您当前位置：Home > 解决方案 > 行业知识行业知识

动中通通信卫星系统工作原理特点分析
信息来源：99shuma 发布时间：2013-06-16 点击：

1. 天线形式与等效口径的选择

　　要使动中通系统能够在各种的陆地移动系统当中能够普遍的进行使用，需要对于系统的天线外形作一个相对严苛的标准。在汽车、火车这些陆地的交通工具在地面行动的时候难免会穿过一些桥梁、隧道，这些特殊的地方会对地面移动系统通过的时候造成高度上的限制，而且我们的天线系统大部分都是安装在车辆的顶部的，面临特殊路段的情况下，我们需要把天线系统尽可能的小化去满足车辆在运输过程当中的畅通。公路和铁路高度方面都有相关限制，一般整个天线系统包括天线罩在内的高度都是在0.8 米以内，我们对天线系统的高度进行计算得到，天线的等效口径高度在0.5 米左右，结合电讯当中的设计和传动当中设计得出在抛物面上所使用的是40x60 cm的矩形短焦距类型的抛物面天线，这样设计的好处就是天线在高仰角进行工作的过程当中旋转半径能够更大。还有一种微带相控的天线，这种天线是分块组阵设计和共形设计共同完成整体系统实现过后的低剖面部分，可是这种设计的成本相对来说会比较高，性价比相对就不可观了。

　　一般的天线都是使用的口径比较小一点的那种，是因为馈源的遮挡而导致了天线的口径大幅度的减小了。在天线馈线的整体设计方面，一般都是采用对天线整体的跟踪扫描进而对圆锥进行扫描跟踪;对于天线波束的俯仰面的最大化和结构传动之间产生的问题是可以使用下偏馈结构来解决的。通过以往对于道路的模拟过后的经验能够把天线的整体安装到无谐峰的减震器上，这个方法能都减缓动中通条件下高频振动对于天线系统的影响，还可以使天线对于卫星系统的精度校对，让卫星运行能够更加的畅通无阻。

　　2. 电讯性能考虑

　　2.1 天线系统

　　天线需要采用小口径种类的，小口径的天线使用起来具有更加的效率，如果把通信天线进行极化过后能够通过自动跟踪的方式去适应动中通当中的环境变化;馈线系统能够更具具体的情况更改圆极化的工作方式;用整体天线圆锥扫描的方法能够提高产品的性价比，对卫星的信号进行跟踪。

　　2.2 伺服跟踪系统

　　在适应动中通的环境的时候，使用伺服跟踪系统能够具有很高的加速度和速度，伺服跟踪系统需要构件出一个对于大地比较稳定的跟踪平台。这个系统的特点就是跟踪目标的速度很快、能够在需要中断恢复的时候去适应运动载体的变化特点来自身调节变化。

　　2.3 跟踪接收系统

　　这个接受系统应该要与卫星之间有相互的识别能力，这样的识别能力能够锁定卫星的导频信号，锁定信号过后需要迅速的捕获，锁定跟踪信号的时候失误的时时性是比较高可以适应伺服跟踪的高速特点。

　　2.4 通信体制

　　运用宽带扩频的通信体制能够降低天线的辐射，达到在移动卫星系统的通信应用当中运用小口径天线。

　　3. 基本工作原理

　　动中通通信卫星的系统工作原理大致和传统意义上的数字卫星是一样的，它们都是经过同步卫星进行转发的中继通信。基带信息是通信的基本过程，其中包括声音、图像等等，使用调制编码调制到中频信号，然后通过变频器过后将变频为射频信号，功放会将信号进行放大然后天线将信号传输到卫星上;当卫星接收到信号过后就会转发这些信息到地球站上，地球站的接收器会将信号进行放大。信号会经过变频变成中频信号，之后就会用调解器进行调解。上面这个过程就是卫星工作的大致过程，接收过程和传输过程是相反的过程，接收过程就是传输过程的逆过程。

　　这个系统在工作的时候是KU 频段， 发射的频率在14.0~14.5GHz 这个范围内,接收的频率范围是10.95~12.75GHz。

　　下图是这个系统的工作原理图：



　　动中通卫星通信系统在车体当中服务的时候有很多的问题是没有解决的，对天线的摇摆、颠簸等等都会对信号造成一定的影响，不能使车体在运动的过程当中很迅速的对准卫星;天线在和卫星对准了过后再移动通信方面还是有问题，其中有如何减少多径效应和多普勒效应等等方面的问题。

　　4. 动中通技术分析

　　要想要地球同步轨道卫星通信系统能够很好的运行需要解决运动载体上面的天线系统的固定卫星跟踪，以及对系统当中的载体运动来解决通信信号方面的问题。

　　抛物面天线、波导裂缝阵列天线、微带相控天线等等类别的天线都是动中通系统当中按照天线体制划分的类型。对于不同类别的天线体制在动中通当中的运用肯定是不同的。从跟踪的体制上来划分的话，动中通系统就能分为圆锥扫描跟踪、相控跟踪、单脉冲跟踪、捷联式稳定平台、重力稳定平台等等。

　　“动中通”系统所采用的技术可分为以下几种:

　　4.1 机械捕获式

　　一般的卫星强度都会随着天线指向误差越大而强度越小，针对这一特征就需要不断的搜索使信号一直处于一个最强的地方。这个方法需要用到的设备少，而且比较简单，相对来说成本也会比其他方法的低。缺点就是天线的波瓣窄，搜索的时候速度也比较慢，这样一来就容易导致信号的丢失，丢失过后想要从新获取需要的时间也是比较长的，就要对机械传动方面进行改进设计。

　　4.2 单脉冲跟踪式

　　多个方向上的卫星信号的强度之间是有一定的和差关系的，利用这个关系迅速的计算出天线指向的偏差，这种卫星天线系统在速度上是很快的，但是缺点就是系统是比较复杂的，在国内还达不到广泛使用的程度。

　　4.3 捷联跟踪式

　　使用前馈控制伺服系统先把天线稳定在车体上，使其在水平坐标系中稳定下来并建立用惯性姿态测量的单元坐标基准，让载体运动对天线的干扰尽可能的降低。这个方法的稳定性很好，信号不容易损失，即便信号损失了也能够找回来。缺点就是这个系统当中所使用的陀螺仪等仪器的成本太高了，使用的计算方法也是比较复杂，从而使得这个系统的造价就高了，性价比降低，难以达到广泛使用。

　　4.4 载体姿态跟踪式

　　首先要在飞机的导航系统或者是大型的舰船上的平台力为动中通系统寻找一个载体姿态的信号，通过补偿误差以及对坐标进行变换过后将信号发送给天线的伺服系统，这个方法是比较简单的，缺点就是受到了载体的限制，在车载的应用上带来了很大的局限性，造成了极大的不便。总结对于动中通的体制进行一个简要的分析引导出动中通系统所采用的几个技术方式，机械捕获式、单脉冲跟踪式、捷联跟踪式、载体姿态跟踪式，通过对这些技术的介绍，分析它们的利与弊，达到对于动中通通信卫星系统工作原理的进一步说明。

　　参考文献：

　　[1] 刘旭东.卫星通信技术[M].北京:国防工业出版社,2000.

　　[2] 张更新.卫星移动通信系统[M].北京:人民邮电出版社,2001.

　　[3] 郑宝辉.Ku 频段/ 动中通0 卫星通信车载站的设计与实现[R].全国卫星微波通信技术研讨会,2002.10.

　　[4] 郑林华,韩方景,聂眸.卫星移动通信原理与应用[M].北京:国防工业出版社,2000.

　　[5] 白徐祥,官山林.动中通卫星通信天线[J].无线通信技术.2004.1.

　　作者简介：

　　杨揆(1980-)，男(汉族)，安徽巢湖人，硕士研究生，主要研究方向：卫星通信工程。


图2 T 接线路测距装置的安装

　　2.5 只有一条运行线路的母线

　　如果只有一条线路及变压器运行在母线上，由于母线端变压器对高频行波近乎开路，测量端母线只能检测到因其分布电容产生的电流脉冲行波，且电流脉冲持续时间短、幅值小的特点给故障测距带来困难。可采用两种方法来完成故障测距任务。第一种是调低检测装置感应电流行波阀值来确保检查可靠性，同时也使得了检测装置更容易被干扰。第二种是安置可检测故障电压行波脉冲的电压行波传感器。

　　考虑经济投入的原因，故障行波电压传感器(电容分压式)并没有被普及，且其安装还比较困难。可以考虑一种间接检测故障电压行波的做法，如图3 所示。根据电容分压器上的电流幅值与故障线路电压行波幅值存在的正比关系，可以通过安装电流互感器来检测CVT(电容式电压互感器)上的电容电流，然后便可得到故障线路电压行波波形。

　　2.6 雷电波的影响

　　雷击引起的电力线路上的短暂电流行波(持续时间在几十到数百微秒)，会造成故障测距设备的误启动。从线路故障角度看，虽然因雷击产生的测距结果没有实际意义，但是准确记录每次雷击发生的时间和线路位置，有利于对线路的防雷故障展开研究，如果装有双端测距装置，还可以找出雷击位置。所以不能忽略因雷击造成的行波记录。根据线路故障行波和雷击引起线路行波波形的特点，可以在检测端判定出线路行波的来源。雷击造成的线路电流行波极性相同(一般为正极性)其在三相线路中的幅值相差不大。在雷击引起线路故障的情况下，故障行波和雷击引起的行波并存于线路，二者的叠加增加了抵达检测母线端线路行波波形的复杂程度，这让采用单端行波测距法的线路难以准确判定故障点的位置。


图3 电容分压器电流的测量
 

　　结束语

　　建立在现代微电子技术、现代数字信号处理技术和现代通信技术基础之上的输电线路现代行波故障测距技术能够实现线路故障的精确定位。利用电流暂态分量可以实现各种现代行波故障测距原理，并且易于实现，如果能很好解决实际应用中遇到的问题，那么就能够加速现代行波故障测距原理在电网中的实际应用。