卫星通信系统范文

导语：如何才能写好一篇卫星通信系统，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

数字式PID算法有两种类型，分别为增量型PID算法和位置型PID算法。在本系统中采用的是位置型PID算法。入口参数为角度误差量，即系统运行时理论角度值与码盘反馈的角度差值送给e(k)。传统PID算法虽然原理比较简单，控制较为灵活，但在实际的应用中还是存在一些问题的。如在系统启动时，短时间内有很大的偏差，会引起积分饱和，造成较大的超调；而微分环节的引入会使系统对于干扰变得特别敏感，造成系统的不稳定。下面针对这些问题提出几种改进方法。

2PID算法中积分项的改进

在PID函数实际应用过程中，为了克服积分饱和现象，通常可以采用积分分离、积分限幅和不完全积分的克服方法。积分分离的实现方法是在偏差值不大时对积分项累加，而在偏差值较大时不对该值累加，这样可以防止偏差大时过大的PID输出控制量，避免了积分饱和现象[6]。积分限幅的基本方法是当积分项累计到某个较大的值时，不再继续对积分值进行累加，保持该积分值不变，下一次的积分值取上一次的积分值，直至出现符号相反的入口值时才继续对积分项进行累加[7]。由此可见，采用不完全积分方法后，积分环节的输出量在第一个周期会迅速的增大，但此后其增长速度不断减慢，最后会趋向一个有限值，然而完全积分是趋向无穷大的。因此完全积分容易出现积分饱和现象，从而导致其特性变差[8]。

3PID算法中微分项的改进

微分项的引入会导致系统对干扰扰动特别敏感。原因在于当e(k)为阶跃函数时，微分项的输出仅在一开始起作用，对于时间控制比较长的情况，它的超前控制作用会变得很小[9]。在此提出的改进方法就是采用不完全微分的方法。由此可见，采用不完全微分方法之后，微分环节的输出量在第一个采样周期内的脉冲高度会降低，然后按(0)dkau的规律逐渐衰减。因此不完全微分能有效克服传统PID算法对扰动敏感的不足，从而具有较为理想的控制特性[10]。综上所述，具有不完全微分、不完全积分的PID控制器如图4所示。

4结论

将不完全积分、不完全微分的PID算法应用到实际的船载卫星通信系统中，当电机正转和反转时分别测量出具体数据。以实测出的数据做为输入量，将控制量u(k)和误差e(k)用Origin软件进行绘图，得到下面的图形[11]。从图5和图6可以看出，运用PID算法控制的电机在经过一开始短暂的闭环控制后，控制量保持平稳，误差几乎为0，达到了我们的要求[12]。

5结束语

篇2

关键词：通信工程，宽带，海事卫星

航海运输行业的发展，能够为贸易工作和国际交流提供便捷，同时有助于拉动我国经济水平的提升。航海运输会面临较多的风险因素，尤其是海上环境变幻莫测，容易导致危险事故的发生，威胁人们的生命财产安全。只有对多种航海数据进行全面分析，明确船舶的航行状况，才能够做好充足的准备工作，防止海事风险的发生。随着技术水平的提升，宽带海事卫星通信系统逐步得到应用，可以充分发挥高通量宽带卫星和地面网络系统的作用，为海航运输提供可靠的保障。通过有效的互联网接入，可以满足工作中的个性化与多元化需求。相较于其他技术而言，该技术在抗干扰性能和稳定性等方面都具有明显的优势，在应用中应该掌握技术要点，制定切实可行的技术方案。

1 宽带海事卫星通信系统概述

1.1 基本构成

海事VSAT和第五代海事卫星宽带通信系统FX，是当前宽带海事卫星通信系统的基本类型，在提供通信服务时具有全天候、全球性和稳定性等特点，能够对大西洋、太平洋和印度洋等实现全面覆盖，在海陆空的安全通信和日常通信中应用较多[1]。空间卫星在Ka频段运行，包括可旋转高容量荷载和全球荷载，能够通过多个信道和点波束增强系统运行性能，促进通信能力的提升。为了能够有效应对极端天气的影响，关口站数量通常设置为两个。同时在收发及处理信号时借助于移动终端实现，满足互联网访问和视频传输的需求。

1.2 系统特点

Ka波段通信是宽带海事卫星通信系统的基本特点，能够保障良好通信宽带，上传5Mbps和下载50Mbps大大提高了传输速率。A、B、M、F终端、第四代卫星FB终端和第五代卫星GX等，是当前移动终端的基本类型，尤其是第五代海事卫星通信系统的应用，使得宽带优势得到体现[2]。

2 宽带海事卫星通信系统的优势与技术特点

2.1 系统优势

Ka波段的应用，是宽带海事卫星通信系统的基本特点，大大扩大了覆盖范围，宽带速率达到了上行5Mbps和下行50Mbps，满足用户终端的需求。尤其是卫星波束的不同，满足终端在不同场景下的使用需求，通过流畅的切换提高通信质量。在通信热备份保障中，第四代卫星FB的应用效果较好，使得整个系统的功能得到强化。在该系统中还实现了第四代海事卫星通信系统和第五代海事卫星通信系统的融合，在不同服务当中通过自由切换保障通信效率与质量[3]。同时与网络服务设备共同发挥系统功能，网络路由的选择更加快捷，在增强其可靠性的同时，能够获得高速数据。雨衰的增大是由于降雨而引起，会导致五代卫星Ka波段高频信号的传输受到严重影响，此时能够通过识别故障问题，向第四代卫星终端进行自动切换，保障网络路由的良好运行效果。如果降雨停止，那么就会再次完成自动切换，发挥第五代卫星终端的功能。

2.2 技术特点

Ka波段的应用，是改善系统性能的关键。尤其是与传统的C、K频段相比较而言，具有多样化的可用频率资源，因此可以满足不同服务功能需求，其频率在3.5GHz左右。对于频率利用率的提升，可以借助于点波束实现，相较于以往而言能够提高20 倍，因此能够有效降低运行成本，同时扩大了通信容量。在增益上的优势，也是Ka波段卫星信号的基本特点，因此可以大大减小用户终端的体积，为用户提供便捷。运用Ka波段卫星系统时，需要重视关口站的应用，增强信息网络的整体性，使用户本地化接入和馈电链路频率服用功能得到优化。高效化运用了频率复用和点波束，因此在容量上得到了扩展，在200Gb/s左右[4]。受到地面通信系统工作频率的影响较小，因此有效增强了宽带海事卫星通信系统的抗干扰性能，这也是提高通信质量的关键。雨衰问题的存在，会对系统的应用造成一定限制，因此需要引进先进技术手段进行控制。

3 宽带海事卫星通信系统技术的应用措施

3.1 视频监控与视频会议

船舶在海上航行时会面临较多的风险因素威胁，只有做好安全管理，才能为人们创造良好的环境条件。应该增进与岸上指挥中心的交流沟通，从而对海上情况进行全面分析，以便采取针对性解决措施。尤其是在遇到海盗袭击等安全问题时，需要加强各部门的安排部署，降低在航行过程中的风险。运用宽带海事卫星通信系统进行视频监控与视频会议，是提升安全性的关键措施。卫星链路传输、船舶本地视频采集、岸上控制及显示，是视频监控系统的主要组成部分。其中，硬盘录像机是该系统中的关键构成，应用于驾驶台当中，通过有效连接舱外云台摄像机，能够达到持续录像的目的[5]。运用视频监控系统，能够在录像保存中真正实现自动化处理，指挥中心能够以远程手段获得录像视频，确保传输的稳定性及高效性。卫星IP网络在实时画面的获取中更具可靠性，能够增进指挥中心和船舶的密切联系，监控视频画面也可以通过家是台中的视频监视器进行获取，防止信息沟通不畅引起的问题。视频会议终端设备在会议室中的应用，可以通过输入船上视频监控画面，连接指挥中心视频会议，因此可以确保会议的顺利开展，通过岸上与海上的交流互动实时掌控船舶的运行状况。

3.2 船员WiFi上网

由于在海上生活十分漫长，船员与家人长期分隔，只有通过互联网才能拉近彼此之间的关系，满足船员的实际需求。因此，应该运用宽带海事卫星通信系统改善上网条件，使平板、智能手机和笔记本等终端设备的功能得到充分发挥。WiFi上网应该消除时间和空间等限制性因素，使船员的上网能够更加便捷。相较于陆地网络而言，卫星通信系统的宽带一般较低，应该以船舶的安全航行为基础，优化WiFi上网。应该明确FX卫星通信链路的基本特征，运用集中式认证管理的方式，对上网环境进行优化，在此过程中需要借助于无线控制路由器。做好船上网络设备和、办公网络、WiFi上网、船载终端、地面站、系统管理认证平台之间的有效衔接，保障良好的通信质量[6]。

3.3 机载卫星宽带接入服务

为了能够提供可靠的全程通信接入服务，应该明确宽带海事卫星通信系统在机舱中的重要性，满足国际航班和国内航班的不同需求。除了能够满足多媒体通信需求，还能够为应急通信、交通管制和飞机导航等工作提供依据，通过可靠的宽带接入，能够使各类信息数据的传输更加高效，包括了客舱乘客状态信息和驾驶舱信息等。无论是乘客还是飞行员，都能借助于宽带海事卫星通信系统实现全面管理，提高卫星通信的性能，通过一个集成包管理多个业务，比如飞行数据、语音、天气预报等。飞前申报和许可、位置报告、短信服务和气象信息的获取等，都会由于宽带海事卫星通信系统的应用而更加便捷。

4 结语

宽带海事卫星通信系统包括了空间卫星、关口站和移动终端等各个部分，系统的高效化运转能够有效增强海事工作安全性，实现指挥中心与船舶的密切联系，降低航行的风险隐患。该技术应用了高频段和点波束等，同时具有较大的容量，因此可以保障系统的良好性能。在实践工作当中，主要是通过视频监控与视频会议、船员WiFi上网和机载卫星宽带接入服务等满足工作要求，保障通信传输的质量与效率。

参考文献

[1]高迎.宽带海事卫星通信系统的基本特点及应用[J].数字通信世界，2020(07):190-191.

[2]刘伟.便携式海事卫星宽带通信终端的设计与实现[D].四川：电子科技大学，2020.

[3]林菡.宽带海事卫星通信系统技术的基本特点及应用[J].中国新通信，2019，21(23):18.

[4]马进华.宽带海事卫星通信在我国的发展与应用[J].中国新通信，2018，20(15):91-92.

篇3

(电子科技大学成都学院，四川 成都 611731）

【摘要】本文介绍一种基于北斗的卫星移动通信试验系统。这是一个利用我国北斗卫星的冗余资源的支持话音和低速数据的小容量系统，它可以在某些关键时刻和特殊环境下起到重要而不可替代的作用。同时，在试验系统这一平台上，还可以对下一阶段建立的GEO卫星移动通信系统的关键技术进行试验研究。基于“北斗”的卫星移动通信试验系统将以我国低EIRP的“北斗”导航卫星资源为空间段，建立我国的卫星移动通信试验系统。系统由三部分构成：由我国北斗卫星冗余资源支持的空间段；具有系统接续控制和交换能力、并与地面公用网接口的地面段；以及有较高天线增益的应用段。

关键词 北斗卫星；网络结构；空中接口

作者简介：胡曼青（1980—），女，四川成都人，电子科技大学成都学院，讲师，研究方向为通信与信息系统。

1系统总体架构

（1）在分析“北斗”卫星现有冗余资源的基础上，利用“北斗”卫星的转发器作为空间段；

（2）地面段包括综合信关站、地面运控站、信标站等；

（3）应用段包括三类用户终端（便携式、车载式、固定式），实现用户终端之间、用户终端与地面通信网络之间的互联互通。

1.1系统特点

（1）利用我国北斗卫星冗余资源支持的空间段；

（2）具有系统接续控制和交换能力、并与地面公用网接口的信关站；

（3）具有创新型高技术应用的移动终端；

（4）具有移动通信系统空中接口规范、完整的信令体系和安全保密体制。

1.2系统组成

系统由空间段、地面段和应用段组成，见下图：

图1系统组成

空间段：利用北斗卫星所搭载的转发器实现用户与用户、用户与信关站间信号的转发。

应用段：即用户终端，将可识别的信息（语音、数据、短消息）处理成可在空间传输的、符合系统要求的无线信号，并向卫星发射；同时，将卫星发射（转发）来的符合系统要求的空间无线信号接收处理成可识别的信息（语音、数据、短消息）。

用户终端有三种形式：

（1）固定式用户终端：在固定地点使用；

（2）便携式用户终端：可搬移，机动性好；

（3）车载式用户终端：可在运动中使用，实现动中通。

地面段：由信标站、地面运控系统和综合信关站组成。综合信关站是试验系统与地面通信网之间的汇接交换中心，负责与PSTN（Public Switched Telephone Network 公共交换电话网）之间的接口，完成认证与授权、资源管理、协议转换、呼叫控制、计费处理以及移动终端之间、移动终端与PSTN之间的互联互通。

2系统空中接口

2.1系统网络结构

从网络结构上，系统可划分为终端和综合信关站两大部分。终端包含用户识别模块，综合信关站由收发系统、业务控制系统、卫星信号监测管理、移动交换中心等网络部件组成，系统网络体系结构见图2。

图2系统网络架构

用户话音和数据通过业务信道在终端和信关站之间传输，当系统内部终端之间相互通信时，由信关站转发信号，传输路径经历了2跳卫星链路。当卫星终端与网外用户通信时，信号经历1跳卫星链路由信关站的移动交换中心GMSC（Gateway Mobile Switching Center 网关移动交换中心）与PSTN、PLMN（Public Land Mobile Networks公共陆上移动网络）和SMC（Sort Message Center）建立连接。同步轨道卫星通信系统单跳延迟大约270毫秒。

2.2卫星移动终端SMT（Satellite Mobile Terminal）

SMT是基于“北斗”的卫星移动通信试验系统的用户终端，用户使用SMT接入试验网得到所需的通信服务。

为区别试验网内不同的用户，使用用户识别模块UIM（User Identity Module）予以识别。每个移动终端都有各自的卫星设备识别号SMEI（Satellite Mobile Equipment Identity）。每个移动用户都有自己的卫星移动用户识别号SMSI（Satellite Mobile Subscriber Identity），分别存储在UIM上和SHLR（Satellite Home Location Register）上。

2.3综合信关站SGS（Synthesize Gateway Station）

综合信关站由收发系统、业务控制系统、卫星资源监测与管理、移动交换中心等网络部件组成。

2.3.1收发系统GTS（Gateway Transceiver System）

它受控于GSC，包含射频子系统和信道处理子系统。射频子系统完成卫星射频信号和中频或基带信号之间的转换功能，信道处理子系统完成信道调制/解调、帧处理、交织/解交织、编码/译码和信道映射等功能。它完成GSC与无线信道之间的转换，实现SMT和GTS之间通过卫星传输及相关控制功能。

2.3.2业务控制系统GSC（Gateway Service Control）

GSC是地面信关站的控制部分，它处于GTS和移动业务交换中心GMSC之间。一个GSC可以连接和控制几个GTS，在试验系统中只有一个GTS。它的主要功能是无线信道的管理、实施呼叫和通信链路的建立和拆除，移动台切换管理，话务量统计等。

2.3.3卫星资源监测与管理SRMM（Satellite Resource Monitor & Management）

卫星资源监控与管理完成对卫星资源的监控与协调管理工作，包括了：卫星频谱与信号监测、卫星工作状况监测与系统管理、运行状况与工作模式管理、信关站与地面运控网进行信息交互与处理、天线与射频状态监视。

2.3.4移动交换中心GMSC(Gateway Mobile Service Switching Center)

移动业务交换中心由软交换SS（Soft Switch）、AAA（Authentication Authorization Accounting）服务器、操作维护中心OMC（Operation & Maintenance Center）、卫星接入网关SAG（Satellite Access Gateway）、地面接入网关TAG（Terrestrial Access Gateway）等实体组成。

①软交换SS（Soft Switcher）

完成移动呼叫接续、控制、无线资源和移动性管理等功能，是卫星移动通信试验网的核心，同时也是与地面固网和实验网的接口设备。

②AAA服务器

认证：用户在使用网络系统中的资源时对用户身份的确认。

授权：网络系统授权用户以特定的方式使用其资源。

计费：网络系统收集、记录用户对网络资源的使用，以便向用户收取资源使用费用，或者用于审计等目的。

AAA服务器含卫星归属位置寄存器SHLR（Satellite Home Location Register）与地面移动网的HLR类似，SHLR是用来存储本地用户位置信息的数据库，每个卫星移动用户必须在某一个SHLR登记，不同之处是试验网将卫星移动设备标识寄存器集成到SHLR之中。登记的主要内容有：用户号码、移动设备号码、位置信息、业务信息等。试验系统暂不考虑卫星访问位置寄存器SVLR（Satellite Visitor Location Register），但设计时应该留有扩充的空间。

③地面接入网关TAG

地面接入网关实现与地面PSTN，PLMN和短消息中心的接口，信令转换，业务合成、分解、存储和传输的实体。地面接入网关实现试验系统与地面其它网络的多种业务转换和互通。

④卫星接入网关SAG

卫星接入网关是业务控制分系统GSC和移动交换中心GMSC的接口实体。

⑤操作管理中心OMC

OMC是网络拥有者对全网进行监测和操作的功能实体。

2.4系统接口定义

2.4.1UIM－SMT接口

卫星移动终端SMT到用户识别模块UIM接口，SMT在注册、实现双向鉴权、加密、信息存储时要与UIM交互信息和数据。

2.4.2S－Um接口

S－Um接口又称SMT－GS卫星空中接口，是卫星移动试验网的主要接口之一。对卫星移动通信而言，大部分信令都是和SMT相关，S－Um接口传递的信息包括了无线资源管理、移动性管理和接续管理等。S－Um接口与卫星移动通信试验系统采用的体制密切关联，相互决定。

2.4.3Am接口

Am接口是信关站内部GTS和GSC之间的内部接口。

2.4.4A接口

A接口是卫星地面信关站和GMSC之间的接口，该接口携带关于信关站的管理、呼叫处理和移动性管理等信息。采用SIP和RTP协议分别传输信令和业务数据，通过TCP/IP承载传输。

2.4.5R接口

R接口为GMSC与AAA之间的接口，GMSC通过该接口向AAA服务器和SHLR查询被叫卫星移动用户的选路信息，以便确定呼叫路由，呼叫时对用户进行鉴权，并在呼叫结束时向AAA发送计费信息。试验系统的SHLR与信关站放在一起。

2.4.6P接口

为综合信关站的地面接入网关与地面网络的接口，传递业务及控制信息。

2.5系统通信体制

为了适应卫星资源，试验系统采用CDMA通信体制。前向信道（卫星到终端）和反向信道（终端到卫星）各占用不大于8MHz频谱带宽。见图3。

前向和反向信道采用扩频方式，将2.4kbps的数据经成帧、编码、交织、加密处理后，由扩频序列将频谱展宽。

前向信道由以下信道组成：

PICH（Pilot Channel）：前向导频信道，为参考信道，终端由它获取相干解调及同步信息；

SCH（Synchronization Channel）：同步信道，发送定时参数，系统参数；

PCH（Paging Channel）：寻呼信道，用于寻呼用户，发送短消息和系统消息；

BCH（Broadcast Channel）：广播信道，为终端提供广播业务；

DSCH（Forward Dedicated Signal Channel）：前向专用信令信道，传送专用信令，在通信过程中传输交换信令；

TCH（Traffic Channel）：业务信道，承载语音和短消息业务，试验系统使用1～30条。

反向信道由以下信道组成：

RACH（Random Access Channel）：反向随机接入信道，用于终端发起呼叫、被叫和注册时传输信令；

RTCH（Reversed Traffic Channel）：反向业务信道，承载语音和短消息业务；

RDSCH：（Reversed Dedicated Signal Channel）：反向专用信令信道，用于通信过程中交换信令。

前向信道采用正交的Walsh码区分用户和控制信道，码片速率4.9152Mcps，调制方式为QPSK，信道编码为1/3卷积编码。

反向信道采用随机码区分用户，码片速率4.9152Mcps，调制方式为HPSK，信道编码为1/3卷积编码。

图3系统通信空中接口

3系统工作原理

系统的工作原理见图4。

用户终端对语音、数据、短消息进行信息处理、基带处理、射频处理形成频率为L的射频信号后，由天馈单元发向卫星。

卫星接收到用户所发的信号后，进行放大、变 频、滤波等处理，经C波段天线发向信关站。

在综合信关站中，由专用C波段天线接收卫星发来的入站信号，经低噪放、下变频处理成中频信号（70MHz），经中频分路后送往两个16路解调器，解调后数据接入本地局域网，通过信令处理与软交换完成与对方用户的连接，建立通信信道。

图4系统工作原理

图5移动用户间呼叫基本流程

信息经信关按协议处理后送往交换机，交换机将数据送往两个16路调制器，调制器完成对数据的信息处理、基带处理、扩频调制后，形成中频为70MHz的已调合路信号（2个中频，各含16路），送往中频合路器，合路后经上变频处理成S波段信号，经高功率放大（HPA）后，由S波段天线发向卫星。卫星收到信关站所发的信号后，进行放大、变频，处理成频率为L1/L2的射频信号发向用户。用户端接收到卫星所发来的微弱信号后，经低噪放（LNA）、变频处理成频率为70MHz的中频信号，经解调、信道处理、信息还原后得到对方所发的语音、数据、短消息等信息格式。

终端接入流程举例，见图5。

4结束语

基于“北斗”的卫星移动通信试验系统研究开发是利用现有卫星的冗余资源开发的卫星移动通信系统。“北斗”是我国唯一在轨运行的拥有完全自主知识产权的L波段卫星系统，该试验系统利用其有限的宝贵资源需要进行研究和试验，为将来发展卫星通信领域相关技术奠定了一定的理论和实践基础。

参考文献

［1］李锐.对卫星通信及卫星信道的论述[J]. 中国新技术新产品，2009(13).

［2］谭述森.北斗卫星导航系统的发展与思考[J]. 宇航学报，2008(02).

［3］张婷,张健,董晶晶.北斗终端的现状及发展趋势浅谈[J]. 数字通信世界，2011(06).

［4］陈向东.北斗民用前景分析[J]. 卫星与网络，2011(05).

篇4

关键词：QoS；卫星通信技术；关键技术

现今，网络在人们的生活中已经成为了不可替代的角色，通信、娱乐、购物等都依赖于网络进行，这导致传统的地面互联网覆盖无法很好地满足人们不断变化的需求。卫星所具备的覆盖面是非常广的，在利用卫星的基础上构建了卫星通信系统，以便于满足人们的需求。卫星通信系统在进行数据传输时，速度是非常快的，但是随着业务量及人们对质量要求的提升，卫星通信系统需要利用相应的关键技术来保证QoS。

1 卫星通信系统OoS要求

所谓QoS，是指在一个或多个对象的集体行为上的一套质量需求的集合。在对数据传输的速度和可靠性进行描述时，应用的就是服务质量参数，比如吞吐量、传输延迟、错误率等。有限性是网络资源一个显著的特征，这促使用户在使用网络资源时，存在一定的竞争性，由此就产生了服务质量，对于服务质量的外在体现，最为明显的就是网络业务，当网络业务比较多时，说明服务质量比较高。服务质量需要进行提升，有效的手段就是提升网络资源的利用效率。卫星通信网络在提供服务时，包含保证和尽最大努力两种，所谓保证，是指用户在使用网络时，网络能够提供QoS保证，通常会通过确保QoS度量来实现保证；而尽最大努力，QoS保证参数并不是一定要由网络明确的提供。

对于卫星通信系统来说，在进行OoS指标衡量时，所用到的参数包含时延、时延抖动、带宽、丢包率、可靠性。发送方将数据包发出之后，一段时间之后接收方才能接到，传输过程中花费的时间就是时延，当时延越大时，接收方接收到数据包的时间就越长，这对QoS的影响是比较大的；发送方和接收方在进行数据包的传输时，当时延产生变化时，就形成了抖动，当存在抖动时，就会影响收发缓存器的选择，进而导致重发等问题的发生，对传输的通透率造成严重的影响；发送方和接收方数据包的传输会具备一定的传输速率，持续的最大传输速率就是带宽，网络基本设备会对带宽产生一定的限制，同时，在同一条路径上，当共享的数据包越多时，带宽所受到的影响越大；数据包传输的过程中会产生丢包的现象，丢失的数据包与发送数据包总量之间的比值就是丢包率；卫星通信系统受到天气因素的影响非常小，因此，其可靠性并不会受到降雨等环境因素的影响，不过，系统的工作频带、功率电平等都会对可靠性产生影响，进而影响到卫星通信系统的QoS保证。

2 卫星通信系统协议体系结构

在当前的互联网中，采用的协议标准为TCP/IP协议，因此，卫星通信系统在进行协议体系结构的构建时，也应该以TCP/IP协议结构为基础，同时，结合自身的特点，科学的进行修改和扩充。具体说来，协议体系结构包含5个层次：应用层，主要的功能是进行各种业务的处理；传输层，主要的功能是进行控制，控制的对象有流量、拥塞等，保证数据包的正常传输；网络层，制定相应的路由策略；物理层，主要的功能是进行功率控制、定向天线等。在整个数据传输的过程中，通过各个层功能的发挥，促进数据包传输的实现，在传输的过程中，每个层都需要进行QoS保证，以便于保证QoS的质量，促进卫星通信系统的发展。

3 基于QoS保证的卫星通信系统关键技术

3.1 物理层传输技术

随着通信技术的发展，人们在进行数据传输时，逐渐提升了传输速度的要求。用户在利用卫星通信系统进行数据传输时，传输速度多由Ku波段和C波段来完成，不过随着人们要求的提升，这两个波段的传输速度已经无法满足要求，基于此，就需要在进行数据传输时，采用更高的波段。对此，卫星通信系统采用了信道编解码技术，即使在信道条件比较差时，所具备的传输速度依然比较高，由此一来，各种多媒体业务的QoS要求就能够很好地被满足。对于不同的宽带多媒体业务来说，其对传输质量的要求也是不相同的，为了很好地满足各种类型多媒体的要求，在进信道编码时，采用的为差错控制编码，这种编码的速度可以进行变化。

3.2 数据链路层接入技术

对于多媒体业务来说，其服务质量的保证需要通过无线通信系统的带宽来保证。对于数据链路层来说，QoS保证的基本条件是将带宽的利用效率提升，在进行带宽利用效率提升时，应用了无线资源管理技术，这便是一项关键的技术。在信道运行的过程中，天气对其产生的影响是比较大的，而无线资源管理策略的制定与信道运行有着一定的关联性，因此，在选择技术时，必须要充分地考虑天气的因素，从而有效地避免无线资源管理策略的制定受到影响，这样一来，在开展各项多媒体业务时，拥塞现象发生的可能性将会显著降低，最大限度地避免了数据传输过程中丢包现象的发生，降低了丢包率。用户在接入卫星通信网络中时，会具有一定的时延，为了将时延减小，同时，有效地提升系统容量，就需要利用高效的接入算法。

3.3 网络层路由技术

在卫星通信系统中，含有星间链路，当卫星间的连接处于相同的轨道上时，呈现出来的是静态的，而当处于不同的轨道上时，呈现出来的就是动态的，由此一来，卫星间的链路状态信息就会不断的变化。另外，卫星处于太空环境中，卫星链路受到背景噪声的影响，具备非常高的错码率，而且具备的时延也是非常大的，进而导致星上所具备的处理能力和存储能力都比较差，为了避免这些问题的存在，在网络层应用了路由技术，在适用卫星网络的基础上，制定完善的路由算法和路由协议。

3.4 移动性管理

卫星通信系统中的星地链路会发生切换，在切换的过程中，原有的接入点卫星不再起作用，系统需要重新地选择新的接入点卫星，同时，还需要重新计算网络拓扑以及网络路由。对于星地链路的切换来说，当切换策略比较科学时，就可以以非常快的速度将暂时中断的通信恢复，相反，当策略的科学性比较差时，恢复就会比较慢。基于此，就需要对切换策略进行有效的管理，一般以移动性管理为主，这样一来，在进行切换时，系统所受到的影响就会比较少，从而有效地实现了QoS保证。

篇5

陀螺和加速度计这两种传感器输出特性不同：陀螺的高动态适应能力强，但是受到漂移误差的影响，低频段表现欠佳；加速度计在静止状态下准确率高，而当载体动态特性较大时由于机动加速的干扰导致测量误差较大。因此需选取合适的姿态估计算法充分利用这两种传感器的优点，融合出比单个传感器更可靠、更准确的姿态信息错误！未找到引用源。。而互补滤波器正符合上述需求，以yθ表示加速度计估计姿态值，yω表示陀螺测量值，ˆθ表示滤波器估计姿态值，C(s)表示调节系数，则互补滤波器的基本结构如图2所示将图2的基本结构进行离散化处理并加入坐标变换模块，可得到互补滤波器姿态估计算法：3轴陀螺输出ω根据式（1）乘以C和采样间隔ΔT，得到载体姿态角的变化量，将其与上一时刻估计姿态ˆk相加，即得到载体估计姿态1ˆk+。将加速度计估计姿态k减去ˆk得到姿态修正量Δ。修正量Δ一方面乘以比例调节系数Pk，对k+1进行直接校正，另一方面通过−1C转换至惯性系对陀螺的漂移存储−kb进行校正。姿态估计算法的结构如图3所示。

加速度计输出校正

载体在运动时所受到的机动加速度，会在加速度计的输出中与重力加速度一并表现出来。此时若仍用式（3）计算姿态角，得到的k会与实际姿态不符，这必然会导致姿态估计算法的精度变差。如果可以得到机动加速度的估计值，用以校正加速度计输出，就可以得到精确的k，进而得到精确的估计姿态。

1机动加速度补偿

机动加速度的补偿关键在于线加速度和向心加速度的求解。单基线GPS的输出信息中包含载体的速率信息，将载体速率进行微分，就可以得到载体所受到的线加速度；利用载体速率信息和z轴陀螺输出，可以对向心加速度进行补偿。可得校正后的x轴和y轴加速度：

2侧滑角补偿

式（6）是在假设GPS测得的航向vψ与载体的航向角ψ一致时得到的，而在实际的行车过程中，当车体转弯时，vψ与载体航向ψ之间会产生一个夹角，该夹角称为侧滑角(sideslip)sψ，若载体的速率为v，加速度为dv/dt，则侧滑角sψ的示意图如图4所示。由于侧滑角sψ的存在，使得线加速度和向心加速度在载体的x轴与y轴都有影响，这样就导致利用式（6）进行的补偿在转弯时并不准确，因此应在转弯时加入侧滑角补偿。设sψ在转弯过程中的变化率为d/dsψt，根据图4可得加入侧滑角补偿的加速度计输出校正表达式：

GPS遮挡问题的解决

本文中所采用的单基线GPS需要两个天线同时收到6颗以上相同卫星的信号，才能得到满足精度要求的载体航向。实际应用中，载体路过桥梁、涵洞、隧道甚至树林时，都有可能导致GPS信息严重衰减甚至完全消失。为了解决GPS遮挡的问题提高算法适应性，根据GPS收星情况对算法进行了改进：当GPS收星数N≥6时，正常利用GPS信息对加速度计输出进行校正；当GPS收星数N<6时，在算法中加入开来降低载体机动对姿态估计的影响，当满足开关判断准则时，仅利用陀螺的信息对载体姿态进行递推，由于陀螺漂移误差的变化很慢，在一定时间内是可以保证估计精度的。利用上述方法，能够使算法在GPS信息出现短暂遮挡时正常工作。

实验分析

本文选用星网宇达公司的微机械IMU产品XW-IMU5220，包含3个正交放置的陀螺以及3个加速度计，和单基线GPS产品XW-ADU3601。将型号为XW-ADU7612的AHRS(姿态精度满足±0.2°)与IMU固联并一同安装在载体上，作为验证算法的基准。安装方法如图5所示。传感器直接估计出的姿态如图7所示。从图7中可见：陀螺估计的姿态会随着漂移误差的积累不断偏离真实姿态，而加速度估计姿态一直存在干扰噪声，并且一度出现近10°的误差，这显利用互补滤波器进行姿态估计的结果如图8所示。将图8与图7相比较可见，利用互补滤波器对姿态进行估计可得到比两种传感器单独估计都要好的精度，但是估计的效果仍然有较大误差（约5°）。为了验证式（6）的补偿效果以及第4节中的分析内容，图9所示为利用式（6）进行补偿后的姿态估计结果与侧滑角。从图9中可见，经过机动加速度补偿后，进一步提高了姿态算法的估计精度，最大误差已经达到2°以内，但是在载体有转弯运动时误差有明显的跃变。由于/2sψ<π，从式（7）可知xA对sψ是正相关关系，因而俯仰角对sψ是负相关关系。而yA与sψ的关系取决于sψ的大小、dv/dt以及vω的大小，这正与图9中的关系图相一致。在姿态估计算法中加入侧滑角补偿后的估计误差如图10所示。从图10可见：通过加入侧滑角补偿，姿态估计算法不仅能够消除载体加速运动和转弯运动对估计的影响，还能去除侧滑角的影响，使姿态估计误差控制在±0.5°以内，满足“动中通”的指向精度要求。为了验证LCAE算法在GPS信号出现短暂遮挡的情况下的效果，选取另一组单基线GPS不能全程锁定的实验数据进行验证，实验路段包括高架桥遮挡和高层建筑物遮挡等情况。实验路况照片和单基线GPS收星数如图11所示本文LCAE算法姿态角估计误差和开关卡尔曼方法的误差比较如图12所示。在图12中：开关卡尔曼方法俯仰角估计误差均值为−0.22°，标准差为0.190，横滚角估计误差均值为−0.07°，标准差为0.303；本文LCAE算法俯仰角估计误差均值为−0.05°，标准差为0.115，横滚角估计误差均值为−0.05°，标准差为0.136。在单基线GPS收星数较少的情况下，开关卡尔曼算法最大误差绝对值达到1.287°，而本文算法在单基线GPS收星数较少的情况下，能够达到±1°的精度，仍然满足动中通的指向精度要求。

结论

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卫星通信具有覆盖的面积较为广泛，通信的距离较长；通信成本跟通信距离的长短没有太大的关联，不会轻易受到陆地灾害的影响，可靠性较强；通信较为灵活，不受地理条件限制；通信的频带宽，通信容量大，能够适应多种通信业务等优点，因而在应急通信中被广泛的运用。

1应急通信的定义

所谓应急通信，即是发生自然或者人为的突发性紧急情况时，将不同的通信资源综合的利用起来，以确保救援和紧急救助工作能够及时开展而用到的必须的通信手段跟手法。而应急通信是一种由多种通信技术、通信手段综合运用的一项新技术，不是独立存在的，当遇到紧急情况时，应急通信不单单只涉及到技术问题，更多的还会涉及到管理问题，这也是应急通信的核心所在。此外，由于应急通信系统具有很多不确定因素存在，所以对于通信网络或者设备就会有许多特殊的要求，以便从技术方面为通信技术提供保障。然而在对应急通信进行管理时，相应的应急通信管理体系也要同时建立起来，不同的场景应用不同的响应机制，协调调度最合适的通信资源，提供最及时有效的通信保障。应急通信场景示意图见图1。

2突发事件特点及对卫星通信要求

突发事件有以下四个特点：①事件类型缺乏稳定性，任何一种突发性公共事件都有可能发生；②无法准确预测事件发生的具体时间，没有办法提前预知到地面网络发生故障的具体时间；③无法确定事件发生时的所在地点，交通、地形与气候状况等因素影响具体的地点的探测；④无法知晓事件产生的影响程度，地面通信网络的毁坏程度和应急通信的储存容量要求不能准确得到真实信息。为了保障突发性公共事件能适应应急通信的要求，卫星系统及其设备对环境要有很强的适应能力，无论在那种气候条件和地理环境中都可以畅通使用；必须便于携带与可移动的功能，在发生紧急事件时，可快速到达现场；能快速的和指挥中心进行通信联络；能合理利用并灵活调整、配置卫星转发器的信息资源；还要具备延伸性，以达到适合处理大业务量和传送大量业务的要求。

3卫星通信在应急事件中的应用研究

3.1功能性角度的应用

从卫星通信的功能性角度来看，可以将卫星通信的应用分为三种方式：①以语音通信为主；②以综合接入；③中继备份。首先以语音通信为主的应用方式一般都是利用移动卫星业务的终端实现信息的传输，能够为通信系统提供相应的语音、漫游、短信、定位以及低速数据等功能，而且不同的卫星通信系统其功能也大不相同。其次利用综合接入的方式能够为应急现场以及指挥中心提供容量较大的语音通信，以及传送大量的数据，或者静止、运动图像。一般来说，利用TCP/IP等基站为卫星站提供综合接入功能的数据和信息。最后中继备份的应用方式支持2Mbit/s以上的中继传输电路，紧急情况下提供应急事件现场与公众通信网络（或行业专用通信网络）之间的中继电路。中继备份所使用的卫星站可以基于IDR（或IBS）系统或者VSAT系统实现。IDR（或IBS）系统提供中等速率电路，支持数据通信和语音通信，通常应用较多的是2Mbit/s和8Mbit/s速率。VSAT系统目前多数基于IP实现，通常可支持2～8Mbit/s数据速率。

3.2机动性角度的应用

通常来讲，能在卫星站进行紧急通信工作的叫卫星站机动性。从这种角度，卫星站分为两种：便携站与车载站。每个设备与地面站或其他移动站间的通信是靠卫星链路来实现的，可以手持终端并且能允许两人以内行动的卫星站指便携站。它的系统容量不大，主要有语音通信和综合接入两种应用，以保障每级事件的通信完成。便携站使用集装箱的方式，一般利用飞机进行运输，它的尺寸、重量与抗震要求及其包装的方式可以按照相关规定与标准进行处理。集装箱必须预留通信接口，以便与其他设备进行通信连接，实现现场紧急处理工作。便携卫星站应在30min内完成抵达现场后的组装，并建立卫星通信。便携站的重量一般在200kg以下。一旦发生了特别严重的突发事件，当地的应急通信保障能力不够或者地面道路的条件不够好时，就可以使用便携站空运或空投至应急现场；而当突发事件发生但对于通信的需求较小时，亦或是通信需求大而应急车辆不能够第一时间赶到现场，就可以使用手持终端或人工搬运的便携站。此外，为了能够为综合接入以及备份业务提供方便，可以在应急车辆上安装车载卫星站或者用车辆将车载卫星站运到现场，到达现场10min后，建立好卫星通路，这样的方法对于那些特大、重大突发事件以及举行重大活动提供应急通信保障有很大的帮助。

4应急卫星通信系统及其建设研究

4.1卫星移动通信系统

如今，我国在开展的卫星移动通信业务时，主要使用的是国外的卫星移动通信系统进行工作，覆盖我国的五个通信系统，分别是：①新亚星系统；②全球星系统；③海事卫星系统；④铱星系统；⑤Thuraya卫星系统。在实际的应用中，可以根据卫星信号的强弱、卫星的使用费用以及卫星的业务能力和卫星的终端小型化这一系列因素，来进行卫星移动通信系统的选择。尽管国外的卫星移动通信能够满足一定的应急移动卫星业务需求，但是其信息的安全以及频率协调度都不能够有所保证，所以通常被应用到那些对于信息的安全度要求不够高的应急现场。卫星移动通信系统是国家一项具有战略性的信息基础设施，对于国家的社会、经济的发展以及国家的安全都有着很重要的影响，所以拥有自己专属的卫星通信系统很有必要，因而现阶段我国正在对拥有专属的卫星移动通信系统进行研究。

4.2宽带VSAT卫星通信系统

由于VSAT卫星通信系统具有以下几个优点：①技术成熟；②可靠性高；③网络结构的样式多样；④设计方法灵活多变；⑤空间频段资源比较丰富；⑥通信系统正不断向国产化发展。而上述的这些因素为信息系统的设计以及建设应急VSAT卫星通信网提供了技术、资源等方面的必要保障，近几年，VSAT系统已经渐渐能够支持宽带应用。在对VSAT卫星通信系统进行设计时，要将网络系统结构、技术体制、网络管理以及跟地面网的互联互通方面进行重点考虑。VSAT的网络结构形式一般有网状网、混合网以及星状网这三种形式。而应急VSAT系统支持的业务类型包括语音、高速数据和图像传送等业务，其中语音业务对时延敏感。按照对我国突发公共事件的处理流程来看，通常会在应急通信现场中不同的卫星站跟应急后方的指挥中心之间使用语音业务；而在应急现场跟后方指挥中心之间常常会使用数据和图像业务。所以，那些各站跟主站之间的星型网状、省内各站之间网状网的混合网结构更适合采用应急VSAT系统。卫星通信体制跟通信系统所采用的基带信号类型一般与五种方式有关：①复用方式；②信道分配；③多址方式；④调制方式；⑤交换制度。当前，VSAT技术体制的选择主要集中在多址方式上，FDMA/DAMA和MF-TDMA方式是应急卫星通信系统最常用的技术体制。采用FDMA/DAMA技术体制组建卫星网操作维护简便，终端的机动性好，非常适合应用在应急通信中。

5结语

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【关键词】卫星通信干扰抗干扰系统

现代卫星通信由于具有多种独特的通信优势，如通信范围广、通信数据质量高、通信组网方便、通信系统投资成本低、可有效克服复杂地理环境等优势，因此在军事和其他特殊行业领域应用范围十分广。卫星通信系统的种种优点能有效满足军事通信的保密性和抗干扰性要求，然而卫星通信系统也会面临通信干扰的潜在危险，需要进一步发展和完善通信系统的抗干扰技术方案和体系。

一、卫星通信面临的潜在的干扰

卫星通信系统主要分为上行链路和下行链路，上行链路面临的潜在干扰是主要是电磁干扰，如陆地固定式干扰机、机载干扰机和干扰卫星发射的干扰电磁信号，下行链路主要面临的是飞航式、机载式通信电磁干扰，但是下行链路扰时，干扰源在覆盖范围和信号干扰强度上都较小。因此卫星通信系统的上行链路干扰处于相对薄弱环节。上行链路面临的干扰依据不同的划分标准可以划分为多种不同的干扰类型。如按照干扰的形成方式可以划分为欺骗式干扰、压制式干扰和搅扰式干扰；按照干扰信号的频谱形式可以换分为瞄准式信号干扰、部分频带式信号干扰、扫频式信号干扰和阻塞式信号干扰等。西方发达国家的通信干扰技术的频率范围是0.5GHz到20GHz之间，干扰信号的脉冲峰值功率甚至可以达到10万W级上，干扰类型众多。

二、卫星通信常用的抗干扰技术

卫星通信抗干扰的主要目标是对信息数据、信息载体和信息传播方式进行有意识的处理，从而有效提高通信接收端的输出信干比，提升信号的抗干扰能力，使卫星通信系统能高效实现有用信息的传递。卫星通信抗干扰技术主要有：通信扩展频谱技术、通信抗干扰天线技术和编码调制技术等。

（1）天线抗干扰技术。

由于卫星通信网络空间跨度很大，通信很容易受到干扰，因此卫星通信抗干扰的核心方案之一就是完善和优化通信卫星的覆盖结构，以便即使某一方向受到强烈的通信干扰，仍然能保障我方天线能顺利接受卫星通信信号。具体的天线技术包括多波束天线技术（MBA）、智能天线技术和自适应调零天线技术等。MBA最大的优点是能灵活控制卫星发射天线指方向，尤其是相控阵MBA，可灵活选择卫星天线的波束形态以有效提高通信抗干扰能力；自适应调零天线主要原理是通过自适应加权来调整和优化天线阵，尽可能地降低卫星通信受干扰程度；智能天线技术则主要是在自适应天线的抗干扰技术基础上，通过优化阵列信号处理并利用数字波束形成技术来降低信号受干扰程度。

（2）扩展频谱抗干扰技术。

与传统的无线通信通过扩频与天线阵列技术结合的抗干扰技术不同，卫星通信的抗干扰技术对扩频的技术要求更高，因此卫星通信的核心抗干扰技术之一就是扩频抗干扰技术。扩频抗干扰技术一般分为直接序列扩频技术（DS）和调频技术（FH）。直接序列扩频技术可将接收到的信号进行解扩转化为窄带信号，窄带干扰信号也可被解扩为宽带信号，再通过窄带滤波器进行能量滤除，有效降低信号干扰度。而FH技术则通过在多种载波频率之间进行随机切换的方式进行抗干扰，相对于DS技术，调频在带宽较宽的情况下更为实用。

（3）编码调制抗干扰技术。

当卫星通信系统的数据遇到差错控制的问题是需要FEC技术进行解决―前向纠错。前向纠错可利用的FEC码主要是卷积码。当卫星通信遇到干扰时，可采用级联编码方案进行解决，该技术拥有两种简单级联码，相对于单一码有更多的编码增益。而卫星通信抗干扰可利用包括恒包络调制方式、PSK技术、连续相位调制方式、格状编码调制技术等调制方式进行抗干扰调制。针对不同的频段信号采用相应的调制方式可以有效提高卫星通信系统的抗干扰容限。

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关键词：天通一号；AIS；卫星移动通信；自动识别系统

1引言

随着经济的发展，世界船舶数量的增加，水道越来越拥挤，海损事故时有发生。各国主管部门建立了船舶交管系统（VTS）、船舶自动识别系统（AIS）、船舶远程识别与跟踪系统（LRIT）等海上交通安全系统。其中，船舶AIS由配合北斗/GPS定位系统，把舰船位置、航行速度、航向等船只动态信息以及船名、呼号、吃水等静态信息通过甚高频进行广播，使得岸站和周围船舶可以掌握附近所有船只信息，在临近时及时避让，从而保障船舶航行安全。根据国际海事组织要求，所有300t以上国际航向船舶、500t以上非国际航向船舶以及所有客船都要求配备一台AIS设备。“天通一号”是我国自行研制的第一颗卫星移动通信系统，于2016年成功发射，预计2017年系统投入商业运营。系统具备短信、语音和数据通信功能，具有成本低、保密性强、覆盖范围广等优点。本文设计一款基于“天通一号”对AIS数据进行转发的系统，可以监控区域覆盖AIS基站的盲区，为我国海上安全监管提供帮助。

2AIS系统介绍

船舶和航行管理部门需要及时了解船舶的航行状态、船舶类型等信息，以便于采取适当措施，保证海上航行安全，包含海洋环境。安装了AIS系统的船舶可以周期性广播船舶信息，实现船舶的自动识别。AIS广播4类信息：（1）船舶静态信息，包括海上移动业务识别（MMSI）、船名和呼号、船长和船宽、船舶总吨、船舶类型和天线安装位置。（2）船舶动态信息，包括船位、船舶航向和航速、船首向、航行状态机转向角度。（3）与航行有关的信息，包括船舶吃水、危险品、目的地、预计到达时间和航行计划。（4）与安全有关的信息，包括航行警告等。船舶在能见度低的情况下，雷达是主要避免碰撞的手段，但是岛屿遮挡等情况会使得雷达覆盖不完整而影响目标识别和跟踪。AIS系统可以通过无线信号广播来传输船舶信息和航行状态，包括船舶识别码、呼号、转向灯，这样可以防止船舶相遇时由于没有预先发现或者语音不通无法协调而引起误解，可以有效避免船舶碰撞。AIS作为一种自组织无线通信系统，具有较强的开放互联和兼容性，可以实现通过基站组网，也可以通过陆地公众网、卫星通信网互联，构成全国性网络，有效实现海上交管部门对船只的监视、识别、通信等需求。

3“天通一号”卫星移动通信系统介绍

“天通一号”是我国自主研发的首个卫星移动通信系统。“天通一号”卫星是地球同步轨道卫星，在2016年8月成功发射。整个卫星通信系统预计将于2018年投入使用，可以为我国领土范围及周边海域提供短信、语音和数据通信手段，填补我国移动卫星通信空白。相对于国外移动卫星通信系统，具有以下特点：（1）自主系统，安全可靠天通系统是我国独立研制的卫星移动通信系统，国内厂家进行研制、掌握全部知识产权并自主运营，适合涉及到国家安全和海洋监控管理部门使用。（2）成本低不同于国外盈利为目的的商业运营公司，天通系统服务于我国以及周边海域，资费预计只有国外同类卫星移动通信系统一半左右，极大降低了用户的使用成本，有利于船舶用户的大面积推广使用。（3）自主知识产权系统，可定制开发天通系统从芯片到终端都是国内厂商自主研发，国家科技重大专项也投入经费进行重点扶持。终端可以根据用户特殊需求进行不同类型的终端产品定制开发。可构建船舶卫星通信虚拟专网，适合海监、船舶报告中心等部门大范围内进行船舶数据采集和监控管理的数据传输需求。（4）通信定位一体化终端具备卫星移动通信和北斗定位功能，可以为用户提供通信和位置服务，可提供高精度授时等功能。

4应用天通系统的船舶AIS设计

4.1“天通一号”卫星移动通信系统船舶AIS应用总体设计

随着信息技术的发展，物联网技术正在快速发展。通过卫星通信技术，把分散在全球各地船舶的VTS、AIS、水文气象传感器等数据进行汇聚、处理、分析和转发，可以构建智能海上交通管理系统，解决海上信息孤岛问题。例如，港口业务人员可以提前得到即将入港船舶信息，并进行提前科学、高效的规划。运输部门可以掌握船舶货物类型、集装箱和旅客情况，合理组织船舶交通秩序，安排码头作业和货物综合物流运输。交管部门可以得到全国船舶实时信息，在台风到来前及时通知船舶进行躲避，在舰船遇难时可以通知周围船只进行营救。船舶远洋航行时距离陆地较远，卫星通信是主要的数据传输方式。天通系统船载终端可以提供实时双向数据传输，对AIS数据进行传输。基于天通系统的AIS应用系统包括船载卫星AIS终端、天通卫星、岸上处理中心等组成。岸上处理中心对收到的船舶信息根据用户和监管部门需求，可以送给中国船舶报告中心、船舶调度信息系统、航运公司信息网、港口信息网等机构和部门。其中，岸上处理中心为用户提供语音、短信服务、数据传送、远程测控以及各类信息增值服务的机构。对于海洋船舶用户而言，可以通过天通运营服务中心进行语音、数据通信、短信通信服务，还可以基于天通数据功能开发专用服务软件。应用服务功能包括：（1）基本应用：电子海图显示及控制、船舶监控、船舶搜索、船舶定位、轨迹回放、短消息收发、调取船位等功能的服务。（2）高级应用：在线离线船舶统计、港内港外船舶统计、电子海图下载等功能的服务。（3）告警及安全应用：船舶预警、船舶报警、报警处理、搜救救助、指挥调度功能的服务。（4）灾害应用：台风、海浪等气象和海况信息，并能提供预警信息播发等灾害应用服务。（5）视频应用：可调用渔船渔港视频监控系统实现视频监控服务，进行视频通话。（6）增值服务：向船舶经营者提供机器运转情况、燃油消耗统计、渔汛信息等交易信息和物流运输信息服务。

4.2船舶卫星AIS终端设计

船舶卫星AIS终端包括船舶设备通用接口、AIS信息处理器、卫星移动通信模块、VHF收发机、信息显示器和按键等。其中，船舶设备通用接口单元采集其他船舶设备信息，包括陀螺罗经、自动雷达标绘仪（ARPA）、电子海图显示与信息系统（ECDIS）、船载航行数据记录仪（VDR）和计程仪等。AIS信息处理器对采集到的各种信息和AIS数据进行分类、过滤、压缩等处理，这样可以减少数据传输量、降低通信成本。操作显示单元采用安卓智能操作系统，实现对AIS信息进行查看、显示海图、拨打卫星电话、发短信等功能。航行记录仪类似于黑匣子，可以记录日期、时间、船位、船速、航行、驾驶台声音、通信声音、雷达数据、告警信号、舵命令和响应、轮机命令和响应、深度信号、船体开口情况、水密门和防火门状态等15个方面数据，用于事故发生后确定事故原因。卫星移动通信单元包括卫星射频处理单元、基带处理单元、USIM卡、存储单元、晶振、电源管理单元等，完成卫星移动通信功能，可以与岸上处理中心进行语音、短信和数据业务的传输。卫星移动通信单元对外接口包括UART、电源、USIM、PCM、SDMMC、JTAG、状态指示等。其中，UART完成与信息处理单元的通信和数据业务传输，PCM作为语音传输接口。模块采用四线睡眠唤醒机制，在没有业务时，功耗可以控制在20mW以内。当有业务需要通信时信息处理单元唤醒卫星模块，模块进入工作模式。电源管理负责卫星模块以及卫星天线的电压转换，采用低功耗措施，把不需要运行的功能模块电源关闭，同时智能调节处理器运行频率，降低设备功耗。

卫星天线采用宽波束天线，实现S移动信号接收和发射。经过仿真，天线在±60°时增益大于0dBi。天线仿真如图4所示。卫星天线、DB/GPS天线和AIS天线集成在一起，应安装在舱外空旷位置，不要安装在工作甲板周围的护栏杆附近，最好高出船舶其他物体的顶部，特别是金属物体对与卫星天线仰角方向的遮挡角不宜大于10°。卫星通信天线安装位置也应避开船舶雷达天线的直接照射。AIS终端使用自组织时分多址SOTDMA技术，所有AIS台站在本次发射中指定下一次发射时隙，发射时隙随机选择作为候选时隙的空隙，工作在VHF频段。为了保证可靠性，使用161.975MHz和162.025MHz。终端两个接收机分别工作在这两个频率上，而发射机在两个频率上轮流发射，传输速率为9.6kbit/s，调制方式采用最小移频键控（MSK）。AIS与雷达目标信息进行时空校准、航迹关联和航迹融合处理，可以得到最接近真实航行数据的融合航迹。操作显示单元主要由输入菜单、输出系统和信息处理系统3部分组成。输入菜单主要包括船舶信息、航行信息、日志维护、港口信息等；输出系统包括数据备份、数据导入、打印等；信息处理作为处理软件运行后台。软件采用安卓操作系统，应用软件具有可扩展性，用户可以安装和使用基于互联网数据业务的微信、收发E-mail等应用软件。

5结束语

天通卫星移动通信系统是我国自主知识产权的卫星通信系统，船舶卫星AIS终端把AIS信息通过卫星信道进行传输，具有使用方便、保密性强、费用低等特点，为船舶管理部门提供了一个较好的解决方案。本文结合船舶AIS和天通卫星移动通信的特点，设计了一套船舶AIS监控系统，可以有效增加AIS传输距离，减少覆盖盲区，服务海上安全监管。

参考文献

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[3]刘宇,邹光南,王兆俊,等.卫星短报文通信系统研究[J].无线电工程,2014,44(10):12-14.

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一、卫星通信的工作频段

卫星通信中，工作频段的选择是一个十分重要的问题。它直接影响系统的通信容量、质量、可靠性、设备的复杂程度和成本的高低，并且还影响到与其它通信系统的协调。一般而言，卫星通信工作频段的选择必须根据需要与可能相结合的原则，重点考虑下列因素。

（1）电波能够穿过电离层，传播损耗和外部附加噪声应尽可能小。

（2）应具有较宽的可用频带，尽可能增大通信容量。

（3）合理使用无线电频谱，防止各种宇宙通信业务之间以及与其它地面通信业务之间产生相互干扰。

（4）考虑电子技术与器件的进展情况以及现有通信技术设备的利用与相互配合。

综合上述因素，卫星通信的工作频率选择微波波段是最合适的。

二、卫星通信电波的传播损耗

卫星通信链路的传输损耗包括自由空间传播损耗、对流层传播损耗、电离层传播损耗等，下面依次来分析。

1、自由空间的传播损耗

在整个电磁波传输过程中，即使不发生反射、折射、吸收和散射等现象，也会发生能量向空间扩散而损耗的现象，这被称为自由空间损耗。电波被天线辐射后，便向周围空间传播，由电磁波传播原理可知，每个辐射出去的平面上的点都可以当做新的信源，继续向四周辐射。

实际表明，电波在自由空间以球面形式传播，电磁场能量扩散，接收机只能接收到其中的一小部分，大部分能量在传播过程中损耗了。传播距离越远，到达接收地点的能量越小。

2、对流层传播损耗

对流层是指自地面向上大约10km范围的低空大气层，对流层集中了整个大气质量的3/4，当地面受太阳照射时，地表温度上升，地面放出的热量使低温大气受热膨胀，进而造成了大气密度不均匀，于是产生了大气的对流运动，对电波传输产生了一定的损耗。

（1）大气折射

大气折射率n是指电磁波在自由空间中的传播速度c与在大气中的传播速度v之比。n随高度的增加而减小，v随高度的增加而增加，从而使电波传播的轨迹向下弯曲，因而，由于大气的折射作用，实际的电波传播不是按照直线进行，而是按曲线传播的。大气折射使电磁波射线路径发生弯曲，从而使收信点的接收功率发生变化。

（2）大气吸收损耗

任何物质的分子都是由带电粒子组成的，这些粒子都有其固有的电磁谐振频率。当通过这些物质的微波频率接近它们的谐振频率时，这些物质对微波就产生共振吸收。大气中的氧分子具有磁偶极子，水蒸气分子具有电偶极子，它们都能从电磁波中吸收能量，从而产生吸收损耗。

（3）雨雾引起的损耗

雨雾等自然现象都是对流层殊的大气环境造成的，并且是随机产生的，它使发端到收端之间的电磁波被散射、折射、吸收。其中，降雨损耗尤为明显。当工作频率大于30GHz时，即使是小雨，造成的损耗也不能忽视。在10GHz以下时，必须考虑中雨以上的影响。为了保证可靠通信，在进行链路设计时，通常先以晴天为基础进行计算，然后留有一定的余量，以保证降雨、下雪等的情况仍然满足通信质量要求。

3、电离层传播损耗

电离层的影响主要是电离层闪烁衰落，衰落值同地磁纬度有密切关系，在地磁纬度30°附近是一闪烁增强带，地磁纬度20°以下，春夏发生闪烁严重且频繁。电波穿过电离层的衰减量，随入射角而变化，垂直入射时，衰减量最小。

另外，电波还受地球磁场的影响，线极化电磁波的极化平面会发生旋转效应，因此，要根据不同情况，对极化面的变化进行补偿。

4、多普勒频移

当卫星与用户终端之间、卫星与基站之间、卫星与卫星之间存在相对运动时，接收端收到的发射端载频发生频移，即多普勒效应引起的附加频移，称之为多普勒频移。多普勒频移对采用相关解调的数字通信危害较大，地球站接收机必须采用锁相技术才能稳定地接收卫星发来的信息。

对于移动卫星通信而言，它可能利用静止轨道卫星，也可以是非静止轨道卫星，对于前者，产生多普勒频移主要是因为用户终端的运动，后者主要取决于卫星相对于地面目标的快速运动。

5、多径衰落和阴影遮蔽效应

电波在移动环境中传播时，会遇到各种物体，经反射、散射、绕射，到达接收天线时，己成为通过各种路径到达的合成波，即多径传播模式。各传播路径分量的幅度和相位各不相同，因此合成信号起伏很大，称为多径衰落。

电波途经建筑物、树林等时受到阻挡被衰减，这种阴影遮蔽对陆地移动卫星通信系统的电波传播影响很大。

以上分析了卫星通信电波在传输过程中可能产生的各种传播损耗，实际中，电波还受到传输噪声的影响。

三、卫星通信电波的传输噪声

当电波经过传输达到接收机时，会引入一部分噪声，这些噪声对接收机影响较大，实际中要充分考虑。接收机输入端的噪声分别由内部（接收机）和外部（天线引入）噪声源引入，外部噪声源可以分为两类：地面噪声和太空噪声。地面噪声影响最大，来源于大气、降雨、地面、工业活动等，太空噪声来源于宇宙、太阳系等。

1、太阳系噪声

它指的是太阳系中太阳、各行星以及月亮辐射的电磁干扰被天线接收而形成的噪声，其中太阳是最大的热辐射源。只要天线不对准太阳，在静寂期太阳噪声对天线噪声影响不大；其他行星和月亮，没有高增益天线直接指向时，对天线噪声影响也不大。实际上，当太阳和卫星汇合在一起，即太阳接近地球站指向卫星的延伸线时，地球站就会受到干扰，甚至造成中断。

2、宇宙噪声

外空间星体的热气体及分布在星际空间的物质所形成的噪声，在银河系中心的指向上达到最大值（通常称为指向热空），在天空其它某些部分的指向上是很低的（称为冷空）。宇宙噪声是频率的函数，在1GHz以下时，它是天线噪声的主要成分。

3、大气噪声与降雨噪声

电离层、对流层不但吸收电波的能量，也产生电磁辐射而形成噪声，其中主要是氧气和水蒸汽构成的大气噪声，大气噪声是频率和仰角的函数。大气噪声在10GHz以上显著增加，仰角越低时，由于电波穿越大气层的路径长度增加，大气噪声作用加大。

降雨以及云、雾在产生电波吸收衰减的同时，也产生噪声，称为降雨噪声。对天线噪声的作用与雨量、频率、天线仰角有关。即使在4GHz的频率下，仰角低的时候，大雨对天线噪声影响也很大，因此我们在设计系统的时候要充分考虑这些因素。

4、内部噪声

内部噪声来源于接收机，由于接收机中含有大量的电子元件，而这些电子元件中由于温度的影响，其中自由电子会做无规则的运动，这些运动实际上影响了电路的工作，这就是热噪声，因为在理论上，如果温度降低到绝对零度，那么这种内部噪声会为零，但实际上我们达不到绝对零度，所以内部噪声不可根除，只可抑制。

篇10

综合运营交换系统是卫星运营商实现商业运营的业务支撑平台，基于业务规则引擎、工作流引擎、消息中间件以及插件技术实现的开放式综合运营交换系统，可支持多业务接入、多业务融合运营计费，简化卫星通信运营商业务办理流程，提高工作效率，满足日常运营需求。

关键词:

综合运营交换系统；电信港；通信卫星

1引言

卫星通信系统作为国家基础设施，对于提高国家影响力及人民生活水平具有积极意义，近年来，在国家积极推进航天技术应用产品进入国际市场的趋势影响下，我国先后向玻利维亚、老挝提供了包括通信卫星发射服务、通信卫星在轨交付和通信卫星地面运营的天地一体化系统。通信卫星作为空间基础设施的一种，只有配备了地面应用系统才能面向用户提供服务。通信卫星电信港(Teleport)[1]作为通信卫星地面应用系统，一方面为通信卫星与地面通信设施之间互联互通提供枢纽，另一方面，承载着多种应用业务，如广播电视业务、远程教育业务、VSAT通信业务、应急通信业务、国际关口站干线数据传输业务等。综合运营交换系统作为通信卫星电信港的重要组成部分，是针对国际通信卫星地面运营特点规划的系统，该系统为电信港所承载的多种应用业务提供综合运营支撑及数据交换。通信卫星运营商可基于该系统向各类用户提供有偿运营服务，实现卫星通信系统建设成本回收[1]。

2系统设计

2.1系统概述以运营广播电视业务、VSAT业务、远程教育业务的通信卫星电信港为例，该类电信港包括VSAT系统、广播电视系统、远程教育系统、综合运营交换系统，电信港组成及对外接口如图1所示。综合运营交换系统作为通信卫星电信港的重要组成部分，实现业务数据交换功能及业务运营支撑功能。首先，为电信港内部VSAT系统、广播电视系统、远程教育系统提供数据交换的统一接口，包括与当地电视台、电视节目提供商、电信运营商、Internet服务提供商、教育资源提供商的接口；其次，为电信港运营商提供VSAT业务、广播电视业务、远程教育业务对外运营的平台.

2.2系统架构设计综合运营交换系统设计基于电信管理论坛（TMF）[2]的下一代网络运营支撑系统增强型电信运营图（NGOSS/eTOM）体系架构[3]，包括数据核心层、业务逻辑层、接入层三部分。其中，通过在业务逻辑层引入中间件技术[4]及插件管理，提高系统灵活性及可扩展性，使得系统不仅支持单一业务运营，同时能够支持多业务融合运营。中间件技术包括业务规则引擎、工作流引擎[5]、消息中间件三种类型，其中，业务规则引擎以更加灵活的方式应对性能和可用性增长的需求；工作流引擎应对施工调度等流程的灵活可变，实现业务过程的可配置及全程监控；消息中间件通过构建基于消息机制的系统架构，实现子系统间最大限度的解耦和分离，使得每个子系统可独自发展，并得到更高的处理性能和可靠性。综合运营交换系统功能模块包括客户管理、产品管理、服务管理、资源管理、综合账务、融合计费、营销管理、结算管理、合作伙伴管理、基础管理及数据交换传输功能，功能模块结构如图2所示。客户管理：建立统一的客户信息视图，对客户、用户、账户及客户信用等信息进行管理，分为个人客户管理及集团客户管理。产品管理：电信港产品包括VSAT宽带通信产品、VSAT语音通信产品、DTH电视节目产品、远程教育产品，产品管理是对产品全生命周期的管理，包括产品创建、产品变更、产品配置、产品退出、产品，产品信息包括产品所提供的服务信息，所需物理资源信息以及产品的资费信息。服务管理：服务管理包括对服务开通、停断类定单管理、工单管理，并提供面向VSAT网管、DTH用户管理系统、远程教育网管的指令配置管理。资源管理：电信港运营涉及资源较多，包括VSAT端站设备、DTH系统TVRO设备、DTH系统CA卡，资源管理包括对资源入库、出库、资源调拨、资源盘点、库存预警以及资源信息的管理。综合账务：提供账务处理及账务管理功能，按照账务资费定义对客户所订购产品进行出账、销账操作，提供账单管理、账务核算、发票管理功能，根据客户信用情况对欠费用户进行服务限制。融合计费：提供计费原始数据采集及预处理功能，按照计费资费定义对客户所订购的产品进行计费控制最终生成计费详单，提供灵活可定制的计费策略，包括VSAT业务、DTH业务及远程教育业务的融合计费。营销销售：包括营销方案制定、营销活动管理、商机管理、销售活动管理功能。合作伙伴管理：电信港运营商合作伙伴包括电视节目提供商、电信运营商、Internet服务提供商、教育资源提供商及DTH、VSAT终端产品生厂商等，合作伙伴管理功能对电信港运营商合作伙伴进行资质管理等信息管理功能。结算管理：结算管理提供电信港运营商与合作伙伴之间的账务结算。基础管理：提供系统操作权限、日志管理、安全管理、数据备份清理等功能。数据交换传输：通过合理的路由、交换配置，提供电信港内部VSAT系统、广播电视系统、远程教育系统提供数据交换的统一接口，包括与当地电视台、电视节目提供商、电信运营商、Internet服务提供商、教育资源提供商的接口。

2.3系统接口设计综合运营交换系统接口包括外部接口与内部接口，接口设计如图3所示。

2.4系统工作流程设计综合运营交换系统工作流程包括业务开通流程、业务变更流程、业务中止流程，以DTH、VSAT、远程教育融合业务开通流程为例，系统工作流程设计如图4所示。

3运营策略设计

综合运营交换系统作为卫星运营商实现商业运营的业务支撑平台，向各类用户提供有偿运营服务，包括面向卫星通信终端客户提供广播电视服务、语音通信服务、宽带通信服务及远程教育服务运营计费的业务系统，以客户为导向、多业务融合运营是其主要特点。为适应卫星运营商实际运营需求，尽快收回卫星系统及电信港系统建设成本，所设计系统需满足如下运营策略：分级运营策略：可根据所在地行政区域划分、实际运营需求，设置两级或多级运营方式，将业务层与决策层分离，有利于业务分散管理，吸纳更多的终端客户；灵活的计费及账务结算策略：计费策略及账务策略与产品所提供的服务相关联，计费策略及账务策略灵活可配置，可选计费策略包括计费起始日期策略、计费截止日期策略、服务开通日期策略、服务停断日期策略、按定单竣工日期、下帐期起始日期、本帐期截止日期等；可选账务策略包括残月收费策略、残月退费策略等，灵活的计费及账务结算策略可满足终端客户不同的使用需求；融合业务运营策略：提供基础业务产品与融合业务产品，其中基础业务产品包括远程教育基础产品、广播电视基础产品、VSAT基础产品，融合产品为三种基础产品的组合；终端客户可通过综合运营交换系统一次性完成远程教育、广播电视、VSAT通信多种服务的开通及停断操作，使得终端客户业务办理流程更加高效，可使用的服务更加多样；统一的接口管理策略：采用接口机部署接口管理模块，统一管理VSAT系统、广播电视系统、远程教育系统的接入,在提高接口转换效率的同时确保系统接入安全性，同时方便未来系统扩充或新业务接入；客户接入多样化策略：除传统营业厅之外，为终端客户提供多样化接入服务，如银行、自助终端、网上营业厅等，使得终端客户接入系统更为便捷。

4结论

综合运营交换系统基于业务规则引擎、工作流引擎、消息中间件以及插件技术实现，不仅能够实现多业务融合运营计费，同时支持产品及流程定制化，具有灵活可配置的特点，可满足卫星运营商复杂多变的使用需求，该系统已成功应用到多个国际通信卫星项目。

参考文献

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

[2]余鹏武等.OTT的运营支撑系统需求[J].电信科学,2014年,第30卷(第6期):24-37.

[3]黄振益等.eTOM/SOA的数字汇流运营支撑系统及流程实现[J].北京邮电大学学报,2011年,第34卷(第2期):39-44.

[4]张云勇等.中间件技术原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2013年.