通信車在一般行進(jìn)速度時正常通信，便攜式電臺具有體積小和重量輕等特點(diǎn)，一般采用鞭形天線，利用地波進(jìn)行近距離通信，主要用于應(yīng)急通信車無法抵達(dá)的陡峭山地災(zāi)害現(xiàn)場，由應(yīng)急人員背負(fù)便攜式電臺進(jìn)入地震現(xiàn)場，保障通訊聯(lián)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)無盲區(qū)通訊。為了解決短波通信網(wǎng)與其他通信的融合問題，同時提高整個短波通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性，必要時可以配備多網(wǎng)系融合設(shè)備，通過該設(shè)備可以將短波無線通信和有線通信、衛(wèi)星通信及超短波通信等通信手段進(jìn)行融合，通過其他制式的承載網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對短波系統(tǒng)的延伸和擴(kuò)展，從而可以大幅度提高通訊效率［5］。
3結(jié)語
隨著人們生活水平的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)密度的提高，地震災(zāi)害對社會的影響也越來越顯著，如何使地震應(yīng)急衛(wèi)星通信車在地震現(xiàn)場更好的發(fā)揮作用，不斷提升地震應(yīng)急衛(wèi)星通信車對突發(fā)地震事件的應(yīng)急及救援指揮能力，使其具有機(jī)動能力強(qiáng)、建立通信鏈路快、集成度高、通信距離遠(yuǎn)、通訊方式多樣化、功能強(qiáng)大、減少地形敏感的特點(diǎn)，為新形勢下的災(zāi)害應(yīng)急救援工作、防震減災(zāi)事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)，還需要不斷思考和努力，同時也是青海省防震減災(zāi)工作亟待解決的問題。
作者：楊理臣胡玉郭鵬樊光潔徐瑋陽單位：青海省地震局
1用戶接入
1．1協(xié)議基本類型目前CFDAMA基本協(xié)議類型有CFDAMA－PA、CFDAMA－RA、CFDAMA－PB等幾種。CF-DAMA－PA的上下行鏈路幀結(jié)構(gòu)和基本的CF-DAMA相同，不同的是協(xié)議中的每一個用戶在上行鏈路都有自己的預(yù)約請求時隙，系統(tǒng)將該時隙固定的分配給相應(yīng)的用戶，用戶在這個固定的預(yù)約請求時隙中發(fā)出請求消息進(jìn)行預(yù)約。CFDAMA－RA的上下行鏈路幀同樣與CFDAMA－PA協(xié)議類似，不同的是其控制部分的預(yù)約時隙不再是固定分配給用戶或者通過星上調(diào)度采用輪詢的方式進(jìn)行分配，而是用戶終端通過競爭預(yù)約的方法來獲取預(yù)約請求時隙的位置。CFDAMA－PB的上行鏈路幀結(jié)構(gòu)不同于前面兩種接入方式，如圖2。上行鏈路幀不再劃分為控制部分和數(shù)據(jù)部分，而是由一系列的數(shù)據(jù)信息時隙組成，數(shù)據(jù)信息時隙里面包含有按需分配時隙和自由分配時隙，它們隨機(jī)的被安排在上行鏈路幀中，每一個數(shù)據(jù)信息時隙都對應(yīng)一個業(yè)務(wù)分組，各用戶的預(yù)約時隙請求信息附帶在相應(yīng)業(yè)務(wù)分組上以捎帶的方式發(fā)送給星上集中調(diào)度器。
1．2性能分析CFDAMA基本接入方式能夠?qū)崿F(xiàn)較好的時延/吞吐量性能。CFDAMA－PA成功的將按需分配和自由分配結(jié)合在一起，采用固定預(yù)約時隙分配的形式來保證用戶接入的公平性和實(shí)際業(yè)務(wù)需求量，在信道負(fù)荷較低的時候，其平均時延和固定分配方式保持一致，在信道負(fù)荷逐漸增大和接入用戶數(shù)變化較大時，存在資源利用率下降的問題。CFDAMA－RA在低信道負(fù)荷時由于采用的競爭方式進(jìn)行接入，對信道利用率更高，但對于用戶接入的公平性卻不能保證，并且存在接入過程中的碰撞，在高信道負(fù)荷時碰撞概率逐漸增大，平均時延性能也急劇下降。CFDAMA－PB通過對上行數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，減小了用戶發(fā)送預(yù)約時隙請求的間隔時間，但隨著信道負(fù)荷的增大，某些用戶會因?yàn)槠渌脩纛A(yù)約請求的資源占用導(dǎo)致無法發(fā)出預(yù)約時隙請求，同樣不能保證接入的公平性。因此，如何保證用戶的接入時延和接入過程中的公平性，成為本文的一個研究重點(diǎn)。
2CFDAMA－PRI
2．1CFDAMA－PR由于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)大多突發(fā)性較強(qiáng)并且業(yè)務(wù)類型呈現(xiàn)多樣性，抽象出來這類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流通常用ON－OFF信源模型來表示［5］。而在此信源模型的情況下，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)具有很強(qiáng)的突發(fā)特性，用戶的預(yù)約時隙請求也帶有很強(qiáng)的隨機(jī)性和不確定性。基本的CFDAMA接入方式此時由于多次請求造成的再分配策略和預(yù)約請求的沖突概率增大，在信道負(fù)荷較高和接入用戶數(shù)逐漸增大時，其性能受到明顯的影響。CFDAMA－PR協(xié)議在用戶時隙申請階段對發(fā)送隊(duì)列的堆積狀況進(jìn)行判斷，比較當(dāng)前時刻和上一時刻發(fā)送隊(duì)列中數(shù)據(jù)分組的差值Δ，如果Δ＞0表示當(dāng)前發(fā)送隊(duì)列有數(shù)據(jù)包的堆積，則通過加權(quán)的方式向星上調(diào)度器發(fā)送更多的預(yù)約時隙請求［6］。該協(xié)議的好處在于實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)用戶發(fā)送隊(duì)列的堆積情況獲得更多的分配時隙，能在突發(fā)數(shù)據(jù)分組到來情況下實(shí)時的將新的數(shù)據(jù)分組發(fā)送出去。因此，本文在CFDAMA－PR的基礎(chǔ)上提出了基于用戶優(yōu)先級排序的改進(jìn)協(xié)議CFDAMA－PRI，優(yōu)化星上調(diào)度算法，進(jìn)一步保證接入的時延性能和接入的公平性。
2．2用戶優(yōu)先級排序在對CFDAMA－PRI優(yōu)先級排序的詳細(xì)描述過程中，設(shè)置如下的參數(shù)。在衛(wèi)星收到上行鏈路幀之后，進(jìn)入星上處理的優(yōu)先級排序階段。資源調(diào)度器的按需分配表如表1所示，每個預(yù)約用戶都含有優(yōu)先級條目，衛(wèi)星在收到上行幀之后，首先獲取每個用戶的預(yù)約時隙數(shù)，按照從高到低的順序?qū)τ脩暨M(jìn)行排序并設(shè)置優(yōu)先級號prinumber_i，優(yōu)先級號越小代表當(dāng)前用戶申請的預(yù)約時隙數(shù)越多，然后根據(jù)優(yōu)先級號從小到大的順序依次將用戶ID填入按需分配表中，因?yàn)橛蓄A(yù)約時隙申請并且foreslots_i＞0的用戶排在按需分配表的前端，所以由表1可以看出，a≤k。如果frame_slotsremain＞0，代表當(dāng)前還有剩余時隙可供自由分配，此時資源調(diào)度器實(shí)施按需分配方式，將已經(jīng)分配過的用戶從按需分配表中刪除，同時在自由分配表中將該用戶移到表的尾端，按需分配完成之后，資源調(diào)度器為自由分配表中的用戶輪詢分配剩余時隙，直到將剩余時隙分配完。由于按需分配中用戶的優(yōu)先級設(shè)置，有預(yù)約時隙申請的用戶在自由分配表的尾端仍然是按照優(yōu)先級號從小到大的順序進(jìn)行排列，這樣可以保證在輪詢的過程中時隙需求量大的用戶仍然可以得到更高的時隙分配權(quán)。CFDAMA－PRI的下行幀同樣分為控制部分和數(shù)據(jù)部分，如圖3所示，資源調(diào)度器根據(jù)按需分配表中各個用戶優(yōu)先級號從小到大的順序?qū)㈨憫?yīng)信息填入相應(yīng)的時隙中。當(dāng)用戶收到下行鏈路幀時，時隙請求量越大的用戶就能越快的獲取衛(wèi)星的分配時隙。
3仿真分析
本文采用OPNET仿真平臺［7］，將基本的CF-DAMA－PA、CFDAMA－PR和改進(jìn)的CFDAMA－PRI進(jìn)行對比仿真。具體的仿真參數(shù)設(shè)置如表2所示。對信道負(fù)荷固定但用戶數(shù)目變化條件下的仿真結(jié)果進(jìn)行分析，目的是為了得出CFDAMA－PRI的時延性能和在用戶接入公平性方面的優(yōu)越性。選取信道負(fù)荷為0．8，用戶數(shù)目依次為5、10、20、40、80，CFDAMA－PA的預(yù)約時隙數(shù)為20，得到的仿真結(jié)果如圖5、圖6所示。由仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)系統(tǒng)中用戶數(shù)不斷增大時，由于CFDAMA－PA在一個鏈路幀中僅使用了一部分時隙用作預(yù)約請求時隙點(diǎn)，那么更多有請求的用戶就無法通過預(yù)約時隙點(diǎn)接入鏈路幀，加之信道負(fù)荷較大，突發(fā)數(shù)據(jù)強(qiáng)，用戶申請時隙的不確定性也大。如果增大預(yù)約請求時隙數(shù)的比例也會以犧牲數(shù)據(jù)時隙為代價，平均時延和隊(duì)列的分組累積同樣會增加。CFDAMA－PRI則采用CFDAMA－PR對信源突發(fā)數(shù)據(jù)分組的計(jì)算方法，并使用優(yōu)先級排序的方法對時隙需求量大的用戶給予更高的時隙分配權(quán)，確保了用戶的可接入次數(shù)，降低了時延，提高了接入公平性。
4結(jié)語
本文分析了寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的CFDAMA接入?yún)f(xié)議，闡述其原理，分析了CFDAMA相關(guān)協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)，在CFDAMA－PR協(xié)議的基礎(chǔ)上提出了用戶優(yōu)先級排序的改進(jìn)協(xié)議CFDAMA－PRI，以適應(yīng)當(dāng)前突發(fā)性較強(qiáng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流。該協(xié)議通過優(yōu)先級排序的算法，在星上調(diào)度的過程中讓時隙需求量越大的用戶獲得更高的時隙分配優(yōu)先權(quán)和更快的接入過程，優(yōu)化了整個處理流程。最后，在OPNET仿真平臺下選擇突發(fā)信源模型下進(jìn)行對比仿真測試，測試結(jié)果表明CFDAMA－PRI協(xié)議在突發(fā)增強(qiáng)、信道負(fù)荷加大的情況下能很好的控制平均時延和隊(duì)列分組累計(jì)數(shù)，具有更好的性能表現(xiàn)，在今后的實(shí)際應(yīng)用中也具備良好的可操作性。
作者：郭爽曹寶劉心迪單位：中國電子科技集團(tuán)公司第三十研究所
1衛(wèi)星通信應(yīng)用軟件無線電技術(shù)的設(shè)想與展望
衛(wèi)星通信技術(shù)則是由使用圍繞地球的同步/非同步的通信衛(wèi)星來做一個中間站進(jìn)行一種遠(yuǎn)距離通信的實(shí)現(xiàn)方式。它本質(zhì)上是由微波通信以及航天技術(shù)之上發(fā)展新穎的無線通信的技術(shù)，而衛(wèi)星通信技術(shù)自身采用的無線電頻率為微波頻段。從而產(chǎn)生的衛(wèi)星通信技術(shù)，它的主要特點(diǎn)就是傳輸?shù)木嚯x遠(yuǎn)，且頻率高。也因?yàn)樾l(wèi)星通信頻帶寬，且頻率高，變化范圍大的重要優(yōu)點(diǎn)，衛(wèi)星通信技術(shù)在我國的軍事建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面都具有深遠(yuǎn)的意義。
我國的現(xiàn)今衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展在擴(kuò)展新的頻段，加強(qiáng)先可用的頻段的利用率以及現(xiàn)在公用干線的通信網(wǎng)都應(yīng)該一步步轉(zhuǎn)向跟隨寬帶化的發(fā)展趨勢，能夠準(zhǔn)確地利用衛(wèi)星通信技術(shù)來建立我國的衛(wèi)星寬帶業(yè)務(wù)以及數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)。所以對于衛(wèi)星通信網(wǎng)技術(shù)而言應(yīng)該逐漸的走向小型化的、智能化的未來方向。從目前我國的計(jì)算機(jī)科技的水平來看，假設(shè)把設(shè)備功能全部換由軟件來進(jìn)行操作實(shí)現(xiàn)，那么由于軟件的特點(diǎn)也就是需要按照一條條的指令來運(yùn)行，就算我們采用多處理器的方式來進(jìn)行協(xié)助共同運(yùn)算，也沒有辦法真正保障高頻率情況下的處理能夠及時有效，也使得軟件無線電技術(shù)在衛(wèi)星通信領(lǐng)域中的使用范圍明顯受到限制。基于以上原因，以下設(shè)計(jì)想法是為了能夠讓軟件無線電技術(shù)能真正應(yīng)用在衛(wèi)星通信方面。
首先我們所有的設(shè)備都需要經(jīng)過模塊化處理，各個模塊分開保證控制功能，以及各個模塊之間的高速數(shù)據(jù)的交換問題。而信道設(shè)備以及接口設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信道設(shè)備包括調(diào)制解調(diào)器、信道的編譯碼器和置亂器等，在總的CPU的控制之下，信道設(shè)備的具體參數(shù)值可以做到由軟件來進(jìn)行定義處理。而將無線射頻的設(shè)備、信道設(shè)備和接口設(shè)計(jì)在衛(wèi)星通信技術(shù)中也是十分關(guān)鍵的存在。再來考慮到了衛(wèi)星通信技術(shù)有著多址方式，業(yè)務(wù)類型廣以及其頻率高且變化區(qū)域廣等各種優(yōu)點(diǎn)，在信道設(shè)備和接口設(shè)備的設(shè)計(jì)選用模塊化的設(shè)計(jì)構(gòu)思。各個模塊應(yīng)該能夠各自擁有能定義自身功能的各個軟件接口，而選用的軟件接口更應(yīng)保證標(biāo)準(zhǔn)化以方便各個不同供應(yīng)商的生產(chǎn)。然后在各個模塊的具體設(shè)計(jì)上面，也要根據(jù)具體運(yùn)算量大小，選擇不同的軟件接口功能。再來根據(jù)具體的各類應(yīng)用環(huán)境，更加靈活地修改和使用數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，并且保證以軟件協(xié)同硬件兩相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)。最后就是設(shè)備功能和系統(tǒng)功能的定義要靠網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)來最終實(shí)現(xiàn)。
伴隨著因特網(wǎng)大面積普及及現(xiàn)在移動網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，衛(wèi)星通信技術(shù)絕對會在未來迎來更進(jìn)一步的發(fā)展機(jī)會。現(xiàn)在我國逐漸采用自主研發(fā)的通信衛(wèi)星為主體，來建立完善的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。軟件無線電技術(shù)作為一個可利用在衛(wèi)星通信方面的技術(shù)來說，也一定會伴隨衛(wèi)星通信的腳步，成為加速我國科技發(fā)展的重要技術(shù)。
2結(jié)語
通過以上的詳細(xì)分析以及深入探討，我們可以清楚的得知，在我們現(xiàn)今的軟件無線電技術(shù)之上，對軟件無線電技術(shù)在衛(wèi)星通信領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用的設(shè)想已經(jīng)不僅僅是一種可能，而是一種具有可操作性和實(shí)現(xiàn)性的想法。而對于未來的軟件無線電技術(shù)在衛(wèi)星通信及其他方面廣泛使用來說，只要能有更多想法與結(jié)構(gòu)概念，這種大范圍應(yīng)用也指日可待。
作者：胡志明單位：新疆公安廳特偵隊(duì)
1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成及工作過程
1.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成衛(wèi)星通信系統(tǒng)由兩段組成，即地面段和空間段。
1.1.1空間段空間段包括通信衛(wèi)星以及地面用于衛(wèi)星控制和監(jiān)測的設(shè)施，即衛(wèi)星控制中心，及其跟蹤、遙測和指令站，能源裝置等。
1.1.2地面段地面段包括所有的地球站，這些地球站通常通過一個地面網(wǎng)絡(luò)連接到終端用戶設(shè)備，或直接連接終端用戶設(shè)備。地球站的主要功能是將發(fā)射的信號傳送到衛(wèi)星，再從衛(wèi)星接收信號。地球站根據(jù)服務(wù)類型，大致可分為用戶站、關(guān)口站和服務(wù)站3類。
1.2衛(wèi)星通信系統(tǒng)的工作過程衛(wèi)星通信系統(tǒng)地球站中各個已調(diào)載波的發(fā)射或接收通路經(jīng)過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)，可以組成多條單跳或雙跳的雙工或單工衛(wèi)星通信線路，整個通信系統(tǒng)的通信任務(wù)就是分別利用這些線路來實(shí)現(xiàn)的。單跳單工的衛(wèi)星通信系統(tǒng)進(jìn)行通信時，地面用戶發(fā)出的基帶信號經(jīng)過地面通信網(wǎng)絡(luò)傳送到地球站。在地球站，通信設(shè)備對基帶信號進(jìn)行處理使其成為已調(diào)射頻載波后發(fā)送到衛(wèi)星。衛(wèi)星作為中繼站，接收此系統(tǒng)中所有地球站用上行頻率發(fā)來的已調(diào)射頻載波，然后進(jìn)行放大和變頻，用下行頻率發(fā)送到接收地球站。接收地球站對接收到的已調(diào)射頻載波進(jìn)行處理，解調(diào)出基帶信號，再通過地面網(wǎng)絡(luò)傳送給用戶。為了避免上下行信號互相干擾，上下行頻率一般使用不同的頻譜，盡量保持足夠大的間隔，以增加收發(fā)信號的隔離度。
2衛(wèi)星通信所使用的頻率
衛(wèi)星通信所用的頻率大多是C頻段和Ku頻段，但是由于業(yè)務(wù)量急劇增加，這兩個頻段乃至1—10GHz的頻段都顯得過于擁擠，所以必須開發(fā)更高的頻段。現(xiàn)已開發(fā)出Ka（26—40GHz）頻段，其帶寬是3—4GHz，遠(yuǎn)大于上述兩個頻段。
3衛(wèi)星通信的基本參數(shù)
3.1有效全向輻射功率：也稱等效全向輻射功率，其定義為發(fā)射機(jī)發(fā)出的功率與天線增益的乘積。
3.2噪聲系數(shù)和等效噪聲溫度：噪聲系數(shù)，定義為接收機(jī)的輸入信噪比與輸出信噪比的比值，它用來表示接收機(jī)噪聲性能的好壞。根據(jù)噪聲理論，電子元器件內(nèi)部的電子熱運(yùn)動和電子不規(guī)則的運(yùn)動都將產(chǎn)生噪聲，而且溫度越高，噪聲越大。所以接收機(jī)的噪聲可用等效噪聲溫度來衡量。等效噪聲溫度是假設(shè)接收機(jī)輸入端接一等效電阻，該電阻在一定溫度下與該系統(tǒng)實(shí)際產(chǎn)生的噪聲溫度相同的熱噪聲。
3.3載噪比：衛(wèi)星通信線路中的載波功率與噪聲功率之比，是決定衛(wèi)星通信線路性能的最基本的參數(shù)之一。
3.4地球站的品質(zhì)因數(shù)，定義為接收機(jī)天線增益與接收端系統(tǒng)噪聲溫度之比。
3.5衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器飽和通量密度：表示衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的靈敏度，其基本含義是，為使衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器單載波飽和工作，在其接收天線的單位面積上應(yīng)輸入的功率。
3.6門限載噪比：為保證用戶接收到的話音、圖像和數(shù)據(jù)的質(zhì)量達(dá)到一定要求，接收機(jī)所必須得到的最低載噪比，也是門限載噪比的含義。
4衛(wèi)星通信與互聯(lián)網(wǎng)
互聯(lián)網(wǎng)是全球最大的多媒體商用網(wǎng)絡(luò)、信息庫和數(shù)字媒體。互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展使得所有信息內(nèi)容都在網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)，特別是數(shù)字音視頻技術(shù)使得可以在互聯(lián)網(wǎng)上看電視聽廣播[3]。由于衛(wèi)星通信具有三維無縫覆蓋能力、遠(yuǎn)程通信、廣播特性、按需分配帶寬，以及支持移動性的能力，成為互聯(lián)網(wǎng)擺脫自身諸多問題的一個重要途徑，也是向全球用戶提供寬帶綜合互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的最佳選擇[4]。基于衛(wèi)星的互聯(lián)網(wǎng)是衛(wèi)星直播、數(shù)字音視頻、互聯(lián)網(wǎng)的有機(jī)結(jié)合，作為一個開放、寬頻、實(shí)時廣播的網(wǎng)絡(luò)平臺，可以提供以下服務(wù)。
4.1寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入，可根據(jù)使用者的需求，通過地面網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星線路回傳。
4.2多媒體服務(wù)，比如網(wǎng)頁內(nèi)容投遞、內(nèi)容鏡像、緩存、數(shù)字電視、商務(wù)電視、流式音視頻、軟件分發(fā)(更新)、遠(yuǎn)程教學(xué)、信息商亭等。
4.3交互式應(yīng)用，如視頻點(diǎn)播、網(wǎng)上學(xué)習(xí)、網(wǎng)上游戲等。衛(wèi)星通信與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合能夠帶來很多益處，同時也應(yīng)注意到，衛(wèi)星系統(tǒng)和現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)地面基礎(chǔ)設(shè)施之間的結(jié)合存在著互操作性問題，再設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)基于衛(wèi)星的互聯(lián)網(wǎng)時還存在許多技術(shù)挑戰(zhàn)。
5衛(wèi)星通信與導(dǎo)航定位系統(tǒng)
該系統(tǒng)是以人造衛(wèi)星為導(dǎo)航臺的星基無線定位系統(tǒng)，其基本作用是向各類用戶和運(yùn)動平臺實(shí)時提供準(zhǔn)確、連續(xù)的位置、速度和時間信息。目前該技術(shù)已基本取代無線電導(dǎo)航、天文測量和大地測量，成為普遍采用的導(dǎo)航定位技術(shù)。擁有此技術(shù)及能力，國家就會在政治、軍事和經(jīng)濟(jì)等諸多領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，因此世界各大國不惜花巨資發(fā)展這一技術(shù)。1958年美國為解決北極星核潛艇在深海航行和執(zhí)行任務(wù)中的精確定位問題，開始研究軍用導(dǎo)航衛(wèi)星，命名為“子午儀計(jì)劃”，從1960年起就取消了無線電導(dǎo)航，第二代導(dǎo)航系統(tǒng)即———GPS(GlobalPositioningSyitem)便應(yīng)運(yùn)而生。俄羅斯的GLONASS(GlobalNavigationSatelliteSystem)是繼GPS之后又一全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，歐盟與歐空局也開發(fā)了新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)———伽利略（Galileo）系統(tǒng)，習(xí)慣上稱其為3G（GPSGLONASSGalileo）系統(tǒng)。我國的導(dǎo)航定位技術(shù)始于GPS，從2000年10月開始，我國發(fā)射了多顆導(dǎo)航衛(wèi)星，命名為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，現(xiàn)已覆蓋我國及周邊地區(qū)，預(yù)計(jì)2020年前后覆蓋全球。
6衛(wèi)星與激光通信
衛(wèi)星與激光通信是利用激光光束作為信息載體在衛(wèi)星間或衛(wèi)星與地面間進(jìn)行通信。經(jīng)過多年探索，衛(wèi)星激光通信已取得突破性進(jìn)展，逐步成為開發(fā)太空、利用廣闊的宇宙空間資源提供大容量、高數(shù)據(jù)率、低功耗通信的最佳方案，對于國防及商業(yè)應(yīng)用都具有極大的價值。其原理是信息電信號通過調(diào)制加載在光波上，通信雙方通過初定位和調(diào)整以及光束的捕獲、瞄準(zhǔn)和跟蹤建立起光通信鏈路，然后在真空和大氣中傳播信息。其組成有激光光源子系統(tǒng)、光發(fā)射/接收子系統(tǒng)、APT子系統(tǒng)和其他一些輔助系統(tǒng)，其工作過程如下：
6.1發(fā)射過程。使用不同的激光器，產(chǎn)生信號光和信標(biāo)光。經(jīng)準(zhǔn)直系統(tǒng)對激光進(jìn)行光束準(zhǔn)直后，具備了合適的發(fā)射角，2束光由合束器合成1束光，然后經(jīng)分光片、精對準(zhǔn)機(jī)構(gòu)和天線發(fā)射出去。
6.2接收過程。接收到的光經(jīng)過天線和分光片后，信標(biāo)光一部分到達(dá)粗對準(zhǔn)探測器，由粗對準(zhǔn)控制器控制和驅(qū)動電路控制粗對準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，完成粗對準(zhǔn)和捕獲；信標(biāo)光另一部分經(jīng)精對準(zhǔn)機(jī)構(gòu)、分光片、分束片到達(dá)精跟中蹤探測器，由精對準(zhǔn)控制器控制精對準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，完成雙方的精確對準(zhǔn)和跟蹤。信號光由信號光探測器檢測。
7衛(wèi)星與量子通信
衛(wèi)星搭載量子通信技術(shù)，能夠使人們借助外太空的衛(wèi)星平臺，建立星地高效自由空間量子信道，實(shí)現(xiàn)量子保密通信、星地量子糾纏分發(fā)、量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)。我國擬在近期發(fā)射量子通信衛(wèi)星，在衛(wèi)星平臺應(yīng)用量子技術(shù)的能力將達(dá)到世界領(lǐng)先水平。
7.1星地量子通信通過自動跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)在高速相對運(yùn)動的地面站和衛(wèi)星終端之間建立高效穩(wěn)定的量子信道，地面站隨機(jī)發(fā)送H/V和+/-四種偏振狀態(tài)的單光子信號；接收端接收量子信號，并隨機(jī)選擇H/V或+/-基矢對單光子信號進(jìn)行測量；測量到足夠的量子比特后，接收端將通過經(jīng)典信道通知發(fā)射端其每次測量所用的基矢，拋棄所用基矢不一致的測量結(jié)果；接收端再將基矢選擇一致的測量結(jié)果取一部分在經(jīng)典信道公布出來供發(fā)射端校驗(yàn)。通過這一過程就可以在星地之間建立安全的量子密鑰。
7.2星地糾纏分發(fā)將糾纏光源放在衛(wèi)星上，通過搭載在衛(wèi)星平臺上的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)和自動跟瞄系統(tǒng)同時與兩個地面站之間建立量子信道。將糾纏光子對的兩個光子分別發(fā)送給兩個地面站，兩站在滿足類空間隔條件下分別對糾纏光子對進(jìn)行獨(dú)立測量，觀測量子糾纏現(xiàn)象。
7.3星地量子隱形傳態(tài)地面量子信源產(chǎn)生一對糾纏光子，其中一個光子通過地面發(fā)射端傳輸給衛(wèi)星，另一個放入量子存儲器中存儲起來。空間量子通信平臺將接收到的光子態(tài)和未知量子態(tài)進(jìn)行聯(lián)合Bell態(tài)測量，同時將測量結(jié)果通過經(jīng)典信道傳輸給地面系統(tǒng)。地面系統(tǒng)將另一個糾纏光子從量子存儲器中讀出來，并根據(jù)空間量子通信平臺的測量結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的幺正變換，從而得到空間量子通信平臺的未知量子態(tài)。
通過利用空間平臺中轉(zhuǎn)，我們可以在地球上的任意兩點(diǎn)之間建立量子信道。在傳輸過程中，光子的傳輸距離可達(dá)數(shù)萬公里甚至更遠(yuǎn)。只要能夠?qū)崿F(xiàn)將糾纏光傳出大氣層，配合星載平臺技術(shù)和光束精確定位技術(shù)，就可實(shí)現(xiàn)覆蓋全球的量子通信系統(tǒng)。衛(wèi)星通信是通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和航天技術(shù)相結(jié)合的重要成果，在國際通信、國內(nèi)通信、國防通信、移動通信以及廣播電視領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，已成為最強(qiáng)有力的現(xiàn)代通信手段之一。
作者：劉旭生單位：鶴壁無線電四廠工程中心
1衛(wèi)星通信過程中主要應(yīng)用的技術(shù)
1.1衛(wèi)星通信CDMA技術(shù)衛(wèi)星通信CDMA技術(shù)是根據(jù)用戶需要和衛(wèi)星的特點(diǎn)，用功率控制的手段實(shí)現(xiàn)導(dǎo)頻信號的幅度變化，降低用戶對星上功率的要求，減少多址干擾。衛(wèi)星通信CDMA技術(shù)可利用多個衛(wèi)星分集接收信息實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳遞，大大降低了系統(tǒng)內(nèi)耗和干擾的出現(xiàn)，改善了上星通信信息傳輸?shù)目煽啃浴Ｐl(wèi)星通信CDMA技術(shù)具有優(yōu)越的抗干擾性能、很好的保密性和隱蔽性、連接靈活方便等特點(diǎn)，使之成為衛(wèi)星通信中關(guān)鍵的技術(shù)優(yōu)秀。
1.2衛(wèi)星通信MPLS網(wǎng)絡(luò)體系MPLS網(wǎng)絡(luò)體系可以將IP路由的控制和第二層交換無縫地集成起來，是目前最有前途的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)之一。衛(wèi)星通信MPLS體系結(jié)構(gòu)分為用戶層、接入層、優(yōu)秀層三部分，其中，用戶層包括衛(wèi)星手持移動終端、小型專用局域網(wǎng)用戶、其他網(wǎng)絡(luò)用戶等。各結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)體系將信息有效綁定、標(biāo)注和轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的通信功能。
1.3衛(wèi)星通信的抗干擾技術(shù)衛(wèi)星運(yùn)行在外太空，電磁環(huán)境復(fù)雜，統(tǒng)一受到太陽風(fēng)、強(qiáng)磁暴等空間環(huán)境影響，導(dǎo)致出現(xiàn)信息干擾和信息失真，衛(wèi)星通信的抗干擾技術(shù)主要依靠衛(wèi)星傳輸鏈路中不同的抗干擾設(shè)備和系統(tǒng)完成其功能，抗干擾設(shè)備和系統(tǒng)主要有DS/FH混合擴(kuò)頻、自適應(yīng)頻域?yàn)V波、猝發(fā)通信、時域適應(yīng)干擾消除、基于多用戶檢測的抗干擾、自適應(yīng)信號功率管理、自適應(yīng)調(diào)零天線、多波束天線、分集抗干擾、變換域干擾消除、糾錯編碼和交織編碼抗干擾技術(shù)等。在軟硬件共同的作用下阻斷電磁干擾、過濾雜波、屏蔽信號污染、實(shí)現(xiàn)程序監(jiān)視等功能。
2衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展趨勢
2.1通信衛(wèi)星體積的發(fā)展趨勢通信衛(wèi)星體積正在向大型化和微型化兩個方向發(fā)展。其一，各國把通信衛(wèi)星體積建造得越來越大，以便實(shí)現(xiàn)高靈敏和強(qiáng)處理能力。其二，各國推出小型通信衛(wèi)星，用多顆小衛(wèi)星組網(wǎng)構(gòu)成衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)代替單顆大衛(wèi)星，具有方便發(fā)射和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
2.2衛(wèi)星移動通信技術(shù)方興未艾衛(wèi)星移動通信是指利用衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)移動用戶間或移動用戶與固定用戶間的相互通信。隨著頻譜擴(kuò)展、數(shù)字無線接入、智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星移動通信在向衛(wèi)星個人通信方向演進(jìn)，用手持機(jī)可實(shí)現(xiàn)方便接入衛(wèi)星移動通信網(wǎng)，進(jìn)行衛(wèi)星移動通信。
2.3衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)興起將衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)上下交換的鏈路，可將電話撥號、局域網(wǎng)等其他通信鏈路作為上行數(shù)據(jù)鏈路，還可以將下載和傳輸作為下行數(shù)據(jù)鏈路，利用衛(wèi)星的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)地面隨時連接互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。
2.4衛(wèi)星通信向?qū)拵Щl(fā)展為了滿足衛(wèi)星通信系統(tǒng)用戶對大數(shù)據(jù)量和高負(fù)荷的需求，衛(wèi)星通信技術(shù)已向拓展直EHF頻段發(fā)展，擴(kuò)大頻段的容量，大大減輕現(xiàn)有頻譜擁擠現(xiàn)象，減少受電磁現(xiàn)象影響引發(fā)的信號閃爍和衰落，提高了衛(wèi)星的抗干擾能力。使衛(wèi)星通信部件尺寸和重量大大縮小和減輕，方便衛(wèi)星搭載更多的通信設(shè)備。
2.5衛(wèi)星通信光通信化發(fā)展衛(wèi)星光通信是利用激光進(jìn)行衛(wèi)星間通信，達(dá)到降低衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)備質(zhì)量和體積，提高衛(wèi)星通信保密性等目的。
3結(jié)語
綜上所述，衛(wèi)星是一種在高空運(yùn)行，在獨(dú)特角度進(jìn)行通信、測量、遙感等諸多科學(xué)的研究和服務(wù)社會的工作。衛(wèi)星通信技術(shù)具有通信容量大、傳輸質(zhì)量高、覆蓋面積廣、方便組網(wǎng)和抗地理環(huán)境制約能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為新時期通信行業(yè)發(fā)展的一個主要方向，衛(wèi)星通信技術(shù)方便建立與外界的通信聯(lián)系，通過數(shù)據(jù)、視頻信息和語音信息的傳輸實(shí)現(xiàn)信息的交換，增加通信的能力、提高通信的質(zhì)量，滿足不同用戶的差異性通信需要。衛(wèi)星通信技術(shù)主要包括：CDMA、MPLS和抗干擾等主要技術(shù)，做好衛(wèi)星通信工作必須從上述的技術(shù)入手，在把握衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展的大方向的前提下，才能做好衛(wèi)星通信的相關(guān)工作。
作者：于甄忠單位：哈爾濱中科智能樓宇工程有限公司
1硬件設(shè)計(jì)
1．1硬件組成硬件部分主要由單片機(jī)主控、監(jiān)控和切換矩陣3部分組成。單片機(jī)通過識別本控和遠(yuǎn)控開關(guān)的工作模式，根據(jù)串口中斷送來的控制信號對在線工作的設(shè)備進(jìn)行操作，同時和數(shù)據(jù)采集器Nport通信，發(fā)送參數(shù)注入指令，監(jiān)控機(jī)按指令將正確參數(shù)注入到優(yōu)先級最高的備用設(shè)備，完成倒換開關(guān)的控制。硬件系統(tǒng)的組成如圖2所示。單片機(jī)是主控部分［7］的優(yōu)秀，主要完成本控/遠(yuǎn)控的判斷及主要程序的執(zhí)行、射頻設(shè)備的倒換以及與監(jiān)控機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)電路的選通、面板顯示等功能。其主要包括單片機(jī)外圍輔助電路、輸入輸出口驅(qū)動電路、射頻切換控制數(shù)據(jù)口、中頻切換控制數(shù)據(jù)口、4線RS－485串口通信電路、外部指示燈控制電路及電源電路。監(jiān)控部分通過網(wǎng)口與數(shù)據(jù)采集設(shè)備通信，輪詢設(shè)備的當(dāng)前工作狀態(tài)，依據(jù)設(shè)備工作狀態(tài)向單片機(jī)發(fā)送調(diào)整信息，并進(jìn)行參數(shù)的注入，實(shí)現(xiàn)智能切換單元的遠(yuǎn)程控制競爭－冒險”現(xiàn)象而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。切換矩陣通過控制元件完成切換控制。開關(guān)矩陣中選擇了可控功率大、損耗小的PIN管作為優(yōu)秀控制器件。由于吸收式PIN開關(guān)改善了端口駐波，“開”與“斷”狀態(tài)下的駐波較好，兼顧系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在此選擇吸收式PIN開關(guān)［9］。
1．2硬件電路功能模塊根據(jù)功能模塊劃分，實(shí)際電路分為5個模塊:CPU接口電路模塊、串口通信模塊、鍵盤控制模塊、液晶驅(qū)動模塊及PIN開關(guān)切換控制模塊。①CPU接口電路模塊CPU接口電路主要完成外圍電路的控制。外圍電路主要包括晶振電路、外部復(fù)位電路、JTAG接口電路及電源指示電路。設(shè)計(jì)中采用AVR公司的ATMEL6450單片機(jī)，此類單片機(jī)擁有68個雙向I/O口，同時具有64K字節(jié)的Flash，2K字節(jié)的EEP-ROM，4K字節(jié)的RAM，滿足設(shè)計(jì)需求。②串口通信模塊串口通信模塊用來完成單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)在遠(yuǎn)控模式下對整個切換網(wǎng)絡(luò)的控制，選用MAX1482器件完成雙工通信。③鍵盤控制模塊設(shè)計(jì)中選用74C922鍵盤控制集成電路模塊，運(yùn)用12個鍵組合完成所有的設(shè)置功能，采用中斷方式實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)交換和控制。④液晶驅(qū)動顯示模塊液晶顯示模塊選用LCM128645zk模塊，該模塊主要特點(diǎn)是內(nèi)帶8000多GB1/2中文漢字字庫液晶顯示模塊，串行/并行兩用接口。設(shè)計(jì)中采用并行傳輸模式，由指令位(DLFLAG)來選擇8－BIT或4－BIT接口，單片機(jī)配合(RS，R/W，E，DB0．．DB7)完成傳輸動作。⑤PIN開關(guān)切換控制模塊PIN開關(guān)采取自主研制，選用吸收式PIN開關(guān)改善端口駐波。通過單片機(jī)的3個I/O管腳直接控制單刀6擲開關(guān)，單刀3擲開關(guān)則是先通過74HC139譯碼器譯碼，然后通過74LS04后作為中頻PIN開關(guān)的控制信號。
2軟件設(shè)計(jì)
2．1軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)智能切換單元的軟件部分［10］通過對中/射頻切換單元和射頻設(shè)備定期輪詢［11］，經(jīng)串口或網(wǎng)口從硬件獲取數(shù)據(jù)信息，將提取到的狀態(tài)信息進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)綜合、決策，根據(jù)優(yōu)先級策略控制切換單元和射頻設(shè)備的參數(shù)，完成監(jiān)控和切換。單片機(jī)作為控制優(yōu)秀，通過中斷完成相關(guān)功能。不斷查詢中斷口是否有信號輸入，從而觸發(fā)不同動作。單片機(jī)控制的主流程及中斷子程序流程如圖3所示。監(jiān)控機(jī)通過不斷輪詢射頻設(shè)備的工作狀態(tài)，驗(yàn)證在線設(shè)備是否故障。在線設(shè)備故障時，監(jiān)控機(jī)根據(jù)備用設(shè)備的優(yōu)先級選擇設(shè)備，同時向單片機(jī)發(fā)出狀態(tài)調(diào)整信號，完成設(shè)備倒換后，監(jiān)控機(jī)會對故障進(jìn)行記錄和壓縮，以備用戶查詢。在線設(shè)備正常工作時，監(jiān)控機(jī)繼續(xù)輪詢設(shè)備工作狀態(tài)。
2．2各功能模塊設(shè)計(jì)軟件模塊主要分為串口數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)傳輸與存儲、綜合處理和設(shè)備狀態(tài)顯示4個模塊。①串口數(shù)據(jù)通信模塊通過串口服務(wù)器與被控設(shè)備通信，以輪詢的方式采集各設(shè)備的上報(bào)數(shù)據(jù)，并發(fā)送控制命令。②數(shù)據(jù)傳輸與存儲模塊該模塊將接收到的設(shè)備上報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行解封裝，提取出設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，將其保存并傳遞給綜合處理模塊進(jìn)一步處理;將綜合處理模塊發(fā)出的設(shè)備控制命令封裝后送至串口數(shù)據(jù)通信模塊。③綜合處理模塊綜合被控設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，分析得出系統(tǒng)配置狀態(tài)，將所有狀態(tài)信息傳送至設(shè)備狀態(tài)顯示模塊。手動模式下，處理用戶的各種操作，完成用戶管理、設(shè)備控制命令發(fā)送和日志記錄查詢等功能;自動模式下，當(dāng)檢測到在線射頻設(shè)備故障時，按優(yōu)先級策略控制切換單元實(shí)現(xiàn)切換，并設(shè)置備份射頻設(shè)備頻率和衰減等參數(shù)，完成自動切換功能。射頻設(shè)備切換優(yōu)先級策略如表1所示。④設(shè)備狀態(tài)顯示模塊將各種信息(系統(tǒng)配置狀態(tài)和設(shè)備狀態(tài)參數(shù)等)以圖形化的方式顯示在軟件的各功能界面上。
3切換策略和邏輯關(guān)系
3．1切換策略①射頻設(shè)備切換策略3站射頻設(shè)備之間切換需建立正確的切換機(jī)制［12］，避免“競爭－冒險”而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。默認(rèn)情況下，各地球站射頻設(shè)備都將一臺設(shè)為備用，此設(shè)備的優(yōu)先級最高。平時管理中，A站對應(yīng)射頻設(shè)備1和射頻設(shè)備2，B站對應(yīng)射頻設(shè)備3和射頻設(shè)備4，C站對應(yīng)射頻設(shè)備5和射頻設(shè)備6。當(dāng)A站主用1出現(xiàn)故障時，倒換優(yōu)先級2為最高，另外2站的備用設(shè)備也設(shè)置響應(yīng)的優(yōu)先級。每一臺設(shè)備對于3個站都具有不同的優(yōu)先級，如表2所示。②本控/遠(yuǎn)控切換策略從本控狀態(tài)切換至遠(yuǎn)控狀態(tài)后，鍵盤按鍵(除設(shè)置鍵)不起作用;從遠(yuǎn)控狀態(tài)切換至本控狀態(tài)后，串口進(jìn)行有選擇性地執(zhí)行指令，僅對查詢命令回應(yīng)當(dāng)前狀態(tài)。
3．2切換的邏輯關(guān)系①聯(lián)動切換邏輯關(guān)系切換矩陣是實(shí)現(xiàn)射頻設(shè)備倒換的關(guān)鍵部分，矩陣中3個單刀6擲中頻PIN開關(guān)和3個單刀6擲射頻PIN開關(guān)依據(jù)邏輯關(guān)系進(jìn)行動作，實(shí)現(xiàn)射頻設(shè)備的主備切換，如表3所示。M1、M2和M3分別表示3個站中頻單刀6擲PIN開關(guān)6個管腳的某一個，N1、N2和N3分別表示3個站射頻單刀6擲PIN開關(guān)6個管腳的某一個，要保證射頻設(shè)備正常倒換，中頻和射頻PIN開關(guān)要實(shí)現(xiàn)聯(lián)動。②交叉切換邏輯關(guān)系在一般情況下，智能切換單元進(jìn)行聯(lián)動切換，各站終端設(shè)備始終和各站射頻設(shè)備配合使用。但在特殊情況下，需要各站終端設(shè)備與射頻設(shè)備交叉使用，交叉使用的切換邏輯如表4所示。
4結(jié)束語
地球站智能切換單元的引入，合理調(diào)配了地球站系統(tǒng)資源，提高了關(guān)鍵設(shè)備的使用效率，解決了關(guān)鍵環(huán)節(jié)故障導(dǎo)致衛(wèi)星通信系統(tǒng)癱瘓的難題，消除了主備設(shè)備同時故障導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰的隱患。同時，智能切換單元操作簡單，切換迅速，為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性提供了一種便捷高效的解決方案。采用基于優(yōu)先級的切換策略，結(jié)合射頻設(shè)備頻率和衰減的自動修正，可迅速可靠地實(shí)現(xiàn)地球站主備設(shè)備的自動切換。
作者：孟學(xué)軍趙艷朝林賀單位：西安衛(wèi)星測控中心
1運(yùn)營管理平臺設(shè)計(jì)方法
平臺在設(shè)計(jì)上主要分為兩大部分，分別為Sever端和Client端。它們以數(shù)據(jù)庫作為中間連接橋梁，如圖1所示。圖1平臺整體架構(gòu)Sever端程序主要功能是同步數(shù)據(jù)，衛(wèi)星通信系統(tǒng)的GAC記錄文件由GAC服務(wù)器運(yùn)行的定時腳本傳輸至FTP服務(wù)器，Sever端得到GAC記錄文件后再結(jié)合操作人員編寫的帶寬更改文件，處理后得到通信機(jī)上下線記錄，并錄入數(shù)據(jù)庫。其中GAC記錄文件為txt格式文件，這些信息經(jīng)過服務(wù)器端處理過會形成信息完整的通信機(jī)上下線記錄。Client端程序根據(jù)運(yùn)營需要，對特定或全部通信機(jī)在指定時段的上線時間進(jìn)行結(jié)算，并生成供參考的計(jì)費(fèi)結(jié)果，還可以同時生成用于遞交給客戶的臨時用星確認(rèn)表。
2運(yùn)營管理平臺的實(shí)現(xiàn)
2．1開發(fā)環(huán)境的選擇程序代碼的編譯環(huán)境為MicrosoftVisualC++2008，它可以高效開發(fā)Windows應(yīng)用，尤其是Office的應(yīng)用，數(shù)據(jù)庫采用MySQLSever5．0，其使用的SQL語言是用于訪問數(shù)據(jù)最常用的標(biāo)準(zhǔn)語言，它有著速度快、體積小、代碼開源等特點(diǎn)，特別時候想節(jié)約成本的中小型企業(yè)［4］。另外還需要具有FTP上傳及下載功能的傳輸工具LibCURL。
2．2數(shù)據(jù)同步算法設(shè)計(jì)2Mbps專用池在線時間的計(jì)算是本平臺的優(yōu)秀部分。2Mbps專用池是一種總帶寬為2Mbps的捆綁復(fù)用模式，同屬于一個池的通信機(jī)，只要有一臺在線就記為該池在線，只有當(dāng)所有通信機(jī)都下線才記該池下線，該算法屬于遞歸調(diào)用，具體計(jì)算過程如圖2所示。
2．3平臺的實(shí)現(xiàn)流程及內(nèi)存分配Sever端程序首先備份、更名上一次使用的GAC記錄文件、帶寬更改記錄文件，然后登錄FTP服務(wù)器下載最新的GAC記錄文件和帶寬更改記錄文件，再登錄MySQLSever建立各數(shù)據(jù)庫與母表，同時導(dǎo)入GAC記錄文件和帶寬更改表，建立通信機(jī)分立帶寬更改表，選出本輪數(shù)據(jù)同步需要更新的GAC記錄，根據(jù)需要進(jìn)行掉線情況過濾并進(jìn)行通信機(jī)分立上下線計(jì)算及2Mbps專用池上下線計(jì)算，最后編譯時間戳記錄文件LastUpdate．ini并斷開MySQL連接。該段程序用于描述時間的數(shù)據(jù)類型time_t實(shí)際為_int64的64位整數(shù)，time_t變量初始化時必須調(diào)用time(0)賦值為當(dāng)前時刻的“歷史秒”，即從1970－01－0100:00:00到當(dāng)前時刻歷經(jīng)的秒數(shù)。tm是一個結(jié)構(gòu)體，包含若干計(jì)時單位的序數(shù)(年序數(shù)以1900年為0、月序數(shù)以1月為0、日序數(shù)以1日為1)，用于記述相對于從1900－01－0100:00:00到當(dāng)前時刻歷經(jīng)的時間。計(jì)算兩筆GAC記錄時間差的方法是:從GAC記錄中讀出的時間字符串賦值給tm結(jié)構(gòu)體變量，調(diào)用mktime()函數(shù)將兩個GAC記錄時間的tm結(jié)構(gòu)體變量記述的時刻分別轉(zhuǎn)化為time_t變量，再調(diào)用difftime()函數(shù)將兩個time_t變量的差值計(jì)算出來。VC用于處理時間的數(shù)據(jù)類型豐富多樣，選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)類型和處理函數(shù)可以事半功倍。MYSQL_RES和MYSQL_ROW是MYSQLAPI內(nèi)置的數(shù)據(jù)類型。MYSQL_RES類型變量擔(dān)負(fù)了SELECT存儲語句查詢結(jié)果的任務(wù)。MYSQL_RES類變量在使用完成后需調(diào)用mysql_free_result()進(jìn)行內(nèi)存回收，而在實(shí)際開發(fā)中，根據(jù)上下文不一定能判定一個MYSQL_RES類型變量初始化(或經(jīng)上一次內(nèi)存回收)后是否被使用過，而如對初始化后未經(jīng)使用的MYSQL_RES類型變量進(jìn)行內(nèi)存回收，可能會引發(fā)錯誤導(dǎo)致程序異常退出。經(jīng)權(quán)衡，決定在開發(fā)中放棄對MYSQL_RES類型變量回收內(nèi)存的設(shè)計(jì)，犧牲一定的空間換取可靠性。MYSQL_ROW類型變量實(shí)際是二維指針，使用時要特別注意SE-LECT語句的查詢結(jié)果究竟有多少列，如果越界訪問使得該二維指針超出查詢結(jié)果的列數(shù)，會導(dǎo)致程序異常退出。Client端可以查詢數(shù)據(jù)庫，選出在指定時段內(nèi)歸屬欲結(jié)算項(xiàng)目的通信機(jī)列表，同時查詢在指定時段內(nèi)欲結(jié)算項(xiàng)目的有效租用合同，接著結(jié)合計(jì)時計(jì)費(fèi)結(jié)果的框架將查詢的上下線結(jié)果填入表格，并按帶寬小計(jì)時長計(jì)入臨時數(shù)據(jù)庫表便可完成計(jì)時計(jì)費(fèi)結(jié)果文件。最后讓VisualC++程序控制Word自動化客戶端生成用星確認(rèn)表，這里要通過使用OLE－DB(ObjectLinkingandEmbeddingDatabase)技術(shù)，它提供了對包括對關(guān)系數(shù)據(jù)庫和非關(guān)系數(shù)據(jù)庫在內(nèi)的所有文件的統(tǒng)一接口。自動化客戶端可以理解為模擬人工進(jìn)行的編輯操作，對編輯目標(biāo)文檔需要進(jìn)行的操作序列，可逐條列出，然后分解成每一個鍵入(或點(diǎn)選，拖動)的操作，幾乎每一個分解操作，都對應(yīng)了自動化客戶端程序的一行指令。自動化客戶端的性能卓越，可以在一兩秒內(nèi)完成數(shù)十頁含表文檔的編輯工作。Office的自動化客戶端編程中，最常遇到COleVariant和CComVariant兩種數(shù)據(jù)類型:COleVariant類是對VARIANT結(jié)構(gòu)的封裝，當(dāng)對象構(gòu)造時首先調(diào)用VariantInit進(jìn)行初始化，然后根據(jù)參數(shù)中的標(biāo)準(zhǔn)類型調(diào)用相應(yīng)的構(gòu)造函數(shù)，并使用VariantCopy進(jìn)行轉(zhuǎn)換賦值操作，當(dāng)VARIANT對象不在有效范圍時，它的析構(gòu)函數(shù)就會被自動調(diào)用，由于析構(gòu)函數(shù)調(diào)用了VariantClear，因而相應(yīng)的內(nèi)存就會被自動清除。CComVariant提供了很多構(gòu)造函數(shù)來對VARI-ANT能夠包含的多種類型進(jìn)行處理。CComVariant沒有提供針對VARIANT包含的各種類型的轉(zhuǎn)換操作符，必須直接訪問VARIANT的成員并且確保這個VARIANT變量保存著期望的類型。
2．4平臺實(shí)現(xiàn)界面介紹根據(jù)如上所述對平臺的設(shè)計(jì)思想和方法，利用MFC分別實(shí)現(xiàn)出了人機(jī)交互的Sever端和Client端，其界面如圖3－4所示。Sever端除了選擇系統(tǒng)類別、開始結(jié)束時間功能，主要還能實(shí)現(xiàn)清空數(shù)據(jù)庫、開始同步數(shù)據(jù)及暫停、備份、還原等功能。Sever端正常都是在運(yùn)行狀態(tài)的，未遇故障時是不停運(yùn)的。Client端中首先要輸入用戶信息、設(shè)備信息、項(xiàng)目信息及租用信息，利用“新建”和“刪除”按鈕可添加或刪除這些信息。在界面的左邊有搜索功能，只要輸入設(shè)備信息、項(xiàng)目信息或租用信息的關(guān)鍵詞就可在下面的列表框里顯示出相關(guān)的信息。按鈕“導(dǎo)入帶寬信息”實(shí)際就是導(dǎo)入上文所說的帶寬更改記錄文件，導(dǎo)入成功后便可實(shí)現(xiàn)右下角的計(jì)時計(jì)費(fèi)功能，把結(jié)果以Excel表格形式生成到指定路徑下，還能同時生成Word版用星確認(rèn)表。
3結(jié)束語
本文介紹了衛(wèi)星通信運(yùn)營管理的基本任務(wù)，由此給出了運(yùn)營管理對數(shù)據(jù)處理的思路和方法，設(shè)計(jì)出了運(yùn)營管理平臺，實(shí)現(xiàn)了對運(yùn)營項(xiàng)目的自動化管理，彌補(bǔ)了對衛(wèi)星帶寬的使用情況只能由人工來核算的缺陷。本平臺在工程應(yīng)用中已處于試運(yùn)行階段，需求已經(jīng)能全部實(shí)現(xiàn)，且結(jié)果正確可靠。
作者：夏正國沈曉東駱貴新單位：南京信息工程大學(xué)電子與信息工程學(xué)院南京中網(wǎng)衛(wèi)星通信股份有限公司
一、通用航空領(lǐng)域應(yīng)用
通用航空是指除從事公共航空運(yùn)輸（客運(yùn)或貨運(yùn)）以外的民用航空。通用航空具有機(jī)動靈活、快速高效等特點(diǎn)，作業(yè)項(xiàng)目覆蓋了農(nóng)、林、牧、漁、工業(yè)、建筑、科研、交通、娛樂等多個行業(yè)，主要是在3000m以下空域飛行。通用航空的具體內(nèi)容包羅萬象，我們熟知的通用航空有以下幾種：航空攝影、醫(yī)療救護(hù)、氣象探測、空中巡查、人工降水等。其他類型包括海洋監(jiān)測，陸地及海上石油服務(wù)，飛機(jī)播種，空中施肥等。另外公務(wù)機(jī)飛機(jī)和私人飛機(jī)都屬于通用航空范疇之內(nèi)。與地面交通類比，通用航空客比作出租車運(yùn)營；民航公司可比作公交運(yùn)輸。我國是農(nóng)業(yè)大國，通用飛機(jī)的廣泛應(yīng)用是發(fā)達(dá)國家農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的一個重要方面。西部地區(qū)與資源優(yōu)勢由于交通不便而長期得不到發(fā)揮，交通已成為制約西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，西部大開發(fā)需要通用航空。據(jù)民航局預(yù)測顯示，預(yù)計(jì)未來5～10年，我國需要各類通用航空飛機(jī)10000到12000架，通用航空飛機(jī)數(shù)量的年均增長率將達(dá)到30%，通用航空及其帶動的產(chǎn)業(yè)將形成一萬億元人民幣以上的市場容量。隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公務(wù)飛行、商用飛行、空中游覽、私人駕照培訓(xùn)，正受到越來越多人的青睞，在市場需求的推動下，通用航空服務(wù)的領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)快速的發(fā)展。在有這樣巨大發(fā)展前景的市場中，衛(wèi)星通信的應(yīng)用將是不可或缺的解決通信需求的方案之一，在面對挑戰(zhàn)同時，衛(wèi)星通信只有抓住機(jī)遇努力滿足市場需求，創(chuàng)新開拓應(yīng)用服務(wù)于這一領(lǐng)域。
二、民用航空使用頻率規(guī)劃
（Ku/Ka/L頻段可應(yīng)用范圍）依據(jù)《中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定》，民用航空無線電頻率使用和業(yè)務(wù)主要分為：1）制式無線電臺是指為確保航空器的安全，在制造完成時必須安裝在其上的無線電設(shè)備。2）非制式無線電臺是指制式無線電臺以外的無線電臺。如:機(jī)載客艙衛(wèi)星通信電臺。3）航空移動業(yè)務(wù)是指在航空電臺和航空器電臺之間,或航空器電臺之間的一種移動業(yè)務(wù)。營救器電臺可參與此種業(yè)務(wù)；應(yīng)急示位無線電信標(biāo)電臺使用指定的遇險與應(yīng)急也可參與此種業(yè)務(wù)。4）航空電臺是指用于航空移動業(yè)務(wù)的陸地電臺。在某些情況下，航空電臺也設(shè)在船舶或海面工作平臺上。衛(wèi)星通信在民用航空應(yīng)用中又主要劃分為駕駛艙（前艙）和客艙（后艙）。駕駛艙（前艙）通信需要高度完整性和快速響應(yīng)的安全和正常通信，屬于衛(wèi)星航空移動（R）業(yè)務(wù)，主要分為空中交通服務(wù)部門用于空中交通管制、飛行情報(bào)與報(bào)警的安全相關(guān)通信，以及航空器承運(yùn)人進(jìn)行的、會影響到空中運(yùn)輸?shù)陌踩⒄：托实耐ㄐ臶航空運(yùn)行管理控制通信（AOC）]。民航局《航空公司運(yùn)行控制衛(wèi)星通信實(shí)施方案》中推薦使用的衛(wèi)星通信系統(tǒng)有海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)、銥星系統(tǒng)和Ku衛(wèi)星系統(tǒng)。客艙(后艙)通信是為航空承運(yùn)人的私人通信[航空行政通信（ACC）]服務(wù)，以及公眾通信[航空旅客通信（APC）]。目前在國際上使用的客艙（后艙）通信系統(tǒng)主要有海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)、Ku衛(wèi)星系統(tǒng)及Ka衛(wèi)星系統(tǒng)。具體使用頻率規(guī)劃如表1所示。
三、民用航空的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營系統(tǒng)現(xiàn)狀
1.衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與資源目前國際民航駕駛艙（前艙）衛(wèi)星通信多使用的是L和S頻段衛(wèi)星通信系統(tǒng)，采用衛(wèi)星移動通信使用的L、S頻段。而衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，國內(nèi)尚無自建的商用衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)投入運(yùn)行。國內(nèi)正在使用或準(zhǔn)備使用的商用衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)都是由國外運(yùn)營商提供的服務(wù)。國外商用衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)主要包括：海事衛(wèi)星系統(tǒng)（Inmarsat）、銥星系統(tǒng)（Iridium）、全球星ICO系統(tǒng)（Globalstar）、亞洲蜂窩衛(wèi)星系統(tǒng)（ACes）和Thuraya等。具體所用衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)具體所用頻率范圍如表2所示。在客艙（后艙）衛(wèi)星通信應(yīng)用方面，中國衛(wèi)通集團(tuán)公司目前擁有12顆在軌衛(wèi)星，可以提供以覆蓋中國及周邊地區(qū)的Ku頻段衛(wèi)星通信服務(wù)資源，并計(jì)劃在2015年，達(dá)到擁有15顆以上在軌衛(wèi)星。在衛(wèi)星頻率資源使用上將形成C、Ku與S、L、Ka頻段相結(jié)合，固定廣播通信衛(wèi)星與移動廣播通信衛(wèi)星結(jié)合，覆蓋范圍廣、用途多樣的衛(wèi)星空間段資源體系。中國衛(wèi)通現(xiàn)有運(yùn)營在軌衛(wèi)星情況如表3所示。考慮到航空運(yùn)輸飛行國際、國內(nèi)航線的特點(diǎn)，從衛(wèi)星資源的服務(wù)能力來看，尤其是至今我國沒有自主可管可控，用于飛機(jī)駕駛艙（前艙）衛(wèi)星通信的L和Ka頻段衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；即使是Ku頻段衛(wèi)星，目前我國自主運(yùn)營的衛(wèi)星服務(wù)能力，不論是覆蓋范圍，還是軌道頻率資源，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)滿足我國航空市場發(fā)展衛(wèi)星通信需求。這既是對我國衛(wèi)星通信運(yùn)營服務(wù)提出的挑戰(zhàn)，更是開拓衛(wèi)星通信服務(wù)業(yè)務(wù)的機(jī)遇和發(fā)展應(yīng)用潛力。
2.用戶終端設(shè)備由于我國在這方面應(yīng)用起步晚，再加上用于航空領(lǐng)域的準(zhǔn)入門檻制約，目前用于駕駛艙（前艙）衛(wèi)星通信的L頻段終端系統(tǒng)設(shè)備，以及用于后艙（客艙）衛(wèi)星通信的Ku和Ka頻段終端系統(tǒng)設(shè)備，全部是由國外廠商提供，幾乎全面占領(lǐng)我國終端系統(tǒng)設(shè)備市場。民航飛機(jī)上衛(wèi)星通信設(shè)備的制造門檻很高，除了要遵循現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，還要得到國際有關(guān)機(jī)構(gòu)認(rèn)可，為了國家信息安全的需要，國內(nèi)廠商在這一領(lǐng)域還需要努力追趕，有所作為。駕駛艙（前艙）衛(wèi)星通信的L頻段終端系統(tǒng)設(shè)備主要有：霍尼韋爾,柯林斯，泰雷斯公司等。后艙（客艙）衛(wèi)星通信的Ku和Ka頻段終端系統(tǒng)設(shè)備主要有：Row44，Panasonic，GoGo，Aerosat等。后艙（客艙）衛(wèi)星通信終端天線系統(tǒng)如圖4所示。的通信系統(tǒng)多數(shù)是高頻和甚高頻通信系統(tǒng)，衛(wèi)星通信的應(yīng)用多是使用銥星系統(tǒng)，海事衛(wèi)星，Globalstar,Thuraya,ACeS等衛(wèi)星系統(tǒng)，以及與這些衛(wèi)星系統(tǒng)相配的L頻段在軌衛(wèi)星系統(tǒng)的終端設(shè)備。駕駛艙（前艙）衛(wèi)星通信終端設(shè)備如圖5所示。
3.網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營和用戶業(yè)務(wù)管控從國家戰(zhàn)略安全考慮，在航空運(yùn)輸飛行網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營和用戶業(yè)務(wù)管控方面，更需要建立可管可控的航空衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營和用戶業(yè)務(wù)管控系統(tǒng)。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理主要是負(fù)責(zé)管理、監(jiān)控和維護(hù)機(jī)載通信全系統(tǒng)，實(shí)時對全網(wǎng)系統(tǒng)涉及衛(wèi)星、地面網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備等工作狀態(tài)進(jìn)行管理、監(jiān)控，實(shí)時對運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)用戶使用情況，進(jìn)行本地或者遠(yuǎn)程、監(jiān)控、維護(hù)和計(jì)費(fèi)結(jié)算等管理，對網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營和業(yè)務(wù)運(yùn)營數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、備份管理，對網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營中出現(xiàn)的包括衛(wèi)星系統(tǒng)、終端設(shè)備和用戶使用等問題，進(jìn)行實(shí)時分析排查，及時警示和問題預(yù)先發(fā)現(xiàn)等必要的日常維護(hù)，保障全網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行安全正常。民航衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)橫跨通信信息傳輸服務(wù)和民用航空飛行運(yùn)輸服務(wù)，在相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范、業(yè)務(wù)運(yùn)營管理、設(shè)備準(zhǔn)入等方面，必須同時滿足國家對民航飛行安全，信息通信網(wǎng)絡(luò)傳輸安全，信息內(nèi)容安全和數(shù)據(jù)存儲安全規(guī)定要求。民航衛(wèi)星通信涉及國家信息安全，有必要在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營和用戶業(yè)務(wù)管控方面在滿足國家相關(guān)法規(guī)要求前提下，做到完全自主，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)運(yùn)營可管可控。
四、結(jié)論
目前民航飛機(jī)駕駛艙（前艙）衛(wèi)星通信使用占95%份額，后艙（客艙）衛(wèi)星通信應(yīng)用只占5%份額。但是據(jù)預(yù)測，隨著衛(wèi)星寬帶通信推廣應(yīng)用，在飛行中對涉及飛行安全類似電子飛行數(shù)據(jù)包等大數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸要求，以及個人移動終端公眾通信服務(wù)應(yīng)用需求的進(jìn)一步猛增，在使用衛(wèi)星帶寬方面，將出現(xiàn)后艙（客艙）超過駕駛艙（前艙）衛(wèi)星通信應(yīng)用的狀況。雖然目前無論是衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)覆蓋還是衛(wèi)星通信設(shè)備，我國都存在著一定差距，但是機(jī)遇與挑戰(zhàn)永遠(yuǎn)是并存，我們面對的是一個巨大潛在的亟待開發(fā)市場，衛(wèi)星通信應(yīng)緊緊跟蹤其發(fā)展趨勢，并抓住這一機(jī)遇，拓展衛(wèi)星通信應(yīng)用新領(lǐng)域。
作者：柴勇單位：中國衛(wèi)通集團(tuán)有限公司
