“動(dòng)中通”系統(tǒng)配置技術(shù)分析

謝婷婷，吳 瓊

(1. 中國(guó)人民解放軍66736部隊(duì)，北京 100144；2. 北京博大經(jīng)開(kāi)建設(shè)有限公司，北京 100176)

0 引言

在“動(dòng)中通”技術(shù)的應(yīng)用中，我國(guó)的衛(wèi)星通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的發(fā)展和創(chuàng)新。相比較傳統(tǒng)的“靜中通”技術(shù)而言，“動(dòng)中通”技術(shù)有著明顯的不同，其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也更加顯著。因此，在衛(wèi)星通信領(lǐng)域的發(fā)展中，技術(shù)人員一定要加強(qiáng)“動(dòng)中通”技術(shù)的應(yīng)用研究，并通過(guò)科學(xué)合理的技術(shù)措施來(lái)做好其系統(tǒng)配置，以此來(lái)發(fā)揮出其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)衛(wèi)星通信技術(shù)的革新。

1 “動(dòng)中通”技術(shù)概述

“動(dòng)中通”是將衛(wèi)星通信技術(shù)和之前的“靜中通”技術(shù)作為基礎(chǔ)發(fā)展而來(lái)的一種新型衛(wèi)星通信技術(shù)，通過(guò)該技術(shù)的應(yīng)用，可以讓移動(dòng)衛(wèi)星和地面之間建立起有效的通信。隨著“動(dòng)中通”技術(shù)在當(dāng)今時(shí)代的發(fā)展，不僅讓傳統(tǒng)“靜中通”技術(shù)的應(yīng)用弊端得以有效解決，同時(shí)也在衛(wèi)星和地面站之間建立起了連續(xù)性的信號(hào)傳輸，讓這兩者之間達(dá)到了實(shí)時(shí)通信的效果。將“動(dòng)中通”技術(shù)合理應(yīng)用到衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，將會(huì)為軍事行動(dòng)以及賑災(zāi)搶險(xiǎn)等的各項(xiàng)行動(dòng)提供良好的通信保障，讓“動(dòng)中通”形式的衛(wèi)星通信技術(shù)在當(dāng)今的信息化時(shí)代中發(fā)揮出強(qiáng)大的應(yīng)用價(jià)值[1]。

相比較傳統(tǒng)的“靜中通”技術(shù)而言，“動(dòng)中通”技術(shù)形式的衛(wèi)星通信系統(tǒng)有著基本相同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但是這兩者在很多方面也表現(xiàn)出了很大程度的不同之處，具體情況如表1所示。

表1 不同點(diǎn)比較分析Tab.1 comparison and analysis of differences

2 “動(dòng)中通”技術(shù)原理分析

“動(dòng)中通”技術(shù)在具體的應(yīng)用中，其關(guān)鍵的技術(shù)原理是移動(dòng)形式通信效果的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)為衛(wèi)星移動(dòng)狀態(tài)下的通信穩(wěn)定性提供有效保障。傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信技術(shù)應(yīng)用中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)信號(hào)傳輸不穩(wěn)定甚至是傳輸偏移等的情況，進(jìn)而對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的應(yīng)用效果和相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展帶來(lái)一定程度的阻礙。所以，伴隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，“動(dòng)中通”技術(shù)便可有效彌補(bǔ)這些不足，不僅讓衛(wèi)星通信過(guò)程中的信號(hào)變得更加穩(wěn)定，也進(jìn)一步提升了衛(wèi)星通信的信號(hào)質(zhì)量，讓現(xiàn)代的衛(wèi)星通信方面服務(wù)需求得到了很大程度的滿足。

借助于“動(dòng)中通”技術(shù)中的自動(dòng)化跟蹤系統(tǒng)，可以將衛(wèi)星移動(dòng)式位置變化作為基礎(chǔ)，迅速、及時(shí)地對(duì)其位置偏移方向及其大小進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，讓天線角度可與衛(wèi)星實(shí)時(shí)的運(yùn)行位置做到有效對(duì)應(yīng)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)的實(shí)施跟蹤監(jiān)測(cè)。通過(guò)這樣的方式，就可以讓衛(wèi)星和地面站之間的信息傳輸更具穩(wěn)定性和可靠性。就“動(dòng)中通”系統(tǒng)的技術(shù)而言，其主要的組成部分有以下兩個(gè)：

2.1 自動(dòng)化天線跟蹤系統(tǒng)

在“動(dòng)中通”技術(shù)的具體應(yīng)用過(guò)程中，自動(dòng)化天線跟蹤系統(tǒng)屬于一項(xiàng)核心技術(shù)，其主要的組成部分有三個(gè)，其一是慣導(dǎo)系統(tǒng)；其二是數(shù)字平臺(tái)，其三是伺服系統(tǒng)[2]。具體應(yīng)用中，首先借助于陀螺儀對(duì)衛(wèi)星的角度變化進(jìn)行測(cè)量，然后借助于慣導(dǎo)系統(tǒng)對(duì)載體具體的姿態(tài)、位置變化以及速度變化等的這些指標(biāo)值進(jìn)行科學(xué)有效的計(jì)算。

2.2 衛(wèi)星常規(guī)通信系統(tǒng)

“動(dòng)中通”這一技術(shù)的應(yīng)用原本就是將衛(wèi)星常規(guī)通信系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，借助于自動(dòng)化天線跟蹤系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)“動(dòng)中通”技術(shù)和衛(wèi)星通信技術(shù)之間的嵌入式融合。通過(guò)這樣的方式，才讓這一系統(tǒng)的信號(hào)導(dǎo)入更加精準(zhǔn)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)監(jiān)控等各項(xiàng)管理措施的有效實(shí)施。通過(guò)這樣的方式，便可為衛(wèi)星通信系統(tǒng)實(shí)際通信需求的全面滿足提供保障。

3 “動(dòng)中通”衛(wèi)星通信系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例分析

為實(shí)現(xiàn)“動(dòng)中通”系統(tǒng)配置技術(shù)的深入研究，使其在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中得以充分利用，本次以船載“動(dòng)中通”系統(tǒng)為例，對(duì)其配置技術(shù)進(jìn)行分析。

3.1 系統(tǒng)組成分析

在船載形式的“動(dòng)中通”系統(tǒng)中，主要的組成部分包括天線控制器、衛(wèi)星天線、信道加密設(shè)備、衛(wèi)星調(diào)制和解調(diào)器以及業(yè)務(wù)終端。其中，天線控制器的主要功能是對(duì)天線具體的轉(zhuǎn)動(dòng)情況加以控制；衛(wèi)星天線的主要功能是對(duì)射頻電磁信號(hào)進(jìn)行發(fā)送和接收；信道加密設(shè)備的主要功能是對(duì)通信傳輸進(jìn)行加密處理，以此來(lái)保障數(shù)據(jù)安全；衛(wèi)星調(diào)制和解調(diào)器的主要功能是對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，并對(duì)中頻電磁信號(hào)進(jìn)行解調(diào)；業(yè)務(wù)終端的主要功能是為用戶提供其所需的服務(wù)，其主要組成部分有計(jì)算機(jī)、音頻設(shè)備以及視頻設(shè)備等[3]。

3.2 基本工作原理分析

在本次所研究的船載形式“動(dòng)中通”系統(tǒng)和一般形式的衛(wèi)星通信系統(tǒng)工作原理十分接近，都是將地球同步衛(wèi)星用作中繼站來(lái)實(shí)現(xiàn)船舶和陸地戰(zhàn)或者是船舶和船舶之間的通信。圖1為船載“動(dòng)中通”系統(tǒng)的工作流程示意圖。

圖1 工作流程示意圖Fig.1 work flow diagram

具體應(yīng)用中，首先通過(guò)編碼和解碼器來(lái)進(jìn)行系帶限號(hào)的編碼，然后借助于保密設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，并將加密之后的數(shù)據(jù)傳送到調(diào)制和解調(diào)器內(nèi)，將其調(diào)制成中頻信號(hào)，再借助于上變頻器對(duì)這個(gè)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行提升，使其成為射頻信號(hào)，通過(guò)功率放大器對(duì)這個(gè)射頻信號(hào)做放大處理，最后借助于天線將其發(fā)送出去[4]。信號(hào)的接收可以看做是信號(hào)發(fā)送的一個(gè)逆向過(guò)程，首先是借助于天線對(duì)來(lái)自于衛(wèi)星的下行高頻信號(hào)進(jìn)行接收，然后對(duì)其進(jìn)行放大和變頻處理，再將處理后的信號(hào)傳送到解調(diào)器內(nèi)進(jìn)行解調(diào)處理，接下來(lái)對(duì)其進(jìn)行解密處理；在信號(hào)解密之后，應(yīng)借助于編碼器對(duì)其進(jìn)行解碼，這樣便實(shí)現(xiàn)了所需基帶信號(hào)的成功獲取。

3.3 自動(dòng)化天線跟蹤技術(shù)的應(yīng)用

在船舶運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，天線指向也會(huì)隨之不斷變化，此時(shí)，就需要借助于天線伺服系統(tǒng)來(lái)及時(shí)做出反應(yīng)，讓天線角度根據(jù)衛(wèi)星位置做出實(shí)時(shí)調(diào)整，使其始終對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，這便是自動(dòng)化的天線跟蹤系統(tǒng)。就目前的自動(dòng)化跟蹤方式來(lái)看，主要有慣導(dǎo)+GPS形式的跟蹤、單脈沖跟蹤、步進(jìn)跟蹤以及圓錐掃描跟蹤。以下是這四種跟蹤技術(shù)的具體分析：

3.4 慣導(dǎo)+GPS形式的跟蹤技術(shù)

這種跟蹤技術(shù)屬于開(kāi)環(huán)控制技術(shù)中的一種，具體跟蹤過(guò)程中，并不需要反饋衛(wèi)星信號(hào)，僅僅借助與慣導(dǎo)以及GPS設(shè)備對(duì)船體進(jìn)行方向、橫滾姿態(tài)、俯仰姿態(tài)和經(jīng)緯信息等的測(cè)量，并將已知的衛(wèi)星位置作為依據(jù)，對(duì)船體運(yùn)動(dòng)中的具體天線指向進(jìn)行計(jì)算獲取。此類跟蹤技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)是能夠?qū)崿F(xiàn)衛(wèi)星的快速初始捕獲，且在天線被遮擋住的一瞬間也可以和衛(wèi)星對(duì)準(zhǔn)，并在清除遮擋的第一時(shí)間和衛(wèi)星之間建立起通信鏈路。但是這種跟蹤方式對(duì)于管道設(shè)備以及GPS設(shè)備具有完全的依賴性，設(shè)備精度即是跟蹤精度，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)都將會(huì)失效，因此其跟蹤的精準(zhǔn)性和可靠性都存在不足。

3.5 單脈沖跟蹤技術(shù)

此技術(shù)主要是借助于天線在單個(gè)脈沖上進(jìn)行偏差信號(hào)接收，并通過(guò)計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)天線角度誤差信息的準(zhǔn)確獲取，然后根據(jù)這個(gè)信息來(lái)不斷進(jìn)行天線偏差方向的調(diào)整，一直到偏差信號(hào)調(diào)整為零為止。這種跟蹤技術(shù)又叫做零值跟蹤技術(shù)，該技術(shù)有著非常好的實(shí)時(shí)性和非常高的精準(zhǔn)度[5]。但是其設(shè)備設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，應(yīng)用成本也比較高，所以該技術(shù)在當(dāng)今依然并未得到廣泛的應(yīng)用和普及。

3.6 步進(jìn)跟蹤技術(shù)

這種跟蹤技術(shù)又被叫做極值跟蹤技術(shù)。在該技術(shù)的具體應(yīng)用中，主要是借助于不斷的判斷、搜索以及調(diào)整等的這些動(dòng)作來(lái)找尋可以到達(dá)場(chǎng)強(qiáng)的信號(hào)最大值，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)天線和衛(wèi)星之間的有效對(duì)準(zhǔn)。這種跟蹤技術(shù)有著比較簡(jiǎn)單的設(shè)備，應(yīng)用成本也比較低，在當(dāng)今的“動(dòng)中通”衛(wèi)星通信系統(tǒng)中已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用。但是因?yàn)檫@種跟蹤技術(shù)需要借助于很多個(gè)跟蹤步驟才能實(shí)現(xiàn)信號(hào)最大值的獲取，所以跟蹤速度非常慢，在實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)的載體跟蹤中并不是十分適用。

3.7 圓錐掃描跟蹤技術(shù)

此種跟蹤技術(shù)的主要應(yīng)用原理是饋源圍繞著天線的中心軸進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，在此過(guò)程中，天線波束的旋轉(zhuǎn)呈現(xiàn)出圓錐的形狀。在天線和衛(wèi)星對(duì)準(zhǔn)時(shí)，通過(guò)該技術(shù)所接收到的信號(hào)電平將是一個(gè)恒定值；如果天線并未和衛(wèi)星對(duì)準(zhǔn)，則接收到的調(diào)制信號(hào)將會(huì)和波束自身的旋轉(zhuǎn)頻率相一致，此時(shí)就需要借助于解調(diào)的方式對(duì)其無(wú)差角進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)具體的計(jì)算結(jié)果來(lái)適當(dāng)調(diào)節(jié)天線指向。這種跟蹤技術(shù)十分簡(jiǎn)單，跟蹤效率非常高，應(yīng)用成本也比較低廉，但是因?yàn)轲佋匆恢倍荚谂c天線偏離的拋物面上焦點(diǎn)處做圓周運(yùn)動(dòng)，所以天線增益將會(huì)在其影響下有所下降。

就目前的“動(dòng)中通”自動(dòng)化跟蹤技術(shù)來(lái)看，以上四種是主要的技術(shù)形式，具體應(yīng)用中，需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)合理選擇，這樣才可以發(fā)揮出技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)天線和衛(wèi)星之間的有效對(duì)準(zhǔn)，保障信息傳輸效果。

4 結(jié)論

綜上所述，衛(wèi)星通信技術(shù)在當(dāng)今的很多領(lǐng)域中都已經(jīng)成為了一項(xiàng)主流技術(shù)，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)也在國(guó)家和社會(huì)的諸多領(lǐng)域中得以充分發(fā)揮。而在衛(wèi)星通信技術(shù)的具體應(yīng)用中，為有效避免“靜中通”技術(shù)應(yīng)用的局限性，在提升傳輸速率的同時(shí)達(dá)到動(dòng)態(tài)化的實(shí)時(shí)跟蹤效果，技術(shù)人員就需要加強(qiáng)“動(dòng)中通”技術(shù)的應(yīng)用研究。通過(guò)“動(dòng)中通”技術(shù)和衛(wèi)星通信技術(shù)之間的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)“動(dòng)中通”形式衛(wèi)星通信系統(tǒng)的建立，并將其配置技術(shù)加以合理應(yīng)用，這樣才可以有效滿足衛(wèi)星通信的實(shí)際需求，促進(jìn)衛(wèi)星通信技術(shù)的良好發(fā)展。