舰船卫星通信设备研究∗

刘成章 宋汝平 李 猛

（海军青岛通信修理厂 青岛 266109）

1 引言

卫星通信是海军走向深蓝的通信基础，因其具有抗干扰能力强，不易被敌方截获，覆盖范围广，通信带宽宽，全时双工音视频通讯等功能，已然成为舰船远海通信的主要手段。目前舰船使用的主要卫星通信设备有卫星通信舰载站、动中通、海事卫星F/BGAN/C站、铱星电话。卫星通信相关设备组成复杂，设计理念先进，涉及技术、知识面广，结构原理难于全面掌握，舰员作为舰船远航过程中通信保障的中坚力量，其针对卫星通信设备的自修能力有待于进一步提高，从而导致舰船远航卫星通信设备保障形势严峻，亟需专业技术人员随舰保障。论文针对目前舰船的几类主要卫星通信设备做简要分析，进一步完善舰员卫星通信的理论体系，为提高维修水平打下良好的基础。

2 卫星通信舰载站

卫星通信舰载站是目前海军舰船远海任务的主要通信设备，在业务上主要实现电话、传真、音视频、数据全时双工传输，也是目前舰船远海任务急需保障的设备之一。整个卫星通信链路由地面收发站、卫星转发器、舰载站组成，该链路相关设备组成复杂，集成度较高，理论先进，舰员理论与维修水平需要进一步提高。卫星通信舰载站主要由伺服系统、通信系统、终端设备组成。

伺服系统负责全时段跟踪对准卫星波束中心，该系统内部机械电传感技术比较先进［1］，采用的元器件敏感度较高，对于舰员来说往往故障定位非常困难。伺服天线各种型号口径0.9m～1.5m，属于精密机械自动化控制系统，其利用方位、俯仰、交叉三轴组成稳定的系统［2］，跟踪卫星信标信号，使天线基本对准卫星，再由俯仰和交叉两轴的陀镙漂移、电路漂移引起波束指向变化，跟踪接收机将指向变化误差转换为误差电压，经跟踪回路修整天线指向，形成两轴跟踪方式［3］。伺服系统三轴组成闭环，实时检测角度偏差，不停地驱动相应轴电机进行减小偏差的运动，使天线始终指向卫星。由于伺服天线在舰船运动状态时处于不停的驱动电机转动状态，所以各轴对电机以及角度检测、传感等器件的质量要求很高，不仅能承受高强度的工作负荷，还要在高温、高湿、高盐的环境中有很长的动态寿命［4］。

通信系统负责群路信号调制解调、收发载波以及频段变换，集成度较高，属于信道处理部分，涉及理论复杂，现场级故障修理模式还局限于替代法模块化修理，涉及频率、信号变换的还需要相关专业仪表检测。通信系统收发分离，发射分路将群路数据信号经过数次变频转变成适合发射的Ku/Ka波段信号，经天线辐射面辐射出去，发射至卫星转发器，各种型号设备配置发射功率20W～200W，卫星转发器接收并转发给地面接收站；同理，通信系统的接收分路主要处理由天线接收下来的信号，将接收到的Ku/Ka波段信号经过一系列变频转变成群路信号分发给各路输出。经过数次变频，频段由70MHz变化到14GHz或30GHz，所涉及的信号处理基本理论要求较高。

终端设备通过配备相应的软件实现数据等业务的即时通讯，大部分属于CPU处理系列PC机，非专业人员现场维修难度更大，替代法排除故障往往受到相关备件器材不足的限制。系统配有保密设备和网络安全设备，目前舰船收发数据业务主要依靠该类型设备。

3 动中通

动中通是Ku单频段卫星通信设备，可实现电话、音视频、数据传输［5］，目前舰载动中通系统在业务实现上仅作为卫星通信舰载站的电话、音、视频业务备份使用，以网络保障为主。整套系统主要由伺服天线以及控制器、调制解调器、视频编解码器、保密设备等组成。

伺服天线的跟踪原理与卫星通信舰载站基本一致，动中通伺服天线是两轴稳定模式，只有方位和俯仰轴，其跟踪精度小于卫星通信舰载站。天线口径0.8m，较卫星通信舰载站小，配置发射功率40W功放，支持1M带宽的传输速率。

调制解调器输出中频为L波段，直接送到天线进行变频，将L频段变成Ku频段，增加功率辐射出去，主要变频元器件为上变频功率放大器，兼有上变频和功率放大作用。天线接收下来的Ku信号经低噪放大再变频成L频段直接送到调制解调器进行解调，主要变频元器件为低噪声下变频器，兼有下变频和低噪放大功能。上变频功率放大器和低噪声下变频器都位于伺服天线内，设备集成度较高，大部分器件为进口件，目前检测手段有限，很难进行故障定位，加之缺乏备品备件，导致伺服天线的保障难度尤其大。但是该型设备的性能比较稳定，而且作为备用通信手段使用率不高的情况下故障率不高，通信质量较好，应急情况下完全可以配置相应的保密设备以及无线安全设备部分替代卫星通信舰载站［6］。

4 海事卫星F/BGAN/C站

海事卫星通信系统的特点是全球、全天候、全方位工作，其利用美国、欧洲等在太平洋、大西洋、印度洋的卫星建立的一种通信系统，主要面向船舶通信，由国际海事卫星组织负责管理［7］。目前舰船上一直沿用的站型有海事卫星F站、BGAN站、C站，海事卫星F站、BGAN站可实现音视频、数据传输［8］，C站可实现邮件、电报收发，海事卫星通信系统只作为备用通信手段，在业务上海事卫星电话基本上用于和地方海事部门、渔船、远洋船舶沟通事宜。

海事卫星各站型开机利用GPS自动定位，自动搜索卫星信号，待机时处于区域波束，建立通信时使用窄点波束［9］，相关站型设备集成度非常高，可维修的板件几乎没有，备品备件不足导致该型设备的保障能力严重不足，但是基于该类设备工作比较稳定，很少有硬件的技术性故障发生，大都是版本更新、参数设置等软件故障，所以舰员针对该类型设备的详细使用方法应熟练掌握，各种参数设置要知其所以然。

5 铱星电话

铱星电话通信系统是由66颗环绕地球的低轨道卫星网组成的全球卫星移动通信系统［10］，通过无缝隙的全球覆盖，为用户提供随时随地、及时沟通的便捷通信服务，是迄今为止覆盖范围最广的卫星通信系统，是真正意义上的全球卫星通信，由美国的摩托罗拉公司负责管理。

目前舰船配备的铱星手机在业务上主要是一种备用通信手段，也可以认为是海事卫星通信系统的备份，可与海事卫星系统互通，可拨打军线、地方电话，主要用来与渔船、远洋船舶沟通相关事宜。该手持机的原理与手机的原理基本一致，基于目前舰员的检修能力，该类设备基本没有可维修性。

6 舰船卫星通信的局限性

1）卫星通信受雨雪天气影响严重

目前军用卫星通信的频段主要是Ku、Ka频段，该频段受雨雪天气影响较大，主要原因是Ku、Ka频段雨、雪衰现象比较严重，当出现雨、雪天气时，卫星通信效果比较差，甚至会中断通信。

2）受太阳活动影响

太阳位于地球赤道上空，会发出强大的电磁辐射，当太阳、通信卫星和地面接收天线位于一条直线上时，会形成星蚀和日凌现象，如图1所示。

图1 星蚀、日凌示意图

春分和秋分前后23天中，每天当卫星的星下点（卫星与地心连线同地球表面的交点）进入当地时间午夜前后，地球挡住阳光，卫星处于地球阴影中，这种现象称为星蚀。星蚀每次出现45天，两次共计90天，春分和秋分两天时间最长，为72分钟，会对卫星通信造成一定影响，但影响不大。

春分和秋分前后连续数天，星下点进入当地时间中午前后，地面上行站对准卫星的同时也对准太阳，强大的太阳辐射会对卫星下行信号造成强烈干扰，大量的太阳噪声进入接收设备，严重时信号中断，这种现象称为日凌。日凌会导致接收视频画面不清晰，出现雪花或马赛克，一般不会完全中断通信［11］，每年集中发生2次，每次持续10天左右，每日持续约几分钟，目前手段无法完全消除日凌对卫星通信的干扰，但是天线口径越大影响时间越短。

在春分和秋分前后利用卫星通信时，要根据接收信号质量，密切结合以上两种现象确切判断是由于日凌还是星蚀现象引起的通信信号质量不佳，防止由于判断失误盲目检修，造成故障扩大导致通信中断。

3）舰船障碍物遮挡［12］

由于Ku、Ka频段传输基本上是直线传输，绕开障碍物的能力非常弱，当舰载卫星天线和卫星之间有障碍物时，会造成卫星信标信号的遮挡，导致卫星天线不能实时的跟踪卫星，导致通信中断，障碍物一般是舰船烟筒、桅杆、雷达天线等。

4）转大航向时天线无法快速跟踪［12］

伺服天线系统用来克服航向转变主要靠方位环路变化抵消，但是方位环路转动速度一定，当航向转变速度过快时，方位环路来不及反应，便表现为天线伺服系统跟踪失锁，导致通信暂时性中断。

5）舰员自修能力有待于进一步提高，检测仪器有待于配备

目前舰船上使用的几种卫星通信设备，在频段上都进行了很大程度的变频，所设计的元器件检测需要相关专业的仪表进行检测，设备集成度相对较高，伺服天线系统是精密的机械自动化控制系统，检测手段有限，舰员目前主要靠经验加备件进行故障定位和维修，在没有充足的备件的情况下，很大程度上都依靠随舰保障人员进行故障检修。舰员的自修能力有待于进一步加强，相关卫通设备的检测仪器也有待于配备。

7 结语

舰船卫星通信系统是远海航行的通信基础，随着远海任务的逐渐增多，卫通通信显得越来越重要。作为舰船远海航行通信设备保障的中坚力量，舰员应全面学习舰船卫星通信系统理论，熟练使用舰船配置的各种卫星通信设备，充分掌握设备的组成结构和原理，研究各种故障的定位和检测方法，一旦出现故障能迅速定位，利用现有的仪器仪表、备件器材完成故障修复，恢复通信，才能保证通信业务迅速、准确、不间断。