便攜式衛星通信控制系統的研究與設計

封彬

【摘要】便攜式衛星通信地球站是一種復雜的機電一體化的產品，它集中體現了衛星通信的各類優點。隨著衛星通信的不斷發展和國家對應急通信的高度重視，功能齊全、性能可靠、方便用戶攜帶的便攜式衛星通信地球站的設計己成為衛星通信領域的一大研究熱點。本文以小口徑、便攜式天線衛星通信地球站的研制為背景，進行了通信控制系統的研究和設計，實現了天線對目標衛星的自動搜索與跟蹤，保證天線高精度指向衛星以實現衛星通信。

【關鍵詞】便攜式衛星通信；系統；設計

1.背景與研究意義

衛星通信，指的是設置在地球上（包括地面、水面和低層大氣中）的無線電通信站之間利用人造地球衛星作中繼站轉發或反射無線電波，在2個或多個地球站之間進行的通信。與其他通信手段相比，靜止衛星通信具有以下優點：衛星通信系統能以較低的成本提供較寬范圍的無縫覆蓋，服務范圍寬且不受地理條件的限制；可利用頻帶寬；衛星通信系統與地面通信基礎設施相對獨立，網絡路由簡捷；網絡建設速度快，成本低：通信質量高，且通信電路靈活性與普遍性好。正是由于衛星通信具有上述優點，自它誕生之日起便得到了迅猛發展，不僅應用于傳輸話音、電報、數據等，還特別適用于廣播電視節目的傳送，成為當今通信領域中最為重要的一種通信方式。

2.便攜式衛星通信系統總體設計

2.1 天線座架設計

天線座是支撐天線探測目標的裝置，由天線控制器控制，使天線按照某種規律運或者跟隨目標衛星運動，從而使天線對準指向目標。為了保證天線的活動范圍、有足夠的轉動速度、滿足跟蹤測量的精度要求，座架結構應有足夠的剛度和強度，并在規定的環境條件下能安全、精確地工作，所以正確的選擇天線座架結構對整個系統的性能起著重要的作用。

現有的天線座架結構是多種多樣的，按轉軸的數目，可以分為一軸、二軸、三軸、四軸和固定不動一軸天線座主要用于搜索、引導雷達，這種雷達因為通常都是扇形波束，只需一根方位軸轉動天線即可覆蓋所有空域，所以多采用一軸天線座；為了補償船舶縱橫搖擺、飛機升降等的影響，船載和機載的雷達多采用三軸或者四軸的天線座結構形式；而衛星通信地球站因采用天線波束窄的圓拋物面天線，為覆蓋整個空域轉軸，所以需采用兩軸天線座。目前的地面雷達天線座基本上都為一軸或兩軸的。兩軸天線座有俯仰一方位型、X-Y型、極軸型等多種型式，其中最為常見的就是俯仰一方位型。俯仰一方位型天線座是以地平面為基準的，方位軸垂直于地面，俯仰軸垂直于方位軸，這種天線座結構簡單、徑向尺寸緊湊、承載能力大、調整測量方便，設計、制造和維修也比較方便，也可稱為地平式或經緯儀式天線座。

2.2 系統跟蹤方案設計

在整個系統中衛星伺服控制部分有著至關重要的作用，不管衛星如何運動，天線控制系統都必須保證天線波束主軸始終指向衛星，使得通信系統能夠正常工作。為達到這一目標，在進行系統設計時除了在機械結構、傳感器選擇、硬件設計方面多加注意以減少誤差、提高系統的指向精度與跟蹤精度外，必須設計合適的跟蹤方式。

采用何種跟蹤方式應根據系統的設計指標要求，綜合考慮對星精度、對星速度、結構難易程度等多方面。由第一章的介紹可知：手動跟蹤要求工作人員有一定的經驗，這對大多數初次使用通信系統的用戶來說是個很大的問題，不便于推廣應用；程序跟蹤無論從系統組成還是控制上而言，都易于實現，是個很好的選擇，但是由于地球是個質量分布不均勻的橢圓球體、衛星在飛行時容易受到太陽光壓和大氣阻力的影響，這些因素會導致衛星靜止軌道位置發生偏移，當衛星常年使用后會使軌道數據發生不可預測的變化，影響天線的姿態控制，同時因為這種跟蹤方式完全依賴于GPS和姿態測量傳感器來提供對星數據，所以一旦它們的精度不夠或者設備壞掉，將會嚴重影響對星精度，甚至使整個系統對星工作失效，所以應結合其它的跟蹤方法來同時實現系統對星；自動對星的三種方法本質上來說是相同的，都是根據采集到的衛星信號強度來確定電機的轉動方向與幅度。

3.網管控制流程

后臺控制中心通過衛星網絡向下廣播控制指令，便攜衛星站對準口標衛星后，就能自動接收到遠控信息，通過時分控制的載波突發，完成端點站的握手、注冊服務。

控制中心的信令信息通過調制解調器能夠對端站內部的加密機、路由器、視頻會議等業務設備進行有限訪問，實現網管的監控任務。

單兵系統與視頻會議系統設計為基于IP協議進行傳輸，兩者相互獨立，只要衛星鏈路帶寬足夠，可以同時進行高清傳輸。通過路由器和加密機對本地業務數據優化和加密，實現通信雙方端對端的可靠傳輸。

4.系統功能

輕便型便攜衛星站的設計，在不影響現有網絡體制的前提下，最大化地將各類通信手段進行高度集成，實現一機多用、需分配的動態通信管理，主要優點及功能包括：

（1）兼容性好。兼容現有公安邊防網管系統，能夠接受網管系統的統一調度。

（2）安全可控。配置網絡加密機，對進出口數據進行甄別和加密，防止非法訪問。

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

（4）高速傳輸。在基于H.265等高壓縮率編碼技術的支持下，可以在窄帶衛星資源上實現包括高清視頻會議、單兵回傳等高速率寬帶業務的傳輸功能。

（5）擴展性好。支持各類基于IP體制的外接合法設備的方便接入，支持后期網絡擴展。

結束語

本文以便攜式衛星通信系統的研制為背景，進行了衛星通信系統的總體設計，闡述了便攜式衛星通信系統的總體設計方案，分析了便攜式衛星通信系統的優點，希望本文對研究便攜式衛星通信系統的各位能有所幫助。

參考文獻

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