謝婷婷，吳 瓊

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

0 引言

在“動中通”技術(shù)的應(yīng)用中，我國的衛(wèi)星通信技術(shù)實現(xiàn)了進一步的發(fā)展和創(chuàng)新。相比較傳統(tǒng)的“靜中通”技術(shù)而言，“動中通”技術(shù)有著明顯的不同，其應(yīng)用優(yōu)勢也更加顯著。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“動中通”技術(shù)的應(yīng)用研究，并通過科學(xué)合理的技術(shù)措施來做好其系統(tǒng)配置，以此來發(fā)揮出其技術(shù)優(yōu)勢，促進衛(wèi)星通信技術(shù)的革新。

1 “動中通”技術(shù)概述

“動中通”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)展而來的一種新型衛(wèi)星通信技術(shù)，通過該技術(shù)的應(yīng)用，可以讓移動衛(wèi)星和地面之間建立起有效的通信。隨著“動中通”技術(shù)在當(dāng)今時代的發(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，同時也在衛(wèi)星和地面站之間建立起了連續(xù)性的信號傳輸，讓這兩者之間達到了實時通信的效果。將“動中通”技術(shù)合理應(yīng)用到衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，將會為軍事行動以及賑災(zāi)搶險等的各項行動提供良好的通信保障，讓“動中通”形式的衛(wèi)星通信技術(shù)在當(dāng)今的信息化時代中發(fā)揮出強大的應(yīng)用價值[1]。

相比較傳統(tǒng)的“靜中通”技術(shù)而言，“動中通”技術(shù)形式的衛(wèi)星通信系統(tǒng)有著基本相同的拓撲結(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 不同點比較分析Tab.1 comparison and analysis of differences

2 “動中通”技術(shù)原理分析

“動中通”技術(shù)在具體的應(yīng)用中，其關(guān)鍵的技術(shù)原理是移動形式通信效果的實現(xiàn)，同時為衛(wèi)星移動狀態(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)常會出現(xiàn)信號傳輸不穩(wěn)定甚至是傳輸偏移等的情況，進而對衛(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，“動中通”技術(shù)便可有效彌補這些不足，不僅讓衛(wèi)星通信過程中的信號變得更加穩(wěn)定，也進一步提升了衛(wèi)星通信的信號質(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“動中通”技術(shù)中的自動化跟蹤系統(tǒng)，可以將衛(wèi)星移動式位置變化作為基礎(chǔ)，迅速、及時地對其位置偏移方向及其大小進行準確計算，讓天線角度可與衛(wèi)星實時的運行位置做到有效對應(yīng)，以此來實現(xiàn)衛(wèi)星信號的實施跟蹤監(jiān)測。通過這樣的方式，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“動中通”系統(tǒng)的技術(shù)而言，其主要的組成部分有以下兩個：

2.1 自動化天線跟蹤系統(tǒng)

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

2.2 衛(wèi)星常規(guī)通信系統(tǒng)

“動中通”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)，借助于自動化天線跟蹤系統(tǒng)來實現(xiàn)“動中通”技術(shù)和衛(wèi)星通信技術(shù)之間的嵌入式融合。通過這樣的方式，才讓這一系統(tǒng)的信號導(dǎo)入更加精準，以此來實現(xiàn)系統(tǒng)管理、運行狀態(tài)監(jiān)測、系統(tǒng)監(jiān)控等各項管理措施的有效實施。通過這樣的方式，便可為衛(wèi)星通信系統(tǒng)實際通信需求的全面滿足提供保障。

3 “動中通”衛(wèi)星通信系統(tǒng)的應(yīng)用實例分析

為實現(xiàn)“動中通”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“動中通”系統(tǒng)為例，對其配置技術(shù)進行分析。

3.1 系統(tǒng)組成分析

在船載形式的“動中通”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天線具體的轉(zhuǎn)動情況加以控制；衛(wèi)星天線的主要功能是對射頻電磁信號進行發(fā)送和接收；信道加密設(shè)備的主要功能是對通信傳輸進行加密處理，以此來保障數(shù)據(jù)安全；衛(wèi)星調(diào)制和解調(diào)器的主要功能是對基帶信號進行調(diào)制，并對中頻電磁信號進行解調(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算機、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)星用作中繼站來實現(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，首先通過編碼和解碼器來進行系帶限號的編碼，然后借助于保密設(shè)備對數(shù)據(jù)進行加密處理，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，再借助于上變頻器對這個調(diào)制信號進行提升，使其成為射頻信號，通過功率放大器對這個射頻信號做放大處理，最后借助于天線將其發(fā)送出去[4]。信號的接收可以看做是信號發(fā)送的一個逆向過程，首先是借助于天線對來自于衛(wèi)星的下行高頻信號進行接收，然后對其進行放大和變頻處理，再將處理后的信號傳送到解調(diào)器內(nèi)進行解調(diào)處理，接下來對其進行解密處理；在信號解密之后，應(yīng)借助于編碼器對其進行解碼，這樣便實現(xiàn)了所需基帶信號的成功獲取。

3.3 自動化天線跟蹤技術(shù)的應(yīng)用

在船舶運動的過程中，天線指向也會隨之不斷變化，此時，就需要借助于天線伺服系統(tǒng)來及時做出反應(yīng)，讓天線角度根據(jù)衛(wèi)星位置做出實時調(diào)整，使其始終對準衛(wèi)星，這便是自動化的天線跟蹤系統(tǒng)。就目前的自動化跟蹤方式來看，主要有慣導(dǎo)+GPS形式的跟蹤、單脈沖跟蹤、步進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)屬于開環(huán)控制技術(shù)中的一種，具體跟蹤過程中，并不需要反饋衛(wèi)星信號，僅僅借助與慣導(dǎo)以及GPS設(shè)備對船體進行方向、橫滾姿態(tài)、俯仰姿態(tài)和經(jīng)緯信息等的測量，并將已知的衛(wèi)星位置作為依據(jù)，對船體運動中的具體天線指向進行計算獲取。此類跟蹤技術(shù)的主要優(yōu)勢是能夠?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)星對準，并在清除遮擋的第一時間和衛(wèi)星之間建立起通信鏈路。但是這種跟蹤方式對于管道設(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，整個系統(tǒng)都將會失效，因此其跟蹤的精準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脈沖上進行偏差信號接收，并通過計算來實現(xiàn)天線角度誤差信息的準確獲取，然后根據(jù)這個信息來不斷進行天線偏差方向的調(diào)整，一直到偏差信號調(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)有著非常好的實時性和非常高的精準度[5]。但是其設(shè)備設(shè)計十分復(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)整等的這些動作來找尋可以到達場強的信號最大值，以此來實現(xiàn)天線和衛(wèi)星之間的有效對準。這種跟蹤技術(shù)有著比較簡單的設(shè)備，應(yīng)用成本也比較低，在當(dāng)今的“動中通”衛(wèi)星通信系統(tǒng)中已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用。但是因為這種跟蹤技術(shù)需要借助于很多個跟蹤步驟才能實現(xiàn)信號最大值的獲取，所以跟蹤速度非常慢，在實時運動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行圓周運動，在此過程中，天線波束的旋轉(zhuǎn)呈現(xiàn)出圓錐的形狀。在天線和衛(wèi)星對準時，通過該技術(shù)所接收到的信號電平將是一個恒定值；如果天線并未和衛(wèi)星對準，則接收到的調(diào)制信號將會和波束自身的旋轉(zhuǎn)頻率相一致，此時就需要借助于解調(diào)的方式對其無差角進行計算，并根據(jù)具體的計算結(jié)果來適當(dāng)調(diào)節(jié)天線指向。這種跟蹤技術(shù)十分簡單，跟蹤效率非常高，應(yīng)用成本也比較低廉，但是因為饋源一直都在與天線偏離的拋物面上焦點處做圓周運動，所以天線增益將會在其影響下有所下降。

就目前的“動中通”自動化跟蹤技術(shù)來看，以上四種是主要的技術(shù)形式，具體應(yīng)用中，需要根據(jù)實際情況來合理選擇，這樣才可以發(fā)揮出技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)天線和衛(wèi)星之間的有效對準，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)成為了一項主流技術(shù)，其技術(shù)優(yōu)勢也在國家和社會的諸多領(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達到動態(tài)化的實時跟蹤效果，技術(shù)人員就需要加強“動中通”技術(shù)的應(yīng)用研究。通過“動中通”技術(shù)和衛(wèi)星通信技術(shù)之間的有機結(jié)合，實現(xiàn)“動中通”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)星通信的實際需求，促進衛(wèi)星通信技術(shù)的良好發(fā)展。