时间：2022-04-25 04:38:17
导语：在卫星通信论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了一篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
1卫星信号复用模块
卫星信号复用模块的功能是：将船载北斗收发设备与其原配的控制终端设备进行分离；将信号根据不同策略复用为两路数据信号；提供与数据采集终端的接口。图1给出了卫星信号复用模块与系统的其他部分的连接的方式。其中的北斗卫星通信天线完成北斗信号的收发、导航信号的接收以及双向数字接口的信号交互；北斗控制终端是国内北斗星通公司开发的多用途控制设备，其功能涵盖了导航、轨迹录、报文收发和紧急情况下的报警呼救等；数据采集终端是本系统中的采集数据的收发系统，利用人工输入海洋资源数据，并通过卫星信道将数据发回北斗整列控制中心。卫星信号复用模块是各个模块的通信中枢，完成设备对信道的申请和释放，并且为各个工作子系统供电，系统对其工作稳定性和可靠性提出了较高的要求。图2给出了卫星信号复用模块的内部结构图。其中RXD_T和TXD_T分别表示RS232电平的北斗卫星天线的数据收发信号；RXD_K和TXD_K表示北斗控制终端的RS232数据收发信号；RXD_C和TXD_C表示数据采集终端的数据收发信号。其结构比较简单，但是在前期的设计和测试中发现了一系列可靠性问题。长时间地将数据采集终端以在线方式工作会造成卫星天线或者控制终端无法收发数据，因此在设计上采用了回馈电源模式，即当采集器不工作时，切换电路工作于信号直接切换模式，信道不受数据采集器控制。同时还发现当数据采集器不工作时，地线连接会造成数据串扰，所以在设计中采用了地线切换模式，当采集器不工作时将地线断开。为了进一步提高可靠性，降低干扰，信号切换没有采用有源的电子器件，而采用了电磁式继电器，当采集器不工作时系统的信号处于机械切换模式。采取上述措施后，系统无响应和数据通信失败的现象基本没有出现。
2控制终端设计
控制终端是数据采集人员的操作设备，其功能是输入采集的数据并且将数据发送。控制终端采用了ARM9架构的S3C2440作为核心处理器，利用自主开发的嵌入式操作系统，采用面向对象技术进行开发。其设计的模块结构图见图3。S3C2440核心板上有SDRAM与NANFLASH，分别用于应用程序的执行和程序的存储；北斗控制终端接口包含了北斗天线的串行控制口和电源；智能液晶显示接口通过串口2将核心板的显示控制数据传递给智能液晶模块；阵列式扫描接口读取操作人员的输入键值用于数据控制。控制终端的软件结构图见图4。扫描键盘处理模块驱动阵列式键盘，读取用户的输入键值，并提交系统处理；智能终端GUI模块负责用户的图形界面处理，主要功能包括控件界面绘制，事件响应以及消息传递；GPIO电路驱动模块用于控制卫星信号复用模块的北斗信号切换，以及北斗系统电源的管理；伪汉字空间的转换模块负责将采集到的数字信号映射到GB2312的汉字空间，以适应北斗卫星通道的数据传输；稀疏数组压缩模块解决了北斗数据包短，而采集数据量较大的问题，通过自定义的无损压缩算法，将采集的数据高效率压缩以适应北斗数据通道的特点；北斗数据编码解码模块负责将处理好的数据以北斗规定的格式编码和解码；系统参数管理模块负责管理存储在智能终端中的系统参数，以配置不同的应用方案。
3伪汉字编码方案
北斗卫星通信系统对用户的级别做了严格限制，民用的北斗运营商普遍采用了内容过滤程序，即当发现传输内容为GB2312国标码时，允许数据通过，当发现传输内容为非GB2312国际码时不允许数据通过。数据采集的数据格式不符合GB2312编码标准，因此在系统设计上遇到了数据无法传递的困难。为了解决上述问题，设计了伪汉字编解码方案。其基本思路是：编码时将原始的数据流进行分解，分配到多个汉字空间，解码时从汉字空间提取出数据流，并且将拆分的数据进行合并。GB2312是北斗采用的汉字通信系统，用于民用终端的数据发送。GB2312中每个汉字由2个字节组成，第一个字节的范围为176~247，而第二个字节的范围为160~254。因此第一个字节的有效编码空间为0~71，而第二个字节的编码空间为0~94。为了简化算法，将两个字节的编码空间都设置在0~63即2的6次方范围内。实际上将数据看成一个Bit流，将8Bit为单位分解为6Bit为单位，其示例图见图5。图中上方的8Bit的3个字节被看成24Bit的数据，在图中部分解到4个字节，每个字节为6位，高2位补零。实际上上方的数据与中部的数据从Bit流看来都是24Bit。得到4个字节的6Bit数据后，在每个字节上加上176得到图5中下部的数据，即伪汉字编码。该编码的范围位于GB2312的范围内，可用于北斗信号的数据传送。解码的过程与编码的过程相反，不再叙述。在编码的过程中还会遇到实际问题：图5中演示的情况属于比较特殊的情况，输入的数据的字节数量是3的倍数，输出的字节数量为4的倍数。现实的数据流不一定满足上述要求，例如如果输入的数据是4个字节，输出需要的字节数是6个字节；如果输入的是5个字节输出的需要6个字节。这样会给编解码带来巨大的困难。为了简化编解码，可以将数据进行特殊的处理，办法是在传递的数据中增加一个数据的长度指示，并且将数据进行整数倍拼凑。其过程见图6。在数据的头部附加了一个长度指示器，其作用是当收到的数据后部附加的有PAD时可以将原始的数据提取出。PAD是附加在有效数据后面的无效数据，PAD的数量根据原始数据长度变化，其数量为0~2个。数据扩展的原则是将数据的整体长度扩展为3的倍数。这样得到的伪汉字编码的数据长度就是4的倍数，如此扩展的目的是有利于编码和解码。
4北斗数据通讯阵列与系统整体架构
由于北斗系统是军民两用系统，并且随着用户数量的增加，通信带宽日益紧张，为了保障系统中的高级用户权限，对用户的收发信息的频度做了限制，平均一分钟才能发送一条信息。而对于接收信息的频度却没有限制，所以信息的接收相对较快。由于北斗的信息通道采用了无验证的协议，发送方无法得知接收方是否成功接收数据。为了保证通信的可靠性，本数据采集系统对北斗通信协议进行了改进。具体方法为：发送方发送消息后，从系统中获取一个随机变量用于产生延时，如果在规定的时间长度内没有收到对方发来的验证数据就继续发送，直到成功收到接收方的验证数据报。采用上述协议后，系统通信的可靠性得到了提高，但却给北斗的通信系统带来的严重负担。特别是随着采集系统数量的增加，控制中心的通信负担日益加大，采集终端数据发送的成功率也大幅下降，严重影响了系统的正常工作。为了提高系统的数据吞吐率，利用北斗系统收发速率不平衡的特点设计了北斗卫星阵列，采用了单点接收设备以及多点发送的通信模式。当接受北斗设备收到采集系统来自海上的信息后，根据负载平衡的算法，从发送阵列中选择一个空闲设备完成数据发送。如果没有空闲设备就根据负载最少原则获取北斗发送设备并将数据压入发送消息队列。采用北斗阵列和负载平衡算法后，数据的吞吐率提高，系统的反应速度加快，也提高了采集设备的用户体验。系统的整体结构见图7。多个北斗设备通过统一的网关接入北斗应用服务器，相关的控制软件运行在其上，负载解析和实现北斗设备的控制协议，系统的负载平衡以及将采集的数据回写到数据库服务器。系统决策服务器上运行的软件负责解析数据，分析相关的资源信息，以及GIS的控制信息。Web服务器对通过VPN网关的远程用户提供了数据访问服务，由于数据涉密，对不同的用户采用了硬件加密的认证模式，数据的传输也经过了加密通道的处理。
5实际应用
该研究项目经过多年的研发已经在海洋渔业资源、海洋生态和海洋安全方面得到广泛应用。为了分析海洋渔业资源，在本终端上设计了渔业捕获实时报告系统。具体方法是针对渔业捕捞的的各种船型，每种船型选择常见的50种鱼类，将鱼类的名称和图片写入终端。船员在捕捞结束后利用本终端将各种鱼类的产量通过北斗发送给控制中心。其中的数据不仅有渔获产量，而且还有捕捞的时间和地点，控制中心将数据记录入数据库后，结合相关的港口渔获数据，以及海洋卫星遥感数据，可以分析海洋鱼类的巡游规律，并且指导渔业生产。渔业管理部门也可以了解海洋整体上的生产情况，以便合理地进行生产管理。目前已经在南海生产渔船上安装了近300套设备，大部分设备工作正常。图8给出了第二代渔获采集终端实物，图9给出了GIS软件上的安装了设备的渔船的作业分布图。该系统还用于渔场预测，结合卫星遥感信号得到的温度、洋流和叶绿素等相关因素，根据终端传回的数据，分析渔场并将得到的预报信息通过控制中心发送到终端上，从而指导渔业生产，减少资源消耗，提高经济效益。图10给出了渔场预报的样图。该设备还用于增值放流工作的检测：为了保证渔业资源的稳定，需要人工放流鱼种。为了跟踪放流鱼种的生长和巡游情况，放流前在部分鱼种上留有标志，并且在放流前将标志与鱼种信息记录在数据库中，当鱼被装有终端的渔船捕获后，船员将鱼的参数和标志编号输入终端，通过北斗发回控制中心，相关的放流数据就可以进入软件分析，从而得到放流的效果评估。目前本终端还具有了天气预报信息的发送以及他国渔船越界捕鱼事件报告的功能，可以在渔业安全和保护国家渔业资源等方面发挥作用。
6结束语
北斗卫星船载数据采集系统是针对大面积海洋资源数据采集设计的集成系统，涵盖了嵌入式系统技术、卫星通信技术、伪汉字编码技术、数据库技术、WEB技术以及数据安全技术。研究的内容涉及硬软件开发技术、通信协议设计技术、编码技术、GIS技术、数据库访问技术以及Web开发技术等各个方面。项目经过样机研发、小规模测试到大规模推广等各个阶段，目前已经在南海的船舶上得到推广应用，获取了大量的南海资源数据，并在数据分析的基础上产生了一批相关成果。在今后的工作中，该系统将和正在研发的船载无人数据采集系统相结合，将现场采集数据与资源采集数据相融合，进一步研究海洋的规律，为科研和生产服务。
作者：邓锐王峰陈海生陈亮单位：广东海洋大学智能工程研究所
1静止轨道卫星通信资源－任务匹配约束分析
静止轨道卫星通信资源－任务匹配就是根据通信任务需求，综合考虑各种约束条件，按照一定规则对卫星资源进行优化配置，制定出满足卫星应用任务需求的资源分配调度方案［9］。卫星任务规划方案的合理性和正确性直接关系到任务的完成效果［10］。因此，要实现规划调度的目标，必须对静止轨道卫星通信资源调度问题中涉及到的约束条件进行详细分析。静止轨道卫星通信资源调度问题的约束规则，可分为2大类共6项，如图2所示。
1．1静止轨道卫星通信资源－任务匹配的硬性约束硬性约束是指完成卫星通信必须具备的最基本的条件。包括3项内容，具体为:1)通信资源调度的范围约束卫星通信首先要求卫星能被卫星无线电通信使用终端“看到”，而这是由卫星天线波束覆盖范围决定的，即当卫星无线电通信使用终端处于卫星天线波束覆盖范围内时，才能进行通信;否则无法达成通信。2)通信资源调度的时间约束①任务的时间约束。针对某一任务的资源调度时间不能晚于该任务的开始时间，资源调度结束时间不能早于任务的结束时间，且任务对于资源的占用时间不能小于任务执行的持续时间。②资源的时间约束。在春分和秋分期间，静止轨道卫星由于处在太阳和地球之间，此时太阳带来的强噪声将引起通信中断，即日凌中断。3)通信资源调度的频段约束不同卫星、卫星使用终端的工作频段通常是确定值，而只有处于同工作频段的卫星和使用终端之间才能建立通信链路，提供通信服务，这是卫星通信资源调度问题中的一个硬约束。
1．2静止轨道卫星通信资源－任务匹配的软性约束软性约束是指对卫星通信的质量、取得效益具有影响的约束条件。包括3项内容，具体为:1)通信资源调度的能力约束资源具备的能力(比如带宽等)必须达到完成任务的最低要求，才能被分配执行任务。2)通信资源调度的质量约束在卫星通信中，无线电波要先后穿越对流层、平流层、电离层等，不可避免的会受到多种因素影响，产生自由空间传播损耗、大气吸收损耗和雨衰损耗等，导致通信质量下降，甚至出现通信中断的现象，特别是降雨对Ku，Ka频段信号产生衰耗较大［12］。而目前，实际应用中的通信卫星工作频段大都在C，Ku和Ka频段。因此，在调度过程中要考虑通信链路载噪比、损耗、误码率等的影响。3)通信资源调度的优先级约束①任务的优先级约束。任务的价值(重要程度)、紧迫度和执行顺序等属性决定了每项任务具备不同的优先级。②资源的优先级约束。资源的价值、能力和稀缺程度等属性决定了每个资源也具备不同的优先级。
2静止轨道卫星通信资源－任务匹配问题模型
在一个多任务的通信环境下，通信资源分配问题可以描述为一个由通信资源和通信任务所构成的数学规划问题。基于以上对静止轨道卫星通信资源－任务匹配的约束分析，建立数学模型如下。
2．1问题假设为简化问题，便于建立数学模型，在不改变问题性质的前提下，做出如下假设:1)所有资源都绝对可靠，即不考虑出现资源性能降低或者故障的情况;2)一个通信资源某一时刻只能为一个通信任务提供服务。3)卫星转发器均为透明转发器，不考虑卫星具备星上处理功能;4)所有任务在进行匹配调度前已经确定，不考虑有新任务动态更新的情况;5)任务一旦开始就必须完成，不考虑自然或人为干涉的任务中断;6)各个任务之间是相对独立任务，不存在逻辑上的先后关系;7)匹配调度过程中不考虑决策者或者事件固有经验的偏好因素。
2．2变量约束条件描述1)覆盖范围约束卫星覆盖区域d由波束决定，对于全球波束，覆盖区域为地球南北纬75°之间与以星下点为中心对地球边缘张角17．34°所围成的部分。对于点波束，覆盖区域d可以通过模型计算得到。若任务区域为D，任务区域必须在覆盖范围之内。
2．3目标函数卫星资源调度相关研究中，通常根据任务完成情况确定目标函数［17］。一般的资源－任务调度多数是以产生的综合收益最大为目标，本文从任务收益和卫星资源使用两方面考虑调度目标。1)任务调度收益大。即任务收益之和尽可能高，不仅要尽可能调度高收益的任务，而且成功调度的任务数量要多。收益主要根据任务的优先级确定。
3静止轨道卫星通信资源－任务匹配问题求解思路
根据以上分析可知，静止轨道卫星通信资源－任务匹配是一个多目标组合优化问题，结合静止轨道卫星通信资源－任务匹配规则，给出求解该问题的思路，如图3所示。匹配过程可以描述为:步骤1数据初始化。根据通信任务和卫星资源的描述，进行数据预处理，主要是编号、计算资源覆盖区域和可用时间，得到任务集合T和资源集合R，进入步骤2;步骤2匹配可行性检测。对照资源－任务匹配的“硬约束”条件，筛选出可调度任务集Tk。如果Tk为空，则无法进行匹配，终止流程，否则进入步骤3;步骤3选择任务。从可调度任务集Tk中选出优先级最大的任务Ti，并将Ti移出Tk，进入步骤4。如果已完成的任务数量等于可调度任务总数，则结束整个流程;步骤4选择资源。根据资源优先级，为选定的任务Ti分配资源Rj，如果资源能够满足任务需求，进入步骤5;否则进入步骤6;步骤5资源分配。将资源Rj从R中移出，设置Rj状态为已调用，并将Rj的处理任务结束时间设为tie，返回步骤3进行循环操作;步骤6资源释放。选择刚完成的任务，将其占用的资源状态设置为可调用，并放回R中，返回步骤4进行循环操作。
4数据仿真
人工智能算法是求解多目标组合优化问题的有效手段，本文采用蚁群算法进行仿真分析。采用MatlabR2010a编程，在Win7系统(硬件配置Core二代2．2GHz，1G内存)计算完成，调度总收益19，经验证其结果正确，运行时间2．775756s。运行结果如表4所示。
5结束语
结合静止轨道卫星通信的工作过程和轨道特点，系统分析了在多卫星和多任务通信环境背景下，静止轨道卫星通信资源与卫星通信任务需求进行匹配调度的约束规则，并提出了问题的优化目标函数，建立了静止轨道卫星通信资源－任务匹配调度的模型，最后，给出了求解该问题的基本思路，进行了实际仿真，为开展静止轨道卫星通信资源分配调度算法研究奠定了基础。
作者：贺寅张海勇任重单位：海军大连舰艇学院通信系
1技术方案
本系统采用LabWindowsCVI来进行设计与开发，系统软件框图如图2所示。软件系统由监控界面、参数设置模块、数据采集模块、程控命令模块、数据处理模块、图像显示模块和数据存储模块组成。各模块功能通过LabWindowsCVI进行模块化设计。
计算机通过GPIB通信接口对AV4033的功能控制是通过程控仪器标准指令来实现的，程控指令是可以对频谱仪进行远端控制的一组特殊格式串，包括仪器设置、通道配置、数据扫描方式、控制输出、读取数据、状态报警、接口设置等指令集。这些指令的发送均是字符串形式,所有的频谱仪命令都必须符合特殊的语法规则，在应用高级语言进行编程时，程控指令一般是作为一个独立的参数在调用函数中出现，这类针对远程控制的函数随GPIB接口和采用的高级语言的不同而不同，但其程控指令是相同的，AV4033系列频谱仪的语法命令图如图3所示。本文利用程控指令和频谱仪进行通信时,选择LabWindowsCVI自带的GPIB函数库,可以方便地进行程控命令发送和数据读取操作。
2应用举例
卫星固定通信台站天线口径大波束窄，对天线伺服系统的自动跟踪性能要求较高，为确保通信效果，需定期测量卫星天线系统的自动跟踪性能，传统的测试方法需用频谱仪在射频方舱内测试，且测试结果保持和记录都不方便，利用本系统可以方便进行远程测试，而且可以将测试结果保存在数据存储单元中，方便后续查询和参考。卫星天线跟踪性能测试流程如下：（1）调整卫星天线使其对准通信卫星；（2）在监控主机上按下述过程设置频谱仪；a)按卫星信标频率设置频谱仪中心频率，设置SPAN为0到100KHzb)根据信标信号的电平变化范围设置Sacle/DIV，以使测量过程中的载波电平变化始终落在频谱仪的可显示电平范围内c)根据信标频率稳定度，选择尽可能窄的RBWd)根据载波的峰值频率和功率，调整频谱仪的中心频率和参考电平e)利用键盘调窄SPAN，重复4f)重复5，将SPAN调整到最小g)将SPAN置0，使载波显示谱线作水平运动h)输入扫描时间，确定扫描长度（3）用手控方式调偏卫星天线的方位角和俯仰角，频谱仪显示谱线的电平将随天线偏离卫星而下降（4）启动天线自动跟踪功能，观察卫星信标电平随时间的变化，记录自动跟踪天线的对星过程以及跟踪速度和精度（5）存储记录数据，重复3、4步骤，多记录几次测试结果，分析卫星天线自动跟踪性能。
3结束语
基于GPIB总线技术构建的频谱仪可以建立快速、高效的卫星信号测试系统，该系统人机界面更加友好，测试功能更为方便，用户能够在值勤终端上方便对频谱仪进行控制和使用，能够快速、方便、准确的完成测试任务。
作者：张德文尹训锋景丹玉单位：91917部队
1卫星通信的优势与劣势分析
1.1卫星通信具有众多的优势（1）电波覆盖地域比较宽广。（2）传输路数多，通信容量大。（3）通信稳定性好、质量高。（4）卫星通信不受地域限制，运用方式灵活。
1.2卫星通信的一些劣势主要的方面有：（1）延迟现象比较常见。（2）传播过程中由于信号较差，容易出现信号中断的现象。（3）终端产品的选择面不广。
2卫星通信产品的多址体制方式的选择
卫星通信由于具有广播和大范围覆盖的特点，因此，特别适合于多个站之间同时通信，即多址通信。多址通信是指卫星天线波束覆盖区内的任何地球站可以通过共同的卫星进行双边或多边通信。目前比较常用的两种卫星通信多址体制方式为：TDM-FDMA（时分复用-频分多址）和MF-TDMA（跳频-时分多址）。（1）多址体制方式一：TDM-FDMA。（2）多址体制方式二：MF-TDMA。
3卫星通信在铁路应急通信中的应用网络架构
有时候会因为遇到突发性、严重的自然灾害、人为因素导致其他所有通信手段无法使用时，而应急指挥中心又急需现场相关资料，这时就可以利用卫星通信覆盖区域广和快速部署的优势将信息发送到应急指挥中心。常规卫星系统现场接入方式可以分成两种：一种是车载型，一种是便携型，这两种卫星接入方式可以视现场情况而定。而对于铁路应急通信人员来说，以上两种接入方式均可以采用，但在到达应急现场后，还需要在现场对卫星接入设备进行开设，考虑操作使用人员的技术水平和熟练程度，选择自动对星的车载或便携卫星设备就显得非常的方便，可确保快速建立通信链路保证通信。
事发现场人员要将信息传送到应急指挥中心，在铁路应急卫星通信系统网络建设时，可根据实际情况需要，按下文所述三种方案进行建设，如图1所示。
方式一：在中国铁路总公司应急中心建立卫星地面通信站，这样就可以通过应急指挥中心收发数据，再通过地面的有线网络传输到需要数据的各路局应急指挥中心。这种方案对于现代网络资源的应用比较充分，但在遇到一些突发情况时，数据可能无法通过地面有线网络传输到需要数据的各路局应急指挥中心，这就导致可能会出现一些无法预知的情况。
方式二：在各个路局的应急指挥中心建立卫星通信站，这样就可以在发生状况时迅速的将数据发送到各路局的应急指挥中心，同时各路局也能够及时的下达指令，进行相关问题的处理。这样做的好处是各路局应急指挥中心能及时掌握应急现场状况，但不利的是其建设费用将会大大增加。
方式三：在中国铁路总公司应急指挥中心以及各路局应急指挥中心均设置卫星通信站，这样一来，无论发生什么灾害情况，各路局应急指挥中心与中国铁路总公司应急指挥中心都可以实时掌握事发现场情况。这样做的好处不言而喻，但其建设费用也无疑会昂贵很多。
4结束语
综上所述，随着卫星通信技术的发展和使用成本的降低，及现代化的铁路应急通信系统的迫切应用需求，建立全国范围内完整统一的能够互联互通的铁路应急通信卫星网络是大势所趋。希望通过本文的简单分析，能对我国的铁路应急通信卫星网络的建设和发展提供一点建议。
作者：程岚单位：南京凯瑞得信息科技有限公司
1.通用动力公司
2013年11月15日，通用动力C4系统公司宣布，通过移动用户目标系统赤道地区的卫星，该公司的一对AN/PRC-155单兵电台成功实现了语音和数据呼叫。该软件定义电台配有移动用户目标系统波形。无论是从北极还是南极的高纬度地区，连通地球赤道静止卫星都是一个难题，因为这些卫星靠近地平线。由于地球是扁圆的球体，在两极地区它会变平，因此，地球表面某些区域看不到赤道上的卫星。“在几近结冰的温度下，在刺骨的北极寒风里，在地球纬度最高地区，唯有PRC-155单兵电台才能连接移动用户目标系统，安全传送语音和调用数据。”通用动力C4系统公司总裁克里斯•麻兹利这样评价该系统。这次验证展示活动于2013年10月中旬进行，涵盖通用动力公司所描述的多种真实场景，包括在阿拉斯加州安克雷奇和巴罗的固定地点，以及绕整个北极圈飞行的飞机。该公司称，除了5名参加试验的人员进行了电话会议，这种双通道AN/PRC-155电台还完成了多重一对一语音通话和数据调用。在演示中，数据调用速率达到了64kb/s。通用动力公司进行过多次测试活动，将该公司的单兵携带和手持电台连通移动用户目标系统。2013年10月份的这次测试为其最新的一次。而在2013年8月，该公司成功通过AN/PRC-155电台将AN/PRC-154“步”电台与移动用户目标系统的一架航空器连通。之前的4月份，该公司基于2012年2月第一次通信验证展示，通过移动用户目标系统完成了电台对电台的语音和数据测试。2012年的演示只是使用卫星模拟器以及装载移动用户目标系统波形的AN/PRC。
2.哈里斯公司“猎鹰”III
哈里斯公司宣布，该公司的AN/PRC-117G“猎鹰”III多波段单兵电台于2013年12月2日与移动用户目标系统卫星成功连通。接下来，该公司又在北极圈进行测试，将“猎鹰”III电台装在一架货运飞机上从阿拉斯加飞往北极，然后返回。北极圈地区当前使用的是甚高频系统。根据该公司提供的数字，有多达30000台的AN/PRC-117G电台可以升级使用移动用户目标系统波形软件。
3.Alico公司相控阵终端
尽管相控阵天线在雷达应用中很常见，但是在通信领域相对少见。然而，Alico系统公司已经在其宽带分布式孔径移动卫星通信系统终端中植入相控阵天线技术，并于2013年6月公布了技术详情。这种X波段系统显示，4个小型矩形平板式天线安装在M1“艾布拉姆斯”坦克和M2“布雷德利”步兵战车车体顶部四周以及MaxxPro防地雷反伏击车的出入口四周。对宽带移动卫星通信相阵天线而言，这种设计考虑非常周全，因为它并没有在车辆的可视部位增加设备，这样就可避免炮塔或者车辆上的货物阻挡信号，也可防止在非常传统系统的突出部分遮挡信号。这就意味着它能在0°～90°的全半球覆盖，从而实现0°～360°连续的全方位覆盖。借助电子束自动转向功能，该系统实现了自动操作，其电子束可以在100Hz频率上指向并跟踪卫星。也就是说，该系统每秒要计算该卫星的相对位置100次。分布式相阵天线还解决了“钥匙孔”（keynole）以及“常平架自锁”（gimballock）问题。前者是稳定电子机械天线系统的难题。由于俯仰角不到90°，这样在顶点处就会有一片空域无法被天线光束覆盖。后者的问题在于其天线系统俯仰角>90°、<180°，所以当常平架达到其仰角极限时，方位转台必须旋转180°才能继续跟踪，因而不能平滑跟踪经过其顶点的卫星。宽波束可以缓解这个问题，但是高增益天线都是窄波束，必须要有所取舍。在相控阵天线覆盖重复区域，可以通过电子方式轻松解决。由于设计之初就是为了解决移动中的语音、数据以及流视频问题，这种全双向系统可以用于很多卫星通信系统，比如美国的全球宽带卫星通信系统（WGS）和XTAR系统、西班牙卫星系统（SpainSat）以及英国的天网卫星系统（Skynet）。该系统采用115V交流电或28V直流电，功耗700W，重68kg。
4.埃尔比特公司
2013年9月，以色列艾尔比特公司（Elbit）在伦敦国际防务展上展示了基于MSR-2000系列的下一代天线Elsat2000E。该天线采用新型被动波导平面面板技术，能够全面覆盖Ku波段。该公司称Elsat2000E技术性能有了巨大提升，大大超越了采用印刷电路多成分平板技术的Elsat2000。Elsat2000E新型天线直径50cm，重15kg，性能和效率是Elsat2000的两倍。埃尔比特公司称其具有30Mb/s的下行速率和5Mb/s的上行速率。该公司强调该系统有个关键特性，即它有先进的三重跟踪机制，具备100°仰角能力，因而可以提升移动中的跟踪和重新锁定性能。该公司声称该系统的G/T比为7dB/K，而这是信号噪声比方式，是天线能够接收的信号。该比值越大，从背景噪音中提取微弱信号的效果就越好。和Elsat2100相似，2000E也集成了该公司的InterSky4M军用战术卫星通信系统平台，能够在视线内、视线外以及超越地平线模式下，提供“无缝”宽带连接。该系统在机械扫描中结合平板相阵技术，最大限度提升了覆盖角度。它能够达成360°全覆盖，俯仰角度从0°～100°，这是其他系统做不到的。通常情况下，天线系统会采用碟状天线，这是因为其增益很好，但是由于高度原因极易被探测到。
5.Ibetor公司X波段终端
2014年2月28日，西班牙Ibetor公司在华盛顿哥伦比亚特区2014卫星展上推出了新型的X波段Ib-Stom100X终端，其特点就是低矮不易探测。由于该终端高度只有20cm，该天线系统实现空气动力的高效能和自由调整(discretion)，同时还能在极端地形情况下高效可靠连通。Ib-Stom100X专为舰船、飞机和地面车辆设计，加入了Ibetor公司设计的天线控制单元（ACU），包括惯性单元（IMU）、同千赫兹双GPS接收器、三轴陀螺仪、加速计和磁力计。通过这种组合，该系统号称指向精度提高0.3!，能在移动车辆上获取卫星信号并能“瞬时”再次找回。能做到这一点，部分原因是由于该系统使用的软件程序始终让机械扫描天线指向卫星位置，即使信号受到遮挡仍旧如此。其关键参数为瞬间频率500MHz、G/T比7.5dB/K以及波束中心上行速率高达8Mb/s。依据不同配置，其重量从75～85kg不等。根据Ibetor公司的信息，该系统已在西班牙军队服役。
6.Indra公司
西班牙的Indra公司提供了备选方案，它的Sotm解决方案运行在X和Ku波段上，使用低矮天线，并集成惯性导航。通过IP电台和骨干能力，该系统的卫星通信可为旅、营一级的巡逻部队提供服务。该系统经过专门设计，可用于任何车辆，甚至可用于小型船只。另外，其可选方案还包括Ku波段扩展频率（13.75～14.5GHz）、加密、运行时间20min的不间断电源，还可载有发电机，能够提供10h电力供应。
7.吉拉特卫星网络公司
就在Ibetor公司推出低矮天线终端之后，以色列吉拉特卫星网络公司（Gilat）也紧随其后，于2014年3月11日推出了“低矮光线卫星隐形光线（RaySatStealthRay）300X-M”。该系统经过专门设计，可与任何X波段卫星配套使用，可用于全球宽带卫星通信系统（WGS）以及崎岖道路行驶的车辆。它集成了多种动作传感器，可以进行准确跟踪、在最短时间获取信号以及能够“瞬间”再次找回信号。该系统经过设计，可以轻易装到未经改装的车辆上。它包含一个外置天线，长55.6cm、宽49cm、高25cm、重15kg。另外，它还有内置天线控制单元（ACU），重4.5kg。但是，由于它可以和集成MLT-1000调制解调器一起使用，故不必安装天线控制单元。吉拉特公司新产品的G/T比为2dB/K，传输和接收增益分别是23和25dBi，其接收频率为7.25～7.75GHz，传输频率为7.9!8.4GHz。SR300系列还包括用于Ku波段和Ka波段的低矮天线。
8.DRS技术公司X46-V认证
2013年5月，随着DRS技术公司的X46-V终端获得认证，允许用于美国国防部高性能卫星网络，该公司已能提供X-波段，为更多的偏远、分散的军事单位提供接入全球信息网络（GIG）。该认证由美国国防部联合卫星通信工程中心和美国陆军战略司令部颁发，从而允许X46-V用户接入全球宽带卫星通信系统（WGS），其语音、数据和视频传输速率高达6Mb/s。除了美国部队，澳大利亚、加大那、丹麦、卢森堡、荷兰以及新西兰军队都可以使用该系统卫星。另外，由于可以运行K-y以及Ka波段，该系统能为其它商业和军事卫星提供更大灵活性和冗余能力。该公司还于2013年8月27日宣布，其L-3Linkabit可以提供系列移动卫星通信终端，刚刚升级了Alsat永久移动地球站许可证，可以在美国境内以及其它商业航空器上使用其Ku波段终端。该证书允许的终端包括L-3DatronFSS-4180-LP（0.33×0.46m）、FSS-4180-LC小型孔径天线（圆周长0.46m），还包括LinkabitMPM-1000网络中心IP卫星通信调制解调器。美国陆军的“战术级作战人员信息网”（WIN-T）以及美国海军陆战队的“移动网络”中都采用了L-3终端。
9.全球移动网络主动布局系统
Elexis公司宣布，在成功将全球移动网络主动布局系统（Gnomad）集成到“斯特赖克”装甲车辆之后，公司又将这一经受战斗考验的系统扩展到另一美军的重要平台，并在美国乔治亚州本宁堡的美国陆军第7远征作战试验部队完成安装。全球移动网络主动布局系统易于安装，并且不需要对现有车辆进行改造。该系统包括卫星天线、RF组件以及几代模块底盘，使其可以安装在美国军用产品目录内以及商业用等车辆上，比如“悍马”等。该低矮型天线尺寸为45×35×7in（合114.3×88.9×17.78cm），重量不到25kg，可用于商业和军事卫星。由于采用开放式架构，该系统可以和许多视线内电台以及卫星调制解调器共用，并通过解调器实现全双向语音、数据和视频通信。通过和超高频或甚高频电台配合，比如和“单信道地面及机载无线电系统”(Sincgars)以及嵌入式GPS共用，该系统能够在运行图像中直接嵌入跟踪蓝军数据。该系统传送频率为14.0～14.5GHz、接收频率为17.7GHz或11.7～12.75GHz，速率分别高达512kb/s和2Mb/s。在30°仰角、23℃情况下，G/T值最低为8dB/k。
10.罗克韦尔•柯林斯公司
罗克韦尔•柯林斯瑞典通信技术公司的终端和萨博公司的四轴稳定平台结合，从而产生了一种新型的移动卫星通信终端，既可适用崎岖路面也可用于海上。它可以安装到轻型越野车辆和小型船只上，也可以安装在指挥所车辆和中型滨海船只上。这些应用由于速度快、颠簸剧烈、移动幅度大，建立和保持卫星连接非常困难。但是，该系统可以轻易解决这些问题，在高海况下时速高达50节以及崎岖地形下速度超过40km/h，它都能在1s内自动恢复丢失的连接，同时宽带通信速率可达10Mb/s。该系统全重约140kg，在20°仰角、11.0GHz情况下，G/T值为19dB/K。
11.泰利斯公司
2010年法国陆军首次在阿富汗战场部署移动卫星通信系统，而在马里，法国陆军也采用了泰利斯公司开发的设备，将其集成到VAB轮式装甲车上。由于配备了X、Ku和Ka波段，该系统能够为部署在偏远、敌对地区的部队提供连续不间断的语音、数据和视频服务。这些卫星通信系统为战斗网络无线电系统提供远距离通信连通，主要用于法国“维纳斯”计划的甚高频PR4G网络，尽管它也可方便地集成到甚高频/超高频的系统中。泰利斯公司是最早应用相控阵技术公司之一，而作为主动雷达天线，它具备优越的越野跟踪能力，集成了现代波形、抗干扰、抗简易爆炸装置的发射机，甚至还有防弹天线罩。长期以来移动卫星通信系统不断革新，毫无疑问，将来还会有更多的新技术应用到该系统中。
作者：姜天元刘华
1伺服控制单元设计
本天线伺服系统采用高性能DSP+FPGA架构作为系统控制核心，因DSP具备指令周期短、运算精度高等特点，因此选用高性能DSP芯片TMS320F28335完成天线控制与位置解算功能，从而满足控制系统的时效性和精确性；又因FPGA具备逻辑单元丰富、集成度高以及工作稳定可靠等特点，因此选用XC2S300E⁃6PQG208I型FPGA实现DSP外设接口的扩展，即在单片XC2S300E⁃6PQG208I上完成操控输入及显示、数据采集、滤波及控制算法处理，并输出PWM信号进行电机调速控制，从而满足天线伺服系统中多电机、多编码器、多通信接口以及系统操控界面接口的需要。伺服控制单元框图如图3所示。由图3可以看出，系统要实现的控制功能比较复杂，主要体现在：天线姿态、天线地理位置的解算，主天线方位、俯仰角度的闭环运动控制，馈源极化角度的闭环运动控制，卫星位置的存储，系统限位开关的采集与安全保护单元的联锁设计，显示接口与界面的设计，操控面板的设计等。由图3还可以看出，系统所有外设接口均通过FPGA进行扩展，并采用了光隔，确保控制单元运行的稳定性和可靠性。
2电机的选型及计算
2.1主天线电机选型及计算
2.1.1天线转台加/减速时所需要的力矩式中：W为天线直径；L为天线宽度方向到回转轴的距离；I为天线相对于转轴的转动惯量；m为天线的总质量；θ为天线倾角。
2.1.2转台在风载荷下产生的颠覆力矩（按照天线迎风面最大算）风载荷（20m/s）作用于雷达的最大作用力：式中：ρ为空气质量密度（取1.2kg/m）；υ为平均风速（20m/s）；Cx为风力矩系数（取1.2）；A为天线风阻反射面积（πR2θ）。考虑到交流伺服电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定等特点，选择韩国麦克彼恩交流伺服电机作为主天线方位和俯仰驱动电机，电机参数如表1所示。
2.2极化电机选型及计算极化电机主要用来驱动馈源极化轴。本天线系统采用波纹喇叭作为馈源，重量轻，约5kg左右，且极化轴对速度要求严格；而步进电机转动角度精确，转角和转速不受电压波动和负载变化影响，能实现快速启动、停止、反转和改变转速，因此选型为步进伺服电机，其参数如表2所示。
3卫星通信伺服控制算法
为了实现天线高精度指向卫星，本天线伺服系统采用了粗精对准相结合的方式进行对星，即先利用预设的卫星位置计算出天线理论指向角，实现天线的粗对准；再通过监测信标接收机输出的AGC电平信号强度，实现天线的精对准。
3.1天线粗对准控制算法天线粗对准控制算法即天线理论指向角的计算，这包括天线俯仰角E、天线方位角A和馈源极化角P的计算。设天线所处地理位置的经度为φ1，纬度为θ，静止卫星所在经度为φ2，经度差φ=|φ|1-φ2，可计算出天线方位角A、天线俯仰角E和馈源极化角P。计算公式为。在天线粗对准过程中，将目标卫星的轨道信息（卫星的在轨经度）输入伺服控制单元，利用GPS接收机测得天线所在地的经纬度信息。伺服控制单元进行姿态解算后得到天线对准目标卫星所需要的方位角、俯仰角和极化角，然后驱动各电机运动以实现对卫星的搜索。在对星的过程中同时要利用姿态传感器不断检测天线波束的实际指向信息，得出天线实际角度和理论角度的差值，伺服控制单元根据这些差值驱动天线的方位、俯仰和极化方向的电机不断转动，通过不断地比较，驱动天线最终指向卫星。在天线转动的同时还要不断采集信标接收机输出的AGC电平值的大小，该值也作为一个反馈信号反馈至伺服控制单元，判断该值与预设电平门限值的大小。当采样的电平值大于该门限值后，结束粗对准状态，进入精对准状态；否则，则需继续转动天线进行对准。
3.2天线精对准控制算法天线完成了粗对准后，天线进入能收到信号的范围，但是收到的信号强度较弱，距离信号最强指向还有一定的角度差。为了使信号接收效果达到最佳，需进行天线精对准。在这一阶段，需在粗对准后的位置附近结合信标接收机的输出电平AGC的大小变化做微动精确跟踪，最终找到信号最强（AGC电平值最大）的位置作为对准卫星的目标位置。天线精对准控制算法图如图4所示。
4好结语
笔者详述了采用DSP+FPGA架构为控制核心的车载卫星通信天线伺服系统利用双轴倾角传感器和GPS测得的数据为参数来对星的控制算法，并利用信标接收机接收到的AGC电平值大小作为是否准确对星的关键，这对降低卫星通信系统成本、提高卫星通信天线对星的快速性和准确性具有一定的工程参考价值。
作者：章百宝陈涛单位：中国兵器工业第五八研究所军品部
一、卫星通信的网络
卫星通信网络由各类地球站与通信卫星构成，通过完成功能予以划分，它大概包含业务网络与管理网络两部分。现如今卫星网络当中，上面两部分内容只做简单业务呼叫处理与通信链路维护工作，功能构成相对比较简单，对于环境信息感知与用户相关信息，网络状态获取方面处理的不够理想。每个卫星通信的网络可以说是互相独立的，对信息交互交流都不能很好的完成，造成通信资源利用率很低，多网系的融合与智能化的决策将是可望而不可及的任务。卫星通信网络当中将认知技术和卫星通信联网，组建一个卫星通信系统，可以说是现今解决上面所提问题的最佳选择。
1.用户的预感知相关技术。用户的预感知相关技术指的是将用户个人喜好和通信政策有机融合。不同的人有不同的喜好，在不同的基础上应合理考虑用户的个人喜好。在卫星的语音通信当中，用户保障基本语音业务就可以了。但是在综合应用领域，不但要将用户服务质量列入其中，还要对各种抗干扰因素综合考虑。在视频通信当中要把用户对于延迟等各种指标要求也一并纳入考虑范围之内，最终对用户需求予以满足。
2.环境的预感知相关技术。卫星通信环境当中雨雪等对部分频段信号有一定的干扰作用，中心站与远端站对当地雨雪等信息进行预感，基于雨雪特性与通信轨道估计感知的信息，各类信息集中于中心站，再经中心站分配到各处，给各个站点分配功率与宽带相关资源。当业务建链以后，经远端站把感知信息报上来，再对链路的特性做综合评估，同一时间对初始建链数据库进行修正，资源分配自主学习功能就此达成，对系统频谱相关资源的利用率会有很好的提升作用。
二、认知无线网络技术在卫星通信中未来的发展前景
最近几年时间，认知无线网络技术与多媒体相关技术可以说是在卫星通信中的应用展开了一个新局面。卫星无线网络关键的技术研究包含对无线卫星网络的体系结构的支持，对无线运行网络的层协议、互联网规定协议与传输层相关协议卫星链路要求的支持等等。卫星无线网络可以说是地面无线技术处于卫星通信相关领域当中的演变及应用，把它视作卫星分组相关业务与减少系统的复杂性一种努力，旨在将大流量的分组数据廉价提供给用户。伴随通信技术与认知无线网络技术不断发展前行，认知无线网络技术拓展开来是必然的，卫星通信对认知无线网络技术的运用也是预期的。在我们国家军方卫星通信系统当中引用认知无线网络技术并做以相关研究，是有历史性的意义的。
三、结语
认知无线网络技术可以说在地面无线的通信网络当中发展的如火如荼，但是针对卫星通信方面研究展开的比较迟缓，所以，它发展空间是非常巨大的。认知无线网络技术在卫星通信中的应用和技术，会对卫星通信行业起到很好的铺垫作用，对于系统智能化，资源的利用率，通信的成功率，异构网络的融合，也起到了坚实的后盾作用。
作者：柴思远单位：北京网御星云信息技术有限公司
1存在的问题及对策
自通信车改装后投入使用以来，通过近5年来各种规模的应急演练以及2010年玉树7.1级地震、2013年青海省海西州5.0级地震的实际检验，该应急卫星通信车在使用中暴露出来很多的问题，总结情况如下:(1)原有车内设备机柜设计及布局不合理，使得各设备的供电及信号之间产生交叉干扰。其中部分通信设备的散热条件无法保证，电力线路杂乱无章。在实际使用过程中，不仅存在故障排查困难，同时还有因用电安全引发火灾等事故的重大隐患。鉴于上述情况，对机柜内设备进行了重新布局，只保留与卫星通信相关的通信设备及供电设备，将部分周边设备进行下架处理。(2)原车所用的视频编解码器及网络交换机等设备，经与原厂家联系后，确认部分产品已停产，另有部分已无法提供维修必须的备品备件。因而通过对此类设备进行维修，使其具备通信功能的做法不可行。因此更换掉原有的解码器，采用时下主流的视频会议设备及网络交换机，以确保应急通信车与指挥中心视音频信号的安全畅通。(3)原车卫星设备的配置不合理。该车是在原有箱式卫星便携站的基础上进行了改进，将便携站的全套设备安装于改装后的依维柯厢式货车内，天线部分做了车顶安装。由于车顶天线与功放采用软波导连接结构，长期风吹日晒会产生老化磨损。破裂后的波导产生微波信号泄漏，造成通信质量下降的同时，对现场操作的工程技术人员也会产生人身伤害。对此采取的策略是:平常不使用时对车辆加盖防尘遮雨罩，定期检查软波导的连接结构，如发现问题及时联系厂家更换或维修。(4)卫星系统对星时间长或无法正确对星。由于原有卫星系统未配备频谱仪或卫星信标机等对星设备，使得自动对星动作完成后无法对目标卫星的正确与否进行有效判定。因而，往往造成对不上或对错星的情况，无法实现正常通信。基于上述情况，对现有设备进行优化。其中，对已停产或无法提供维修服务的设备进行更换;部分尚能使用的设备作为现有链路的备份设备;使原有的单通路卫星应急系统升级成为具有一定抗灾能力的1∶1备份的卫星应急通信系统。此外，在寻星过程中尽量避免指挥车周围有高层建筑物、树木枝叶等阻碍，以免造成卫星波速回波反射［1］。(5)整车配重不合理，集成后车辆右后部偏重，影响车辆行驶的平稳性。因此，在满足基本通信功能的前提下对车厢设备，车顶卫星系统和后舱供电设备重新合理布局，调整车辆的平衡性。
2对策探索
目前，卫星通信技术是我国大范围区域内应急通信的主要技术手段，包括VSAT技术系统、BGAN技术系统。短波通信技术在地震应急救援现场的局域通信中也有很大的作用。这类应急通信系统应当具有高信噪比、大容量、高稳定性、全天候、盲区小、抗干扰、多通道、低功耗、小型便携、高机动性等基本特性［2］。在目前技术水平条件下，应进一步完善通过多种技术系统集成的震后应急通信系统，以解决地震后初期不同情况下地震现场与后方指挥中心的通信。
2.13G技术的应用据科学统计，不同震级的地震因为释放能量的大小不同，对震区内的通信环境的影响也有不同的差别。比如，Ms5.0～6.0级地震发生后，震区大部分地面网络或3G网络受损普遍轻微，Ms6.0～7.0级地震对地面网络或3G基站的破坏一般发生在高烈度区，而Ms7.0级以上的地震发生后，地面通信设施基本不可用［3］。应急通信车应根据地震现场的实际情况选择不同的通信方式，在地面通信设施受损较小的情况下可依托地面网络或者3G作为信道开展视频会议、语音通讯、数据传输业务，极端条件下使用VAST卫星网络，这样可大幅度提高地震应急通讯效率。3G网络与VAST卫星网络相比传输速度较快，下行速度峰值理论可达3.6Mbit/s，上行速度峰值也可达384kbit/s。国内支持国际电联确定3个无线接口标准，分别是中国联通WCDMA、中国移动TD－SCDMA、中国电信CDMA2000。WC-DMA以其技术成熟、终端类型多、速率高、网络覆盖好等特点在3种3G网络中具有明显优势，因此可以采用WCDMA技术作为主用3G通信技术，实现应急通信车与指挥中心的3G通信，CD-MA2000或TD－SCDMA可作为备用的3G通信方式。
2.2短波电台的应用短波通信属于独立自主通信，不依赖其他有线和无线通信手段都必须具备的网络、传输线路、中继体和建筑等基础运行条件，抗毁能力最强，是实现中、远程无线联络的基本手段［4］。从点对点直通距离看，短波是所有无线通信方式中距离最远的一种无线通信手段。另外，短波通信设备简单，可以根据使用要求进行固定设置，也可以个人背负或车载安装进行移动通信，组网灵活，实时性好，特别是在救灾初期常常是主要依赖的通讯工具。因此，我们可以建设一套短波通信网络，由车载电台、便携式电台组成。车载电台用于组成指挥所通讯枢纽或作移动通讯使用，选择使用鞭形天线或双极天线，这样可以保证应急通信车在一般行进速度时正常通信，便携式电台具有体积小和重量轻等特点，一般采用鞭形天线，利用地波进行近距离通信，主要用于应急通信车无法抵达的陡峭山地灾害现场，由应急人员背负便携式电台进入地震现场，保障通讯联络，实现无盲区通讯。为了解决短波通信网与其他通信的融合问题，同时提高整个短波通信网络的可靠性，必要时可以配备多网系融合设备，通过该设备可以将短波无线通信和有线通信、卫星通信及超短波通信等通信手段进行融合，通过其他制式的承载网络，实现对短波系统的延伸和扩展，从而可以大幅度提高通讯效率［5］。
3结语
随着人们生活水平的发展，经济密度的提高，地震灾害对社会的影响也越来越显著，如何使地震应急卫星通信车在地震现场更好的发挥作用，不断提升地震应急卫星通信车对突发地震事件的应急及救援指挥能力，使其具有机动能力强、建立通信链路快、集成度高、通信距离远、通讯方式多样化、功能强大、减少地形敏感的特点，为新形势下的灾害应急救援工作、防震减灾事业做出更大的贡献，还需要不断思考和努力，同时也是青海省防震减灾工作亟待解决的问题。
作者：杨理臣胡玉郭鹏樊光洁徐玮阳单位：青海省地震局
1用户接入
1．1协议基本类型目前CFDAMA基本协议类型有CFDAMA－PA、CFDAMA－RA、CFDAMA－PB等几种。CF-DAMA－PA的上下行链路帧结构和基本的CF-DAMA相同，不同的是协议中的每一个用户在上行链路都有自己的预约请求时隙，系统将该时隙固定的分配给相应的用户，用户在这个固定的预约请求时隙中发出请求消息进行预约。CFDAMA－RA的上下行链路帧同样与CFDAMA－PA协议类似，不同的是其控制部分的预约时隙不再是固定分配给用户或者通过星上调度采用轮询的方式进行分配，而是用户终端通过竞争预约的方法来获取预约请求时隙的位置。CFDAMA－PB的上行链路帧结构不同于前面两种接入方式，如图2。上行链路帧不再划分为控制部分和数据部分，而是由一系列的数据信息时隙组成，数据信息时隙里面包含有按需分配时隙和自由分配时隙，它们随机的被安排在上行链路帧中，每一个数据信息时隙都对应一个业务分组，各用户的预约时隙请求信息附带在相应业务分组上以捎带的方式发送给星上集中调度器。
1．2性能分析CFDAMA基本接入方式能够实现较好的时延/吞吐量性能。CFDAMA－PA成功的将按需分配和自由分配结合在一起，采用固定预约时隙分配的形式来保证用户接入的公平性和实际业务需求量，在信道负荷较低的时候，其平均时延和固定分配方式保持一致，在信道负荷逐渐增大和接入用户数变化较大时，存在资源利用率下降的问题。CFDAMA－RA在低信道负荷时由于采用的竞争方式进行接入，对信道利用率更高，但对于用户接入的公平性却不能保证，并且存在接入过程中的碰撞，在高信道负荷时碰撞概率逐渐增大，平均时延性能也急剧下降。CFDAMA－PB通过对上行数据帧结构的改进，减小了用户发送预约时隙请求的间隔时间，但随着信道负荷的增大，某些用户会因为其他用户预约请求的资源占用导致无法发出预约时隙请求，同样不能保证接入的公平性。因此，如何保证用户的接入时延和接入过程中的公平性，成为本文的一个研究重点。
2CFDAMA－PRI
2．1CFDAMA－PR由于当前网络数据业务大多突发性较强并且业务类型呈现多样性，抽象出来这类数据业务流通常用ON－OFF信源模型来表示［5］。而在此信源模型的情况下，数据业务具有很强的突发特性，用户的预约时隙请求也带有很强的随机性和不确定性。基本的CFDAMA接入方式此时由于多次请求造成的再分配策略和预约请求的冲突概率增大，在信道负荷较高和接入用户数逐渐增大时，其性能受到明显的影响。CFDAMA－PR协议在用户时隙申请阶段对发送队列的堆积状况进行判断，比较当前时刻和上一时刻发送队列中数据分组的差值Δ，如果Δ＞0表示当前发送队列有数据包的堆积，则通过加权的方式向星上调度器发送更多的预约时隙请求［6］。该协议的好处在于实际应用中可以根据用户发送队列的堆积情况获得更多的分配时隙，能在突发数据分组到来情况下实时的将新的数据分组发送出去。因此，本文在CFDAMA－PR的基础上提出了基于用户优先级排序的改进协议CFDAMA－PRI，优化星上调度算法，进一步保证接入的时延性能和接入的公平性。
2．2用户优先级排序在对CFDAMA－PRI优先级排序的详细描述过程中，设置如下的参数。在卫星收到上行链路帧之后，进入星上处理的优先级排序阶段。资源调度器的按需分配表如表1所示，每个预约用户都含有优先级条目，卫星在收到上行帧之后，首先获取每个用户的预约时隙数，按照从高到低的顺序对用户进行排序并设置优先级号prinumber_i，优先级号越小代表当前用户申请的预约时隙数越多，然后根据优先级号从小到大的顺序依次将用户ID填入按需分配表中，因为有预约时隙申请并且foreslots_i＞0的用户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，代表当前还有剩余时隙可供自由分配，此时资源调度器实施按需分配方式，将已经分配过的用户从按需分配表中删除，同时在自由分配表中将该用户移到表的尾端，按需分配完成之后，资源调度器为自由分配表中的用户轮询分配剩余时隙，直到将剩余时隙分配完。由于按需分配中用户的优先级设置，有预约时隙申请的用户在自由分配表的尾端仍然是按照优先级号从小到大的顺序进行排列，这样可以保证在轮询的过程中时隙需求量大的用户仍然可以得到更高的时隙分配权。CFDAMA－PRI的下行帧同样分为控制部分和数据部分，如图3所示，资源调度器根据按需分配表中各个用户优先级号从小到大的顺序将响应信息填入相应的时隙中。当用户收到下行链路帧时，时隙请求量越大的用户就能越快的获取卫星的分配时隙。
3仿真分析
本文采用OPNET仿真平台［7］，将基本的CF-DAMA－PA、CFDAMA－PR和改进的CFDAMA－PRI进行对比仿真。具体的仿真参数设置如表2所示。对信道负荷固定但用户数目变化条件下的仿真结果进行分析，目的是为了得出CFDAMA－PRI的时延性能和在用户接入公平性方面的优越性。选取信道负荷为0．8，用户数目依次为5、10、20、40、80，CFDAMA－PA的预约时隙数为20，得到的仿真结果如图5、图6所示。由仿真结果可以看出，当系统中用户数不断增大时，由于CFDAMA－PA在一个链路帧中仅使用了一部分时隙用作预约请求时隙点，那么更多有请求的用户就无法通过预约时隙点接入链路帧，加之信道负荷较大，突发数据强，用户申请时隙的不确定性也大。如果增大预约请求时隙数的比例也会以牺牲数据时隙为代价，平均时延和队列的分组累积同样会增加。CFDAMA－PRI则采用CFDAMA－PR对信源突发数据分组的计算方法，并使用优先级排序的方法对时隙需求量大的用户给予更高的时隙分配权，确保了用户的可接入次数，降低了时延，提高了接入公平性。
4结语
本文分析了宽带卫星通信系统中的CFDAMA接入协议，阐述其原理，分析了CFDAMA相关协议的优缺点，在CFDAMA－PR协议的基础上提出了用户优先级排序的改进协议CFDAMA－PRI，以适应当前突发性较强的数据业务流。该协议通过优先级排序的算法，在星上调度的过程中让时隙需求量越大的用户获得更高的时隙分配优先权和更快的接入过程，优化了整个处理流程。最后，在OPNET仿真平台下选择突发信源模型下进行对比仿真测试，测试结果表明CFDAMA－PRI协议在突发增强、信道负荷加大的情况下能很好的控制平均时延和队列分组累计数，具有更好的性能表现，在今后的实际应用中也具备良好的可操作性。
作者：郭爽曹宝刘心迪单位：中国电子科技集团公司第三十研究所
1卫星通信应用软件无线电技术的设想与展望
卫星通信技术则是由使用围绕地球的同步/非同步的通信卫星来做一个中间站进行一种远距离通信的实现方式。它本质上是由微波通信以及航天技术之上发展新颖的无线通信的技术，而卫星通信技术自身采用的无线电频率为微波频段。从而产生的卫星通信技术，它的主要特点就是传输的距离远，且频率高。也因为卫星通信频带宽，且频率高，变化范围大的重要优点，卫星通信技术在我国的军事建设和经济发展等方面都具有深远的意义。
我国的现今卫星通信技术的发展在扩展新的频段，加强先可用的频段的利用率以及现在公用干线的通信网都应该一步步转向跟随宽带化的发展趋势，能够准确地利用卫星通信技术来建立我国的卫星宽带业务以及数字化通信网络。所以对于卫星通信网技术而言应该逐渐的走向小型化的、智能化的未来方向。从目前我国的计算机科技的水平来看，假设把设备功能全部换由软件来进行操作实现，那么由于软件的特点也就是需要按照一条条的指令来运行，就算我们采用多处理器的方式来进行协助共同运算，也没有办法真正保障高频率情况下的处理能够及时有效，也使得软件无线电技术在卫星通信领域中的使用范围明显受到限制。基于以上原因，以下设计想法是为了能够让软件无线电技术能真正应用在卫星通信方面。
首先我们所有的设备都需要经过模块化处理，各个模块分开保证控制功能，以及各个模块之间的高速数据的交换问题。而信道设备以及接口设备的内部结构信道设备包括调制解调器、信道的编译码器和置乱器等，在总的CPU的控制之下，信道设备的具体参数值可以做到由软件来进行定义处理。而将无线射频的设备、信道设备和接口设计在卫星通信技术中也是十分关键的存在。再来考虑到了卫星通信技术有着多址方式，业务类型广以及其频率高且变化区域广等各种优点，在信道设备和接口设备的设计选用模块化的设计构思。各个模块应该能够各自拥有能定义自身功能的各个软件接口，而选用的软件接口更应保证标准化以方便各个不同供应商的生产。然后在各个模块的具体设计上面，也要根据具体运算量大小，选择不同的软件接口功能。再来根据具体的各类应用环境，更加灵活地修改和使用数据帧结构，并且保证以软件协同硬件两相结合的方式实现。最后就是设备功能和系统功能的定义要靠网络管理系统来最终实现。
伴随着因特网大面积普及及现在移动网络的迅猛发展，卫星通信技术绝对会在未来迎来更进一步的发展机会。现在我国逐渐采用自主研发的通信卫星为主体，来建立完善的卫星通信系统。软件无线电技术作为一个可利用在卫星通信方面的技术来说，也一定会伴随卫星通信的脚步，成为加速我国科技发展的重要技术。
2结语
通过以上的详细分析以及深入探讨，我们可以清楚的得知，在我们现今的软件无线电技术之上，对软件无线电技术在卫星通信领域内的应用的设想已经不仅仅是一种可能，而是一种具有可操作性和实现性的想法。而对于未来的软件无线电技术在卫星通信及其他方面广泛使用来说，只要能有更多想法与结构概念，这种大范围应用也指日可待。
作者：胡志明单位：新疆公安厅特侦队
1卫星通信系统组成及工作过程
1.1卫星通信系统组成卫星通信系统由两段组成，即地面段和空间段。
1.1.1空间段空间段包括通信卫星以及地面用于卫星控制和监测的设施，即卫星控制中心，及其跟踪、遥测和指令站，能源装置等。
1.1.2地面段地面段包括所有的地球站，这些地球站通常通过一个地面网络连接到终端用户设备，或直接连接终端用户设备。地球站的主要功能是将发射的信号传送到卫星，再从卫星接收信号。地球站根据服务类型，大致可分为用户站、关口站和服务站3类。
1.2卫星通信系统的工作过程卫星通信系统地球站中各个已调载波的发射或接收通路经过卫星转发器转发，可以组成多条单跳或双跳的双工或单工卫星通信线路，整个通信系统的通信任务就是分别利用这些线路来实现的。单跳单工的卫星通信系统进行通信时，地面用户发出的基带信号经过地面通信网络传送到地球站。在地球站，通信设备对基带信号进行处理使其成为已调射频载波后发送到卫星。卫星作为中继站，接收此系统中所有地球站用上行频率发来的已调射频载波，然后进行放大和变频，用下行频率发送到接收地球站。接收地球站对接收到的已调射频载波进行处理，解调出基带信号，再通过地面网络传送给用户。为了避免上下行信号互相干扰，上下行频率一般使用不同的频谱，尽量保持足够大的间隔，以增加收发信号的隔离度。
2卫星通信所使用的频率
卫星通信所用的频率大多是C频段和Ku频段，但是由于业务量急剧增加，这两个频段乃至1—10GHz的频段都显得过于拥挤，所以必须开发更高的频段。现已开发出Ka（26—40GHz）频段，其带宽是3—4GHz，远大于上述两个频段。
3卫星通信的基本参数
3.1有效全向辐射功率：也称等效全向辐射功率，其定义为发射机发出的功率与天线增益的乘积。
3.2噪声系数和等效噪声温度：噪声系数，定义为接收机的输入信噪比与输出信噪比的比值，它用来表示接收机噪声性能的好坏。根据噪声理论，电子元器件内部的电子热运动和电子不规则的运动都将产生噪声，而且温度越高，噪声越大。所以接收机的噪声可用等效噪声温度来衡量。等效噪声温度是假设接收机输入端接一等效电阻，该电阻在一定温度下与该系统实际产生的噪声温度相同的热噪声。
3.3载噪比：卫星通信线路中的载波功率与噪声功率之比，是决定卫星通信线路性能的最基本的参数之一。
3.4地球站的品质因数，定义为接收机天线增益与接收端系统噪声温度之比。
3.5卫星转发器饱和通量密度：表示卫星转发器的灵敏度，其基本含义是，为使卫星转发器单载波饱和工作，在其接收天线的单位面积上应输入的功率。
3.6门限载噪比：为保证用户接收到的话音、图像和数据的质量达到一定要求，接收机所必须得到的最低载噪比，也是门限载噪比的含义。
4卫星通信与互联网
互联网是全球最大的多媒体商用网络、信息库和数字媒体。互联网和数字技术的发展使得所有信息内容都在网上实现，特别是数字音视频技术使得可以在互联网上看电视听广播[3]。由于卫星通信具有三维无缝覆盖能力、远程通信、广播特性、按需分配带宽，以及支持移动性的能力，成为互联网摆脱自身诸多问题的一个重要途径，也是向全球用户提供宽带综合互联网业务的最佳选择[4]。基于卫星的互联网是卫星直播、数字音视频、互联网的有机结合，作为一个开放、宽频、实时广播的网络平台，可以提供以下服务。
4.1宽带互联网接入，可根据使用者的需求，通过地面网络和卫星线路回传。
4.2多媒体服务，比如网页内容投递、内容镜像、缓存、数字电视、商务电视、流式音视频、软件分发(更新)、远程教学、信息商亭等。
4.3交互式应用，如视频点播、网上学习、网上游戏等。卫星通信与互联网结合能够带来很多益处，同时也应注意到，卫星系统和现有互联网地面基础设施之间的结合存在着互操作性问题，再设计和实现基于卫星的互联网时还存在许多技术挑战。
5卫星通信与导航定位系统
该系统是以人造卫星为导航台的星基无线定位系统，其基本作用是向各类用户和运动平台实时提供准确、连续的位置、速度和时间信息。目前该技术已基本取代无线电导航、天文测量和大地测量，成为普遍采用的导航定位技术。拥有此技术及能力，国家就会在政治、军事和经济等诸多领域占据主导地位，因此世界各大国不惜花巨资发展这一技术。1958年美国为解决北极星核潜艇在深海航行和执行任务中的精确定位问题，开始研究军用导航卫星，命名为“子午仪计划”，从1960年起就取消了无线电导航，第二代导航系统即———GPS(GlobalPositioningSyitem)便应运而生。俄罗斯的GLONASS(GlobalNavigationSatelliteSystem)是继GPS之后又一全球卫星导航系统，欧盟与欧空局也开发了新一代卫星导航系统———伽利略（Galileo）系统，习惯上称其为3G（GPSGLONASSGalileo）系统。我国的导航定位技术始于GPS，从2000年10月开始，我国发射了多颗导航卫星，命名为北斗卫星导航系统，现已覆盖我国及周边地区，预计2020年前后覆盖全球。
6卫星与激光通信
卫星与激光通信是利用激光光束作为信息载体在卫星间或卫星与地面间进行通信。经过多年探索，卫星激光通信已取得突破性进展，逐步成为开发太空、利用广阔的宇宙空间资源提供大容量、高数据率、低功耗通信的最佳方案，对于国防及商业应用都具有极大的价值。其原理是信息电信号通过调制加载在光波上，通信双方通过初定位和调整以及光束的捕获、瞄准和跟踪建立起光通信链路，然后在真空和大气中传播信息。其组成有激光光源子系统、光发射/接收子系统、APT子系统和其他一些辅助系统，其工作过程如下：
6.1发射过程。使用不同的激光器，产生信号光和信标光。经准直系统对激光进行光束准直后，具备了合适的发射角，2束光由合束器合成1束光，然后经分光片、精对准机构和天线发射出去。
6.2接收过程。接收到的光经过天线和分光片后，信标光一部分到达粗对准探测器，由粗对准控制器控制和驱动电路控制粗对准机构，完成粗对准和捕获；信标光另一部分经精对准机构、分光片、分束片到达精跟中踪探测器，由精对准控制器控制精对准机构，完成双方的精确对准和跟踪。信号光由信号光探测器检测。
7卫星与量子通信
卫星搭载量子通信技术，能够使人们借助外太空的卫星平台，建立星地高效自由空间量子信道，实现量子保密通信、星地量子纠缠分发、量子隐形传态实验。我国拟在近期发射量子通信卫星，在卫星平台应用量子技术的能力将达到世界领先水平。
7.1星地量子通信通过自动跟踪瞄准系统在高速相对运动的地面站和卫星终端之间建立高效稳定的量子信道，地面站随机发送H/V和+/-四种偏振状态的单光子信号；接收端接收量子信号，并随机选择H/V或+/-基矢对单光子信号进行测量；测量到足够的量子比特后，接收端将通过经典信道通知发射端其每次测量所用的基矢，抛弃所用基矢不一致的测量结果；接收端再将基矢选择一致的测量结果取一部分在经典信道公布出来供发射端校验。通过这一过程就可以在星地之间建立安全的量子密钥。
7.2星地纠缠分发将纠缠光源放在卫星上，通过搭载在卫星平台上的望远镜系统和自动跟瞄系统同时与两个地面站之间建立量子信道。将纠缠光子对的两个光子分别发送给两个地面站，两站在满足类空间隔条件下分别对纠缠光子对进行独立测量，观测量子纠缠现象。
7.3星地量子隐形传态地面量子信源产生一对纠缠光子，其中一个光子通过地面发射端传输给卫星，另一个放入量子存储器中存储起来。空间量子通信平台将接收到的光子态和未知量子态进行联合Bell态测量，同时将测量结果通过经典信道传输给地面系统。地面系统将另一个纠缠光子从量子存储器中读出来，并根据空间量子通信平台的测量结果进行相应的幺正变换，从而得到空间量子通信平台的未知量子态。
通过利用空间平台中转，我们可以在地球上的任意两点之间建立量子信道。在传输过程中，光子的传输距离可达数万公里甚至更远。只要能够实现将纠缠光传出大气层，配合星载平台技术和光束精确定位技术，就可实现覆盖全球的量子通信系统。卫星通信是通信技术、计算机技术和航天技术相结合的重要成果，在国际通信、国内通信、国防通信、移动通信以及广播电视领域均有广泛应用，已成为最强有力的现代通信手段之一。
作者：刘旭生单位：鹤壁无线电四厂工程中心
1卫星通信过程中主要应用的技术
1.1卫星通信CDMA技术卫星通信CDMA技术是根据用户需要和卫星的特点，用功率控制的手段实现导频信号的幅度变化，降低用户对星上功率的要求，减少多址干扰。卫星通信CDMA技术可利用多个卫星分集接收信息实现网络传递，大大降低了系统内耗和干扰的出现，改善了上星通信信息传输的可靠性。卫星通信CDMA技术具有优越的抗干扰性能、很好的保密性和隐蔽性、连接灵活方便等特点，使之成为卫星通信中关键的技术核心。
1.2卫星通信MPLS网络体系MPLS网络体系可以将IP路由的控制和第二层交换无缝地集成起来，是目前最有前途的网络通信技术之一。卫星通信MPLS体系结构分为用户层、接入层、核心层三部分，其中，用户层包括卫星手持移动终端、小型专用局域网用户、其他网络用户等。各结构和网络体系将信息有效绑定、标注和转发，实现卫星的通信功能。
1.3卫星通信的抗干扰技术卫星运行在外太空，电磁环境复杂，统一受到太阳风、强磁暴等空间环境影响，导致出现信息干扰和信息失真，卫星通信的抗干扰技术主要依靠卫星传输链路中不同的抗干扰设备和系统完成其功能，抗干扰设备和系统主要有DS/FH混合扩频、自适应频域滤波、猝发通信、时域适应干扰消除、基于多用户检测的抗干扰、自适应信号功率管理、自适应调零天线、多波束天线、分集抗干扰、变换域干扰消除、纠错编码和交织编码抗干扰技术等。在软硬件共同的作用下阻断电磁干扰、过滤杂波、屏蔽信号污染、实现程序监视等功能。
2卫星通信技术的发展趋势
2.1通信卫星体积的发展趋势通信卫星体积正在向大型化和微型化两个方向发展。其一，各国把通信卫星体积建造得越来越大，以便实现高灵敏和强处理能力。其二，各国推出小型通信卫星，用多颗小卫星组网构成卫星通信网络代替单颗大卫星，具有方便发射和成本低廉等优点。
2.2卫星移动通信技术方兴未艾卫星移动通信是指利用卫星实现移动用户间或移动用户与固定用户间的相互通信。随着频谱扩展、数字无线接入、智能网络技术的不断发展，卫星移动通信在向卫星个人通信方向演进，用手持机可实现方便接入卫星移动通信网，进行卫星移动通信。
2.3卫星互联网技术兴起将卫星通信网络转化为互联网中数据上下交换的链路，可将电话拨号、局域网等其他通信链路作为上行数据链路，还可以将下载和传输作为下行数据链路，利用卫星的特点实现地面随时连接互联网络。
2.4卫星通信向宽带化发展为了满足卫星通信系统用户对大数据量和高负荷的需求，卫星通信技术已向拓展直EHF频段发展，扩大频段的容量，大大减轻现有频谱拥挤现象，减少受电磁现象影响引发的信号闪烁和衰落，提高了卫星的抗干扰能力。使卫星通信部件尺寸和重量大大缩小和减轻，方便卫星搭载更多的通信设备。
2.5卫星通信光通信化发展卫星光通信是利用激光进行卫星间通信，达到降低卫星通信系统设备质量和体积，提高卫星通信保密性等目的。
3结语
综上所述，卫星是一种在高空运行，在独特角度进行通信、测量、遥感等诸多科学的研究和服务社会的工作。卫星通信技术具有通信容量大、传输质量高、覆盖面积广、方便组网和抗地理环境制约能力强等诸多优点，成为新时期通信行业发展的一个主要方向，卫星通信技术方便建立与外界的通信联系，通过数据、视频信息和语音信息的传输实现信息的交换，增加通信的能力、提高通信的质量，满足不同用户的差异性通信需要。卫星通信技术主要包括：CDMA、MPLS和抗干扰等主要技术，做好卫星通信工作必须从上述的技术入手，在把握卫星通信技术发展的大方向的前提下，才能做好卫星通信的相关工作。
作者：于甄忠单位：哈尔滨中科智能楼宇工程有限公司
1硬件设计
1．1硬件组成硬件部分主要由单片机主控、监控和切换矩阵3部分组成。单片机通过识别本控和远控开关的工作模式，根据串口中断送来的控制信号对在线工作的设备进行操作，同时和数据采集器Nport通信，发送参数注入指令，监控机按指令将正确参数注入到优先级最高的备用设备，完成倒换开关的控制。硬件系统的组成如图2所示。单片机是主控部分［7］的核心，主要完成本控/远控的判断及主要程序的执行、射频设备的倒换以及与监控机的通信，实现电路的选通、面板显示等功能。其主要包括单片机外围辅助电路、输入输出口驱动电路、射频切换控制数据口、中频切换控制数据口、4线RS－485串口通信电路、外部指示灯控制电路及电源电路。监控部分通过网口与数据采集设备通信，轮询设备的当前工作状态，依据设备工作状态向单片机发送调整信息，并进行参数的注入，实现智能切换单元的远程控制竞争－冒险”现象而导致系统崩溃。切换矩阵通过控制元件完成切换控制。开关矩阵中选择了可控功率大、损耗小的PIN管作为核心控制器件。由于吸收式PIN开关改善了端口驻波，“开”与“断”状态下的驻波较好，兼顾系统的稳定性，在此选择吸收式PIN开关［9］。
1．2硬件电路功能模块根据功能模块划分，实际电路分为5个模块:CPU接口电路模块、串口通信模块、键盘控制模块、液晶驱动模块及PIN开关切换控制模块。①CPU接口电路模块CPU接口电路主要完成外围电路的控制。外围电路主要包括晶振电路、外部复位电路、JTAG接口电路及电源指示电路。设计中采用AVR公司的ATMEL6450单片机，此类单片机拥有68个双向I/O口，同时具有64K字节的Flash，2K字节的EEP-ROM，4K字节的RAM，满足设计需求。②串口通信模块串口通信模块用来完成单片机与计算机的通信，实现计算机在远控模式下对整个切换网络的控制，选用MAX1482器件完成双工通信。③键盘控制模块设计中选用74C922键盘控制集成电路模块，运用12个键组合完成所有的设置功能，采用中断方式实现与单片机的数据交换和控制。④液晶驱动显示模块液晶显示模块选用LCM128645zk模块，该模块主要特点是内带8000多GB1/2中文汉字字库液晶显示模块，串行/并行两用接口。设计中采用并行传输模式，由指令位(DLFLAG)来选择8－BIT或4－BIT接口，单片机配合(RS，R/W，E，DB0．．DB7)完成传输动作。⑤PIN开关切换控制模块PIN开关采取自主研制，选用吸收式PIN开关改善端口驻波。通过单片机的3个I/O管脚直接控制单刀6掷开关，单刀3掷开关则是先通过74HC139译码器译码，然后通过74LS04后作为中频PIN开关的控制信号。
2软件设计
2．1软件结构设计智能切换单元的软件部分［10］通过对中/射频切换单元和射频设备定期轮询［11］，经串口或网口从硬件获取数据信息，将提取到的状态信息进行分析、统计综合、决策，根据优先级策略控制切换单元和射频设备的参数，完成监控和切换。单片机作为控制核心，通过中断完成相关功能。不断查询中断口是否有信号输入，从而触发不同动作。单片机控制的主流程及中断子程序流程如图3所示。监控机通过不断轮询射频设备的工作状态，验证在线设备是否故障。在线设备故障时，监控机根据备用设备的优先级选择设备，同时向单片机发出状态调整信号，完成设备倒换后，监控机会对故障进行记录和压缩，以备用户查询。在线设备正常工作时，监控机继续轮询设备工作状态。
2．2各功能模块设计软件模块主要分为串口数据通信、数据传输与存储、综合处理和设备状态显示4个模块。①串口数据通信模块通过串口服务器与被控设备通信，以轮询的方式采集各设备的上报数据，并发送控制命令。②数据传输与存储模块该模块将接收到的设备上报数据进行解封装，提取出设备状态参数，将其保存并传递给综合处理模块进一步处理;将综合处理模块发出的设备控制命令封装后送至串口数据通信模块。③综合处理模块综合被控设备的状态参数，分析得出系统配置状态，将所有状态信息传送至设备状态显示模块。手动模式下，处理用户的各种操作，完成用户管理、设备控制命令发送和日志记录查询等功能;自动模式下，当检测到在线射频设备故障时，按优先级策略控制切换单元实现切换，并设置备份射频设备频率和衰减等参数，完成自动切换功能。射频设备切换优先级策略如表1所示。④设备状态显示模块将各种信息(系统配置状态和设备状态参数等)以图形化的方式显示在软件的各功能界面上。
3切换策略和逻辑关系
3．1切换策略①射频设备切换策略3站射频设备之间切换需建立正确的切换机制［12］，避免“竞争－冒险”而导致系统崩溃。默认情况下，各地球站射频设备都将一台设为备用，此设备的优先级最高。平时管理中，A站对应射频设备1和射频设备2，B站对应射频设备3和射频设备4，C站对应射频设备5和射频设备6。当A站主用1出现故障时，倒换优先级2为最高，另外2站的备用设备也设置响应的优先级。每一台设备对于3个站都具有不同的优先级，如表2所示。②本控/远控切换策略从本控状态切换至远控状态后，键盘按键(除设置键)不起作用;从远控状态切换至本控状态后，串口进行有选择性地执行指令，仅对查询命令回应当前状态。
3．2切换的逻辑关系①联动切换逻辑关系切换矩阵是实现射频设备倒换的关键部分，矩阵中3个单刀6掷中频PIN开关和3个单刀6掷射频PIN开关依据逻辑关系进行动作，实现射频设备的主备切换，如表3所示。M1、M2和M3分别表示3个站中频单刀6掷PIN开关6个管脚的某一个，N1、N2和N3分别表示3个站射频单刀6掷PIN开关6个管脚的某一个，要保证射频设备正常倒换，中频和射频PIN开关要实现联动。②交叉切换逻辑关系在一般情况下，智能切换单元进行联动切换，各站终端设备始终和各站射频设备配合使用。但在特殊情况下，需要各站终端设备与射频设备交叉使用，交叉使用的切换逻辑如表4所示。
4结束语
地球站智能切换单元的引入，合理调配了地球站系统资源，提高了关键设备的使用效率，解决了关键环节故障导致卫星通信系统瘫痪的难题，消除了主备设备同时故障导致系统崩溃的隐患。同时，智能切换单元操作简单，切换迅速，为提高系统稳定性提供了一种便捷高效的解决方案。采用基于优先级的切换策略，结合射频设备频率和衰减的自动修正，可迅速可靠地实现地球站主备设备的自动切换。
作者：孟学军赵艳朝林贺单位：西安卫星测控中心
1运营管理平台设计方法
平台在设计上主要分为两大部分，分别为Sever端和Client端。它们以数据库作为中间连接桥梁，如图1所示。图1平台整体架构Sever端程序主要功能是同步数据，卫星通信系统的GAC记录文件由GAC服务器运行的定时脚本传输至FTP服务器，Sever端得到GAC记录文件后再结合操作人员编写的带宽更改文件，处理后得到通信机上下线记录，并录入数据库。其中GAC记录文件为txt格式文件，这些信息经过服务器端处理过会形成信息完整的通信机上下线记录。Client端程序根据运营需要，对特定或全部通信机在指定时段的上线时间进行结算，并生成供参考的计费结果，还可以同时生成用于递交给客户的临时用星确认表。
2运营管理平台的实现
2．1开发环境的选择程序代码的编译环境为MicrosoftVisualC++2008，它可以高效开发Windows应用，尤其是Office的应用，数据库采用MySQLSever5．0，其使用的SQL语言是用于访问数据最常用的标准语言，它有着速度快、体积小、代码开源等特点，特别时候想节约成本的中小型企业［4］。另外还需要具有FTP上传及下载功能的传输工具LibCURL。
2．2数据同步算法设计2Mbps专用池在线时间的计算是本平台的核心部分。2Mbps专用池是一种总带宽为2Mbps的捆绑复用模式，同属于一个池的通信机，只要有一台在线就记为该池在线，只有当所有通信机都下线才记该池下线，该算法属于递归调用，具体计算过程如图2所示。
2．3平台的实现流程及内存分配Sever端程序首先备份、更名上一次使用的GAC记录文件、带宽更改记录文件，然后登录FTP服务器下载最新的GAC记录文件和带宽更改记录文件，再登录MySQLSever建立各数据库与母表，同时导入GAC记录文件和带宽更改表，建立通信机分立带宽更改表，选出本轮数据同步需要更新的GAC记录，根据需要进行掉线情况过滤并进行通信机分立上下线计算及2Mbps专用池上下线计算，最后编译时间戳记录文件LastUpdate．ini并断开MySQL连接。该段程序用于描述时间的数据类型time_t实际为_int64的64位整数，time_t变量初始化时必须调用time(0)赋值为当前时刻的“历史秒”，即从1970－01－0100:00:00到当前时刻历经的秒数。tm是一个结构体，包含若干计时单位的序数(年序数以1900年为0、月序数以1月为0、日序数以1日为1)，用于记述相对于从1900－01－0100:00:00到当前时刻历经的时间。计算两笔GAC记录时间差的方法是:从GAC记录中读出的时间字符串赋值给tm结构体变量，调用mktime()函数将两个GAC记录时间的tm结构体变量记述的时刻分别转化为time_t变量，再调用difftime()函数将两个time_t变量的差值计算出来。VC用于处理时间的数据类型丰富多样，选择适当的数据类型和处理函数可以事半功倍。MYSQL_RES和MYSQL_ROW是MYSQLAPI内置的数据类型。MYSQL_RES类型变量担负了SELECT存储语句查询结果的任务。MYSQL_RES类变量在使用完成后需调用mysql_free_result()进行内存回收，而在实际开发中，根据上下文不一定能判定一个MYSQL_RES类型变量初始化(或经上一次内存回收)后是否被使用过，而如对初始化后未经使用的MYSQL_RES类型变量进行内存回收，可能会引发错误导致程序异常退出。经权衡，决定在开发中放弃对MYSQL_RES类型变量回收内存的设计，牺牲一定的空间换取可靠性。MYSQL_ROW类型变量实际是二维指针，使用时要特别注意SE-LECT语句的查询结果究竟有多少列，如果越界访问使得该二维指针超出查询结果的列数，会导致程序异常退出。Client端可以查询数据库，选出在指定时段内归属欲结算项目的通信机列表，同时查询在指定时段内欲结算项目的有效租用合同，接着结合计时计费结果的框架将查询的上下线结果填入表格，并按带宽小计时长计入临时数据库表便可完成计时计费结果文件。最后让VisualC++程序控制Word自动化客户端生成用星确认表，这里要通过使用OLE－DB(ObjectLinkingandEmbeddingDatabase)技术，它提供了对包括对关系数据库和非关系数据库在内的所有文件的统一接口。自动化客户端可以理解为模拟人工进行的编辑操作，对编辑目标文档需要进行的操作序列，可逐条列出，然后分解成每一个键入(或点选，拖动)的操作，几乎每一个分解操作，都对应了自动化客户端程序的一行指令。自动化客户端的性能卓越，可以在一两秒内完成数十页含表文档的编辑工作。Office的自动化客户端编程中，最常遇到COleVariant和CComVariant两种数据类型:COleVariant类是对VARIANT结构的封装，当对象构造时首先调用VariantInit进行初始化，然后根据参数中的标准类型调用相应的构造函数，并使用VariantCopy进行转换赋值操作，当VARIANT对象不在有效范围时，它的析构函数就会被自动调用，由于析构函数调用了VariantClear，因而相应的内存就会被自动清除。CComVariant提供了很多构造函数来对VARI-ANT能够包含的多种类型进行处理。CComVariant没有提供针对VARIANT包含的各种类型的转换操作符，必须直接访问VARIANT的成员并且确保这个VARIANT变量保存着期望的类型。
2．4平台实现界面介绍根据如上所述对平台的设计思想和方法，利用MFC分别实现出了人机交互的Sever端和Client端，其界面如图3－4所示。Sever端除了选择系统类别、开始结束时间功能，主要还能实现清空数据库、开始同步数据及暂停、备份、还原等功能。Sever端正常都是在运行状态的，未遇故障时是不停运的。Client端中首先要输入用户信息、设备信息、项目信息及租用信息，利用“新建”和“删除”按钮可添加或删除这些信息。在界面的左边有搜索功能，只要输入设备信息、项目信息或租用信息的关键词就可在下面的列表框里显示出相关的信息。按钮“导入带宽信息”实际就是导入上文所说的带宽更改记录文件，导入成功后便可实现右下角的计时计费功能，把结果以Excel表格形式生成到指定路径下，还能同时生成Word版用星确认表。
3结束语
本文介绍了卫星通信运营管理的基本任务，由此给出了运营管理对数据处理的思路和方法，设计出了运营管理平台，实现了对运营项目的自动化管理，弥补了对卫星带宽的使用情况只能由人工来核算的缺陷。本平台在工程应用中已处于试运行阶段，需求已经能全部实现，且结果正确可靠。
作者：夏正国沈晓东骆贵新单位：南京信息工程大学电子与信息工程学院南京中网卫星通信股份有限公司
一、通用航空领域应用
通用航空是指除从事公共航空运输（客运或货运）以外的民用航空。通用航空具有机动灵活、快速高效等特点，作业项目覆盖了农、林、牧、渔、工业、建筑、科研、交通、娱乐等多个行业，主要是在3000m以下空域飞行。通用航空的具体内容包罗万象，我们熟知的通用航空有以下几种：航空摄影、医疗救护、气象探测、空中巡查、人工降水等。其他类型包括海洋监测，陆地及海上石油服务，飞机播种，空中施肥等。另外公务机飞机和私人飞机都属于通用航空范畴之内。与地面交通类比，通用航空客比作出租车运营；民航公司可比作公交运输。我国是农业大国，通用飞机的广泛应用是发达国家农业现代化的一个重要方面。西部地区与资源优势由于交通不便而长期得不到发挥，交通已成为制约西部地区经济发展的瓶颈，西部大开发需要通用航空。据民航局预测显示，预计未来5～10年，我国需要各类通用航空飞机10000到12000架，通用航空飞机数量的年均增长率将达到30%，通用航空及其带动的产业将形成一万亿元人民币以上的市场容量。随着中国经济的发展，公务飞行、商用飞行、空中游览、私人驾照培训，正受到越来越多人的青睐，在市场需求的推动下，通用航空服务的领域将出现快速的发展。在有这样巨大发展前景的市场中，卫星通信的应用将是不可或缺的解决通信需求的方案之一，在面对挑战同时，卫星通信只有抓住机遇努力满足市场需求，创新开拓应用服务于这一领域。
二、民用航空使用频率规划
（Ku/Ka/L频段可应用范围）依据《中华人民共和国无线电频率划分规定》，民用航空无线电频率使用和业务主要分为：1）制式无线电台是指为确保航空器的安全，在制造完成时必须安装在其上的无线电设备。2）非制式无线电台是指制式无线电台以外的无线电台。如:机载客舱卫星通信电台。3）航空移动业务是指在航空电台和航空器电台之间,或航空器电台之间的一种移动业务。营救器电台可参与此种业务；应急示位无线电信标电台使用指定的遇险与应急也可参与此种业务。4）航空电台是指用于航空移动业务的陆地电台。在某些情况下，航空电台也设在船舶或海面工作平台上。卫星通信在民用航空应用中又主要划分为驾驶舱（前舱）和客舱（后舱）。驾驶舱（前舱）通信需要高度完整性和快速响应的安全和正常通信，属于卫星航空移动（R）业务，主要分为空中交通服务部门用于空中交通管制、飞行情报与报警的安全相关通信，以及航空器承运人进行的、会影响到空中运输的安全、正常和效率的通信[航空运行管理控制通信（AOC）]。民航局《航空公司运行控制卫星通信实施方案》中推荐使用的卫星通信系统有海事卫星通信系统、铱星系统和Ku卫星系统。客舱(后舱)通信是为航空承运人的私人通信[航空行政通信（ACC）]服务，以及公众通信[航空旅客通信（APC）]。目前在国际上使用的客舱（后舱）通信系统主要有海事卫星通信系统、Ku卫星系统及Ka卫星系统。具体使用频率规划如表1所示。
三、民用航空的卫星通信网络运营系统现状
1.卫星网络与资源目前国际民航驾驶舱（前舱）卫星通信多使用的是L和S频段卫星通信系统，采用卫星移动通信使用的L、S频段。而卫星移动通信系统的建设是一项复杂的系统工程，国内尚无自建的商用卫星移动通信系统投入运行。国内正在使用或准备使用的商用卫星移动通信系统都是由国外运营商提供的服务。国外商用卫星移动通信系统主要包括：海事卫星系统（Inmarsat）、铱星系统（Iridium）、全球星ICO系统（Globalstar）、亚洲蜂窝卫星系统（ACes）和Thuraya等。具体所用卫星移动通信系统具体所用频率范围如表2所示。在客舱（后舱）卫星通信应用方面，中国卫通集团公司目前拥有12颗在轨卫星，可以提供以覆盖中国及周边地区的Ku频段卫星通信服务资源，并计划在2015年，达到拥有15颗以上在轨卫星。在卫星频率资源使用上将形成C、Ku与S、L、Ka频段相结合，固定广播通信卫星与移动广播通信卫星结合，覆盖范围广、用途多样的卫星空间段资源体系。中国卫通现有运营在轨卫星情况如表3所示。考虑到航空运输飞行国际、国内航线的特点，从卫星资源的服务能力来看，尤其是至今我国没有自主可管可控，用于飞机驾驶舱（前舱）卫星通信的L和Ka频段卫星网络系统；即使是Ku频段卫星，目前我国自主运营的卫星服务能力，不论是覆盖范围，还是轨道频率资源，也远远不能适应满足我国航空市场发展卫星通信需求。这既是对我国卫星通信运营服务提出的挑战，更是开拓卫星通信服务业务的机遇和发展应用潜力。
2.用户终端设备由于我国在这方面应用起步晚，再加上用于航空领域的准入门槛制约，目前用于驾驶舱（前舱）卫星通信的L频段终端系统设备，以及用于后舱（客舱）卫星通信的Ku和Ka频段终端系统设备，全部是由国外厂商提供，几乎全面占领我国终端系统设备市场。民航飞机上卫星通信设备的制造门槛很高，除了要遵循现行技术标准，还要得到国际有关机构认可，为了国家信息安全的需要，国内厂商在这一领域还需要努力追赶，有所作为。驾驶舱（前舱）卫星通信的L频段终端系统设备主要有：霍尼韦尔,柯林斯，泰雷斯公司等。后舱（客舱）卫星通信的Ku和Ka频段终端系统设备主要有：Row44，Panasonic，GoGo，Aerosat等。后舱（客舱）卫星通信终端天线系统如图4所示。的通信系统多数是高频和甚高频通信系统，卫星通信的应用多是使用铱星系统，海事卫星，Globalstar,Thuraya,ACeS等卫星系统，以及与这些卫星系统相配的L频段在轨卫星系统的终端设备。驾驶舱（前舱）卫星通信终端设备如图5所示。
3.网络运营和用户业务管控从国家战略安全考虑，在航空运输飞行网络运营和用户业务管控方面，更需要建立可管可控的航空卫星通信网络运营和用户业务管控系统。系统网络运行管理主要是负责管理、监控和维护机载通信全系统，实时对全网系统涉及卫星、地面网络和终端设备等工作状态进行管理、监控，实时对运营网络中业务用户使用情况，进行本地或者远程、监控、维护和计费结算等管理，对网络运营和业务运营数据进行存储、备份管理，对网络运营中出现的包括卫星系统、终端设备和用户使用等问题，进行实时分析排查，及时警示和问题预先发现等必要的日常维护，保障全网络系统运行安全正常。民航卫星通信业务横跨通信信息传输服务和民用航空飞行运输服务，在相关系统设计规范、业务运营管理、设备准入等方面，必须同时满足国家对民航飞行安全，信息通信网络传输安全，信息内容安全和数据存储安全规定要求。民航卫星通信涉及国家信息安全，有必要在网络运营和用户业务管控方面在满足国家相关法规要求前提下，做到完全自主，实现业务运营可管可控。
四、结论
目前民航飞机驾驶舱（前舱）卫星通信使用占95%份额，后舱（客舱）卫星通信应用只占5%份额。但是据预测，随着卫星宽带通信推广应用，在飞行中对涉及飞行安全类似电子飞行数据包等大数据的实时传输要求，以及个人移动终端公众通信服务应用需求的进一步猛增，在使用卫星带宽方面，将出现后舱（客舱）超过驾驶舱（前舱）卫星通信应用的状况。虽然目前无论是卫星网络覆盖还是卫星通信设备，我国都存在着一定差距，但是机遇与挑战永远是并存，我们面对的是一个巨大潜在的亟待开发市场，卫星通信应紧紧跟踪其发展趋势，并抓住这一机遇，拓展卫星通信应用新领域。
作者：柴勇单位：中国卫通集团有限公司
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