便携式卫星通信控制系统的研究与设计

封彬

【摘要】便携式卫星通信地球站是一种复杂的机电一体化的产品，它集中体现了卫星通信的各类优点。随着卫星通信的不断发展和国家对应急通信的高度重视，功能齐全、性能可靠、方便用户携带的便携式卫星通信地球站的设计己成为卫星通信领域的一大研究热点。本文以小口径、便携式天线卫星通信地球站的研制为背景，进行了通信控制系统的研究和设计，实现了天线对目标卫星的自动搜索与跟踪，保证天线高精度指向卫星以实现卫星通信。

【关键词】便携式卫星通信；系统；设计

1.背景与研究意义

卫星通信，指的是设置在地球上（包括地面、水面和低层大气中）的无线电通信站之间利用人造地球卫星作中继站转发或反射无线电波，在2个或多个地球站之间进行的通信。与其他通信手段相比，静止卫星通信具有以下优点：卫星通信系统能以较低的成本提供较宽范围的无缝覆盖，服务范围宽且不受地理条件的限制；可利用频带宽；卫星通信系统与地面通信基础设施相对独立，网络路由简捷；网络建设速度快，成本低：通信质量高，且通信电路灵活性与普遍性好。正是由于卫星通信具有上述优点，自它诞生之日起便得到了迅猛发展，不仅应用于传输话音、电报、数据等，还特别适用于广播电视节目的传送，成为当今通信领域中最为重要的一种通信方式。

2.便携式卫星通信系统总体设计

2.1 天线座架设计

天线座是支撑天线探测目标的装置，由天线控制器控制，使天线按照某种规律运或者跟随目标卫星运动，从而使天线对准指向目标。为了保证天线的活动范围、有足够的转动速度、满足跟踪测量的精度要求，座架结构应有足够的刚度和强度，并在规定的环境条件下能安全、精确地工作，所以正确的选择天线座架结构对整个系统的性能起着重要的作用。

现有的天线座架结构是多种多样的，按转轴的数目，可以分为一轴、二轴、三轴、四轴和固定不动一轴天线座主要用于搜索、引導雷达，这种雷达因为通常都是扇形波束，只需一根方位轴转动天线即可覆盖所有空域，所以多采用一轴天线座；为了补偿船舶纵横摇摆、飞机升降等的影响，船载和机载的雷达多采用三轴或者四轴的天线座结构形式；而卫星通信地球站因采用天线波束窄的圆抛物面天线，为覆盖整个空域转轴，所以需采用两轴天线座。目前的地面雷达天线座基本上都为一轴或两轴的。两轴天线座有俯仰一方位型、X-Y型、极轴型等多种型式，其中最为常见的就是俯仰一方位型。俯仰一方位型天线座是以地平面为基准的，方位轴垂直于地面，俯仰轴垂直于方位轴，这种天线座结构简单、径向尺寸紧凑、承载能力大、调整测量方便，设计、制造和维修也比较方便，也可称为地平式或经纬仪式天线座。

2.2 系统跟踪方案设计

在整个系统中卫星伺服控制部分有着至关重要的作用，不管卫星如何运动，天线控制系统都必须保证天线波束主轴始终指向卫星，使得通信系统能够正常工作。为达到这一目标，在进行系统设计时除了在机械结构、传感器选择、硬件设计方面多加注意以减少误差、提高系统的指向精度与跟踪精度外，必须设计合适的跟踪方式。

采用何种跟踪方式应根据系统的设计指标要求，综合考虑对星精度、对星速度、结构难易程度等多方面。由第一章的介绍可知：手动跟踪要求工作人员有一定的经验，这对大多数初次使用通信系统的用户来说是个很大的问题，不便于推广应用；程序跟踪无论从系统组成还是控制上而言，都易于实现，是个很好的选择，但是由于地球是个质量分布不均匀的椭圆球体、卫星在飞行时容易受到太阳光压和大气阻力的影响，这些因素会导致卫星静止轨道位置发生偏移，当卫星常年使用后会使轨道数据发生不可预测的变化，影响天线的姿态控制，同时因为这种跟踪方式完全依赖于GPS和姿态测量传感器来提供对星数据，所以一旦它们的精度不够或者设备坏掉，将会严重影响对星精度，甚至使整个系统对星工作失效，所以应结合其它的跟踪方法来同时实现系统对星；自动对星的三种方法本质上来说是相同的，都是根据采集到的卫星信号强度来确定电机的转动方向与幅度。

3.网管控制流程

后台控制中心通过卫星网络向下广播控制指令，便携卫星站对准口标卫星后，就能自动接收到远控信息，通过时分控制的载波突发，完成端点站的握手、注册服务。

控制中心的信令信息通过调制解调器能够对端站内部的加密机、路由器、视频会议等业务设备进行有限访问，实现网管的监控任务。

单兵系统与视频会议系统设计为基于IP协议进行传输，两者相互独立，只要卫星链路带宽足够，可以同时进行高清传输。通过路由器和加密机对本地业务数据优化和加密，实现通信双方端对端的可靠传输。

4.系统功能

轻便型便携卫星站的设计，在不影响现有网络体制的前提下，最大化地将各类通信手段进行高度集成，实现一机多用、需分配的动态通信管理，主要优点及功能包括：

（1）兼容性好。兼容现有公安边防网管系统，能够接受网管系统的统一调度。

（2）安全可控。配置网络加密机，对进出口数据进行甄别和加密，防止非法访问。

（3）携带方便，操作简单。最大化地减轻终端重量，节省人员体力，支持一键启动。

（4）高速传输。在基于H.265等高压缩率编码技术的支持下，可以在窄带卫星资源上实现包括高清视频会议、单兵回传等高速率宽带业务的传输功能。

（5）扩展性好。支持各类基于IP体制的外接合法设备的方便接入，支持后期网络扩展。

结束语

本文以便携式卫星通信系统的研制为背景，进行了卫星通信系统的总体设计，阐述了便携式卫星通信系统的总体设计方案，分析了便携式卫星通信系统的优点，希望本文对研究便携式卫星通信系统的各位能有所帮助。

参考文献

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