卫星通信优缺点篇(1)

【关键词】卫星通信;便携;通信体制

在“5.12汶川地震”过后的多次突发公共事件的处置中发现，公共通信网络在突发公共事件发生时通常会出现瘫痪、堵塞的情况，卫星通信作为应急通信的保底通信手段是不可或缺的，如果需要在环境恶劣或特殊地形的条件下第一时间到达现场，并且携带较多的抢险器材，这时体积小、重量轻、便于携带便成为了卫星通信设备考虑的重要因素。现有卫星通信系统具有不同体制，对应的使用环境也有所不同，用户需要根据不同环境和不同应用的要求选择相应的便携式卫星通信系统。

一、现有卫星通信系统的分类及优缺点

卫星现有通信制式有FDMA、TDMA、CDMA。

1.FDMA：频分多址，采用调频的多址技术。不同用户使用不同频带实现信号分割，即在同一时间内不同用户使用不同频带。

优点：一个终端对应一段频段，别的终端不能使用该频段，因为是独享，所以可以支持稳定速度较快的通信，上传、下载速度接近，应用时间较长，设备经过实战考验。

缺点：因是独享，所以在同一载波内不支持多址通信，且主站设备多，配置复杂，通常使用在传输视频上。

2.TDMA：时分多址，采用时分的多址技术。业务信道在不同的时间分配给不同的用户，即在同一频带内不同用户使用不同时隙。

优点：所有终端可以使用同一频段进行通信，在同一载波内支持多址通信，网络规模可以很大且分布起来比较简单，能接收大速率的数据，下载速度通常大于上传速度，下载速率通常大于FDMA，上传速度通常小于FDMA。应用时间较长，设备经过实战考验。

缺点：主站设备比FDMA更加复杂，因带宽不是独享，通信延时长于FDMA。

该通信制式通常在需要较大下载数据的情况下使用，通常使用于综合业务系统，上网、传输数据等。

3.CDMA：码分多址，采用码分的多址技术。业务信道在同时分配给不同的用户，通过不同的码制区别不同的用户。

缺点：在较少终端的情况下传输效率通常低于上述两种制式，上传带宽较小远小于FDMA和TDMA，只能进行低速率的通信。设备较少，没有经过实战考验。

优点：设备架设的复杂度低于上述两种体制。

载波频谱密度低，降低对邻星的干扰，特别适用于0.5m口径以下的VSAT系统;具有软容量特性，即在少量降低在用信道载噪比的代价下，可以在额定系统容量基础上临时增加少许信道，以满足系统突发负载增加。

抗干扰能力强：因将有用的信号扩展到很宽的频带上，干扰信号进入与有用信号同频带内的干扰功率大大降低，从而增加了输出信号/干扰比，因此具有很强的抗干扰能力。

可进行多址通信：采用正交性等方式区别不同终端，使各网在同一时刻共用同一频段，因此在同一频段内可支持多个终端传输。

频带可复用：采用正交性等方式区别不同终端，因此两个不同网络传输的频带可重叠复用。

二、不同卫星通信体制对应的便携系统解析

1.FDMA

设备特点：

系统采用 Ku频段，单跳直连，动态组网，满足低速、中速、高速业务需求。

具有双向通信能力，能实现语音、数据、图像的传输。

具备高速数据传输和视音频传输，每路数据传输速率不小于64kbps，每路话音传输速率不小于8kbps，每路图像传输速率为768kbps至2Mbps;每路综合业务数据至少包含4路话音、1路图像和2路数据。

采用基于IP协议的通信标准和FDMA/DAMA卫星通信技术体制，并能通过卫星链路全网互联互通。

支持任何符合TCP/IP协议的数据，支持QOS协议及TCP协议加速。

系统支持BPSK、QPSK、8PSK等多种调制方式和TPC 1/2、3/4、7/8编码方式。

卫星通信设备通过IP接口与电视会议设备、计算机网络设备、通信设备、视音频编解码设备等连结。

中频接口采用L波段。

系统应具备自动上行功率控制能力（AUPC）。

综合业务数据可通过IP加密方式传输并采用统一型号的加密设备。

设备性能：

自动对星便携站应具备一键自动对星功能，架设开通时间为3-5分钟。

天线应具有高增益、高效率、低旁瓣、小电压驻波比等良好电气特性，旁瓣特性和交叉极化隔离度指标满足卫星公司入网要求。

具备重量轻，抗震能力强，集成度高，工作适应温度范围广等特性。

能为BUC及LNB提供10MHz外参考，能通过馈线给BUC供电。

功耗小、工作温度范围广、重量轻。

便携式卫星站配置1台调制解调器和1台DVB接收机。

2.TDMA

设备特点：

两个背包就是一个完整的基于卫星通信的多业务终端，特别利于越野行动。可以选择人力发电机，这样三人小组可以完成恶劣条件下的应急通信保障。在全国城乡大多数地点，与多个固定地点和机动地点联网通信。在全国城乡大多数地点，与多个固定地点和机动地点进行视讯会议或视讯对话。可以全部放进普通小汽车的后备箱内。可以通过民航普通行李安检。

设备性能：

使用“静中通”天线手动寻星的卫星交互式宽带多媒体通信系统。主要用于卫星应急通信，在到达现场后按要求展开天线，手动寻星，然后建立卫星通信链路。卫星通信链路支持基于IP的数据通信，支持VPN，支持VLAN。系统自身对外具备一个标准的以太网络接口，可以运行地面计算机网络上的所有应用。

可以完成网络访问、网络电话、视讯会议等应用的一个终端的全部基本功能。此时，系统具备了网络拓展的接口，以便接入更多的计算机或网络设备，特别是可选IP保密机的接入;拥有基于PSTN传真机的接入能力，以便收发传真;配有无线图像传输系统，可解决最后一公里的图像传输问题;具有音视频的AV接入和输出，以便接入外接的图像和伴音，或者完成图像和声音的输出。

3.CDMA

设备特点：

主要用于拨打卫星电话，进行小速率的数据传输

可设置热线电话按键，实现一键呼叫;

携带体积不超过50cm×40cm×30cm，总重不超过8kg，包括背包、整体外壳、天线、功放、LNB、调制解调器、内置北斗模块、一块电池、电源适配器、无绳电话、支架;

选用0.3米*0.3米的平板天线，配备无绳电话，方便在单兵设备附近移动使用;

具有无线AP接入点功能，可实现数据（包括图片、文本、短信等）传输，支持802.11a/b无线网络协议，支持UDP网络协议，可通过AP访问该单兵通信系统;

符合卫星运营商的入网要求;

手动对星方式，需配备对星辅助工具，具有卫星信号强度指示灯、指南针等，对星时间为5-10分钟;

支持锂电池供电和使用电源适配器采用交流电供电。电池采用外挂式，可选配不同容量，保证持续工作时间不低于2小时，待机时间不低于8小时;

具有直观的电池电量指示灯、工作状态指示灯;

外部接口应选用航空插座，防水防尘，适应野战环境;

内置北斗定位模块，可在单兵设备数据模式下上传地理位置信息;

设备性能：

提供卫星网内便携站与主站、便携站与便携站以及便携站与公用电话网间的话音通信;

提供卫星网内便携站与主站、便携站与便携站以及便携站与公用电话网间的数据通信;

提供卫星网内便携站与主站、便携站与便携站间的短报文通信;

系统具有基本网管功能，提供系统的信道分配和基本配置管理。

扩频带宽：2、4、8MHz可变。

信息速率：话音，2.4kbps声码话;

数据，2.4kbps。

通信体制： CDMA/PSK/DAMA。

工作频段：Ku频段。

差错控制：LDPC码。

话音接口：二线话音、wifi无线接口话音;

数据接口：网口、wifi。

三、不同卫星便携系统的优缺点和使用场景总结

现总结如下：

（一）频分多址（FDMA）不扩频多址通信系统

1.特性

采用调频的多址技术。不同用户使用不同频带实现信号分割，即在同一时间内不同用户使用不同频带。

2.优点和应用环境

频带独享，延时较短，传输的时延抖动较少，通常应用与视音频传输

3.缺点

ODU要求较高，用户增加时，扩展系统能力比较麻烦

（二）时分多址（TDMA）不扩频多址通信系统

1.特性

采用时分的多址技术。一段频带在不同的时间分配给不同的用户，即在同一频带内不同用户使用不同时隙。

2.优点和应用环境

ODU要求较低，扩展系统能力较简单，该通信制式通常在需要较大下载数据的情况下使用，通常应用于综合业务系统，上网、传输数据等

3.缺点

延时长，传输的时延抖动较多，不适合对于延时敏感的传输业务

（三）码分多址（CDMA）扩频多址方式通信系统

1.特性

采用码分的多址技术。在一段频带上，将信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去，接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信，不同的用户使用不同的伪随机码进行区分。

2.优点和应用环境

ODU要求最低，能够降低载波频谱密度，降低对邻星的干扰，抗干扰能力和保密能力强于不扩频通信系统，通常应用于语音、小数据传输等

3.缺点

传输效率通常低于不扩频通信系统，占用频带资源多

卫星通信优缺点篇(2)

关键词：LBS（基于位置服务）；GPS；AGPS

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）07-1579-03

随着21世纪3G移动网络时代的到来，以Android操作系统为主的智能手机也逐渐成为人们的首选。据统计，2013年Android移动操作系统的全球市场占有率已达到75%，Android智能手机在中国市场的占有率达到了86%，而且还呈现出不断上升的趋势，随着智能手机的普及，人们对手机功能的要求也随之提高，而LBS（基于位置服务）成为一门越来越热的技术。把LBS（基于位置服务）技术应用到Android智能手机上，使智能手机能够进行实时的定位，导航操作，为用户提供一种增值业务。为满足人们对基于位置服务的需求，我们必须要让用户能够切身感受到这种技术带来的方便，为更好的完善LBS技术，我们既要用GPS来定位导航，还需要把GPS技术与AGPS技术结合起来，来达到LBS技术的优化。

1 LBS（基于位置服务）与GPS和AGPS

基于位置服务是移动设备通过链接网络与GPS技术结合来定位移动设备所在位置，以及所在位置的一些服务信息。GPS技术的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具置。在基于位置服务技术中，GPS技术以其高精度得到广泛的关注[1]。但是它的两个缺点也非常的明显，一是它的初始化时间过长，这会使LBS技术的应用受到很大限制，二是它的信号穿透力太弱，很容易受到一些建筑物或者植被的干扰，影响其精确度。AGPS技术通过网络的辅助，成功的解决了GPS技术初始化时间长和信号穿透力弱的缺点。AGPS技术是结合了GPSJ技术和蜂窝基站（GSM网络通信是通过某一个蜂窝基站接入到GSM网络进行数据传输）的定位优势，借助蜂窝网络的数据传输来达到高精度和快速的定位。这样把GPS和AGPS技术融入到LBS技术中，能够使LBS技术更加完善。

1.1 GPS技术性能分析

众所周知，传统的GPS技术因为过于依赖终端（手机，PC等）的性能，这使它的定位精度受到不同终端，不同性能的制约，所以当卫星的扫描，捕获及信号接收等操作都集中到一个终端时会严重影响到定位的灵敏度和精确度，而且还会造成终端的大量耗电。为解决这些缺陷，因此使用了CDMA技术，把一些最复杂繁重的操作从终端转移到网络中的定位服务器完成，这样一来，不仅大大提高了定位的精确度，灵敏度等，同时，也减少了终端所需的操作，减少耗电。

CDMA定位系统组合了GPS卫星信号和无线网络信号，这样可以更快捷的进行定位操作[2]。由于CDMA定位系统的灵敏度要比传统的GPS定位高出20dB，这使它可以在有建筑群的环境下正常的进行定位操作。

1.2 AGPS技术性能分析

AGPS定位系统必需要有蜂窝网络数据传输和AGPS位置服务器的支持，因此一些普通的用户要交付一定的数据流量费。与此同时，它和传统的GPS定位系统一样，存在着不能完美解决在室内进行定位的缺陷。

但与传统的GPS定位系统相比，AGPS技术在终端首次搜索卫星不仅速度比较快，而且大大减少了终端的电量消耗。当然，最关键的是它对移动设备的性能要求比较低，这样一来，可以让更多的不同性能的移动设备使用者利用AGPS技术进行高效的，精确地定位。

2 GPS与AGPS协同合作定位，导出更加精确的位置

使用GPS和AGPS共同定位的思想是基于两者的优缺点而得到的，单独的使用GPS和AGPS都有弊端，如果将这两项技术结合起来的话，就能得到更精确的位置结果，对于快速精确定位问题的解决将是一项重大的突破，二者的完美结合绝对会掀起一次大的浪潮。

2.1单独使用GPS和AGPS的缺点

GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的[2]。

由此可见GPS导航的定位是不断的发射导航电文来实现定位的。但是用户的接收机不可能和卫星的星载时钟是同步的，除了要用到三颗卫星来计算X，Y，Z三维空间坐标以外，还需要用到一个辅助卫星来实现时差Δt的补救，这样的话一次定位就至少需要四科卫星的协同支持，GPS的一次导航时间就可想而知了，需要用到的时间很多，至少需要2-3分钟，而且据专家表示这样长的时间是能够影响到定位的准确程度的，这就是GPS的单独定位的一个很大的弊端。再一个缺点GPS定位的位置需要在可看见人造卫星或轨道所经过的地方[3]。在都会区中的使用者经常在"都会峡谷（urban canyons）"中，在浓密的树下或是室内。这样就加大了定位的难度，所需要用到的时间就会更多，在用户机上就会一直反复的刷新定位中，却得不到自己想要的结果。

而AGPS是辅助全球卫星定位系统， 是使用协助服务的技术，用来减少定位所需的时间。就是在一个区域内辅助通过基站和GPS共同的定位，从而得到更加快速和精确的位置。当然AGPS虽然是在GPS的优点上产生出来的技术但还是有一定的弊端。第一，必须有蜂窝网络（GPRS/EDGE/CDMA等）的支持用以数据传输，对一般用户而言可能需要为此支付一定的数据流量。通常的地图下载，这样的数据流量一般不会在少数。而且它还有一个很重要的问题，现在的AGPS技术大多都是纯软件方案，它不像GPS那样在移动设备端还有一个接收器这样的硬件，所以它在定位的时候，必须要去下载所能够使用卫星的星历，这样势必就增加了用户的数据流量。第二，必须有AGPS位置服务器的支持，也就说在硬件上它比GPS还多了一个位置服务器，实际上就是基站。第三，它也无法单独的解决“都会峡谷”所带来的问题。

2.2 GPS与AGPS结合导航共同用于定位

我所想的是如果将二者技术优点结合起来，实现GPS和AGPS的双重定位，那么将会更快、更加精确的导出用户所申请的位置信息。GPS的优点在于它有相应的外在条件可以支持，工作的卫星的环境已经搭建好了，一直在天上待用，用户只需要像卫星发出申请就可以了，而且现在移动设备上大多数都已经装有GPS接收器这样的硬件，这种硬件条件是不可多得的[4]。AGPS的优点在于能够快速精确定位，它的首次获得响应位置的信息只需要几秒钟的时间，比GPS快了几十倍，而且在受遮盖的室内或者树荫下也能够借助基站信号来弥补，能够在一定的程度上解决“都会峡谷“的问题。所以如果将二者有机的结合起来所得到优势将会产生新的技术革新。

当然二者如何结合起来是我们所要考虑的核心问题，而且二者所导出的定位数据是有误差的，那么如何选择数据，减少这个误差也将会是这项技术的核心。

我所想的是设计一款既能接收GPS信息也能接收基站的信息的共同硬件，还有软件方案GPS和AGPS也应该有相同的机制。将硬件置于移动设备中，然后软件的机制我们可以设定两种地点方案供用户选择：城市和非城市。这样一来，当用户进行定位导航时，软件同时打开GPS和AGPS进行双重定位，如果是在非城市地区，比如，野外，山区，草原等。那么在这些地区由于缺少基站GPS的反应时间和定位的精确肯定要优于AGPS，这时我们所设计的方案就是以GPS为主，AGPS为辅。但是在城市中，“都会峡谷“纵横交错，人们所使用设备大部分都是在室内或者树荫下，卫星的定位就会有缺陷，那么此时AGPS就会发挥它的作用，可以快速精确的定位，这时我们就以AGPS为主，GPS为辅。

那么二者同时进行导航时，不可能不存在误差，这时就会有一个问题，产生的这两组数据如何处理？最终反馈给用户的是一组最精确的数据，达到用户此次定位的目的。我们所研究给出了两种解决方案，第一种解决方案是：将得到的两组数据进行取平均值的方法，这样是最简单的也是最好处理的方法。计算公式为[5]：

（Xmax+Xmin）/2，（Ymax+Ymin）/2，（Zmax+Zmin）/2。

第二种解决方案是：是运用概率数学中的极差，在统计中常用极差来刻画一组数据的离散程度，以及反映的是变量分布的变异范围和离散幅度，在总体中任何两个单位的标准值之差都不能超过极差。同时，它能体现一组数据波动的范围。极差越大，离散程度越大，反之，离散程度越小。这样一来，我们需要在一次定位中，多次测量至少两次数据，将两次数据分为两组，求取每组数据的极差，这样一来，极差小的则为比较精确的数据，我们就将这组数据反馈给用户，即这组数就是用户这一次提出定位请求所得到的数据。计算公式如下：

极差=最大值-最小值。

全距=最大标志值-最小标志值。 R=Xmax-Xmin。

其中R代表的是极差的缩写。

3 总结

通过分析GPS和AGPS单独应用于LBS（基于位置的服务），提出了在此基础上的二者结合用于导航技术，运用硬件技术制作出可以同时接收GPS和AGPS讯号的芯片，再通过软件算法解决数据提供数据的问题，这项技术如果应用于LBS服务，那么将会得到更好的，更加精确的服务，对这项技术在国内空白也将起到填补的作用。现在SFIR公司已经生产出了这样类似的硬件，只要我们将这项技术不断的更新，那么未来的LBS服务市场将会更加升温。

参考文献：

[1] 王光明.浅析全球卫星定位系统在飞机导航系统中的应用[J].城市建设理论研究，2011（10）.

[2] 赵永宁.路桥施工新技术的应用与发展[J].科技致富向导，2013（8）.

[3] 宋世炜，周晟昀，苏畅.武钢铁路机车GPS调度监控系统的设计与实现[J].中国通信学会，2009（4）.

[4] 李玲.基于GPS的车辆定位监控系统的研究[J].天津大学，2011（8）.

[5] 肖铁.嵌入式车载导航系统的设计与开发[J].兰州理工大学，2009（8）.

[6] 杜凡.基于卡尔曼滤波器的管道泄漏增强研究[J].北京化工大学，2010（1）.

卫星通信优缺点篇(3)

卫星运行的轨迹和趋势称为卫星运行轨道，其轨道近似于椭圆或者圆形，地球就处于椭圆的一个焦点或圆心上。卫星轨道类型是根据其需要完成的任务决定的，同时卫星轨道的特性也决定了其任务特性。

2按轨道形状分类

可分为圆形轨道和椭圆轨道。圆形轨道上的卫星围绕地球匀速运动，通信卫星最常用该轨道；椭圆轨道在近地点运行速度快，在远地点运行速度慢，可利用在远地点速度慢这一特点来满足特定区域，特别是调整轨道参数满足地球高纬度区域的通信需要。

3按轨道高度分类

可分为中轨（MEO）、低轨（LEO）和高轨（HEO）。中轨卫星通信系统轨道高度为8000～20000km，兼有低轨和高轨系统的折中性能，中轨卫星组成的星座能实现全球覆盖，信号传播衰减、延时和系统复杂度等均介于低轨和高轨系统之间。低轨卫星通信系统轨道高度为700～2000km，卫星对地球的覆盖范围很小，可用于特种通信或由多颗卫星组成星座，卫星之间由星际链路连接，实现全球的无缝覆盖通信。例如，铱星系统是轨道高度为780km，由66颗卫星（另13颗备份）组成的星座通信系统。低轨系统具有信号传播衰减小、延时短、可实现全球覆盖的优点，不过实现的技术复杂，运行维护成本高。此外，随着轨道的降低，大气阻力成为影响卫星轨道参数的重要因素。一般来讲，当卫星轨道高度低于700km时，大气阻力对轨道参数的影响比较严重，修正轨道参数会影响卫星的寿命。当轨道高度高于1000km时，大气阻力的影响可以忽略。高轨卫星通信系统轨道高度在35786km的地球同步轨道（GSO），卫星位于最常用的赤道平面。高轨系统单颗卫星覆盖范围大，传播信道稳定，理论上3颗卫星便可覆盖两极之外的所有地区。但高轨系统传播信号衰减大、延时长，只有一个轨道平面，因而容纳的卫星数量有限。目前运营中的IntelSat、InmarSat、Thuraya等系统都是高轨系统。大椭圆轨道可为高纬度地区提供高仰角通信，对地理上处于高纬度的地区是很好的选择。

4按轨道倾角分类

可分为赤道轨道、极轨道和倾斜轨道。赤道轨道的倾角为0º，当轨道高度为35786km时，卫星运行速度与地球的自转速度相同，从地球看上去，卫星处于“静止”状态，这也是通常所讲的静止轨道。当卫星轨道倾角与赤道成90º时，卫星穿越两极，因此也叫极轨道。当卫星轨道倾角不是0º或90º时，称为倾斜轨道。不过，一般而言，通信卫星都是采用顺行轨道。

5按星下点轨迹分类

如果在卫星和地心之间做一条连线，该连线与地面的交点就叫做星下点，在这些星下点连接起来就是星下点轨迹。由于在卫星围绕地球转动的同时，地球本身也在自转，所以卫星绕地球运行的星下点轨迹不一定每一圈都是重复的。将星下点轨迹在M个恒星日绕地球N圈后重复的轨道叫做回归/准回归轨道（这里M、N是整数），其余的轨道叫做非回归轨道。M=1叫回归轨道；M＞1叫准回归轨道。轨道类型之间一般还会有混合交叉，所以分类只是对卫星轨道观察角度的不同。

6对比分析

篇幅所限，现仅就按轨道高度分类的卫星通信系统，给出如下分析：

6.1低轨（LEO）传输延时和功耗都较小，但每颗星的覆盖范围也较小，典型系统如铱星系统。支持多跳卫星通信，链路损耗较小，因而对卫星及其用户终端的要求不高，微型或者小型卫星和用户终端就方便使用。低轨的代价是构成全球系统的卫星数量高达数十颗，如铱星系统有66颗卫星、Teledisc有288颗卫星、Globalstar有48颗卫星。由于低轨卫星运行速度比较快，对于某一特定的终端用户来说，从地平线升起至落到地平线之下卫星暴露在视野中的时间短，载波和卫星之间的切换比较频繁，因此，低轨系统组成和控制技术复杂、运营风险大、建设成本高。

6.2中轨（MEO）传输延时要大于低轨卫星，但覆盖范围也更大。中轨系统是同步卫星系统和低轨系统的折衷，兼有两者优点，又克服两者不足，仍可采用简单的小型卫星。若均采用星际链路传输信号，远距离通信时，中轨系统在星际链路上的延时会比低轨系统的低。而且由于中轨系统轨道比低轨系统轨道高很多，单颗卫星覆盖的范围远高于低轨系统，当轨道高度达到10000km时，单颗卫星可覆盖23.5%地球表面，因而只需要少数几颗卫星就可以达到全球覆盖。十几颗卫星就能提供对全球绝大部分地区的双重覆盖，系统的可靠性可以通过分集接收系统实现，系统成本也要低于低轨系统。因此，中轨系统在建立全球覆盖方面是较为优越的方案。不过如果地面终端需要宽带业务，此系统实现上会有一定困难，低轨系统宽带业务方面较中轨系统优越。

卫星通信优缺点篇(4)

VSAT卫星通信技术是一种先进的通信技术，是现代通信技术研究和发展的主流方向。近些年来，随着VSAT卫星通信技术研究的深入，该技术已开始被广泛应用到各个领域当中，如：地理信息采集与传输，远端通信、导航定位等。并且VSAT卫星通信技术具有较强导航、定位、测量功能，在导航领域中的应用能实现精准定位，实时导航，更有效消除了传统通信模式下，对基站信号的依赖性，具有非常强的应用优势，非常值得推广和应用。研究VSAT卫星通信技术，对于促进通信技术改革，提高我国通信技术水平有重要意义。

1 VSAT卫星通信技术的发展

VSAT卫星通信技术的核心技术是：通信技术、CGNSS技术、卫星技术、定位技术、微波技术，属于微波通信的一种形式，是新时代背景下各类高新技术相互融合的产物，该技术最早主要应用于军事活动领域，后随着经济发展与科学技术进步，该技术得到普及，开始广泛应用于社会活动领域。VSAT卫星通信技术源自传统卫星通信系统，是基于卫星通信技术，于二十世纪八十年代，美国率先研发一种新型卫星通信技术。VSAT卫星通信系统不仅设备小，天线小，结构紧凑，安装方便，且对使用环境没有特殊要求，价格便宜，具体智能化特点，组网灵活性强，不易受地面网络干扰和限制。VSAT卫星通信系统，能提供：数据传输业务、语言传输业务、传真传输业务、图像传输业务、信号传输业务，通信效率高，通信信号稳定性好。系统具体包括：系统部分与终端部分两大组成部分。系统部分由：射频设备、天线设备、放大器、变频设备、编译码器、基带设备等相关设备组成，具体应用中也会因通信业务类型的不同，应用到其他类型设备。具体根据通信业务性质的不同，可分为：电视通信、数据通信、语言通信三大类，通常使用的是静止轨道通信卫星，具体应用：KA、Ku、C等频段。以语音业务为主的VSAT卫星通信系统，能为专用语音网信号与公用网信号交换与传输提供服务，且支持少量数据传输业务。而以数据业务为主的VSAT卫星通信系统，除能进行数据通信外，还能提供少量语言业务。综合类业务为主的VSAT卫星通信系统，既能提供图像业务，还能提供语言业务，应用范围最广泛。

2 VSAT卫星通信技术的应用

通过前文对VSAT卫星通信技术的分析可以知道，该技术与传统通信技术相比，具有很大优势，能有效提高通信水平，不仅继承了卫星通信优点，更有效弥补了传统通信缺点，且应用成本低，具有较强实用性和经济性。实践证明，一个VSAT卫星通信系统，可允许一千个小站和终端的接入，能进行双向通信。具体应用中，组网方式灵活，可分为：网状型、星型、混合型等三大类。可用于：气象、民航、地理、军事、石油、导航、工业等领域，以及边远地区通信。例如，VSAT卫星通信技术在导航领域中的应用，能实现GPS全球定位，且通信延迟低，能对物体进行精准定位。并且由于VSAT卫星通信系统天线小，对使用环境没有特殊要求，所以不会因卫星天线偏离，造成通信与定位的终止，很好的解决了天线稳定性与不可移动问题，而且VSAT卫星通信系统智能化程度高，能自动对准卫星，获得信号极大值，所以定位信息更准确，速度更快。如此强大的定位与导航功能，则可用于交通管理，铁路运营调度等各个方面。另一方面，近些年来VSAT卫星通信技术应用到宽带领域也成为重要研究方向，VSAT卫星通信技术下，能实现文件软件的传输、下载、互联、接收等等，通信速率能从几kbps到几百kbps，甚至是达到Mbps，且仍然在不断提高，这为宽带技术改革创新提供了条件。但具体应用中，必须要考虑到VSAT卫星通信技术条件下的网络通信协议和网络监管协议，所以实际应用中，还存在一定的局限性。此外，VSAT卫星通信技术还能应用到广播信号传输中，能实现多频传输，能有效提高广播信号覆盖面，解决传统广播信号传播中存在的覆盖面不足的问题，并且相关技术已十分成熟。此外，除了进行广播信号传播外，还能用于电视信号传播。我国电视受众群体庞大，电视机拥有量非常大，市场规模潜力非常大，但传统电视信号覆盖范围有效，且信号质量差，不能满足受众需求。而利用VSAT卫星通信技术进行电视信号传播，则能大大提高电视信号传播质量，扩大信号覆盖范围，解决偏远地区的看电视问题。很多学者认为，我国应积极发展自己的卫星电视直播技术，显然VSAT卫星通信技术融入电视传播领域将成为必然。此外，VSAT卫星通信技术还可在海洋通信中应用，海洋通信涉及语音业务、信号业务、数据业务，传统通信方式效率低，效果差，不能满足通信需求。而基于VSAT卫星通信技术的海洋通信系统，不仅能提供传统的语音、数据业务外，还能提供GPS和GSM业务，且能够进入网络，实现一种高性能的无缝通信，能实时接收到气象数据与应急告警，有效提高了海运安全性，解决了海洋通信问题，不久的将来VSAT卫星通信技术将成为主流通信技术。

3 结束语

通过对VSAT卫星通信技术的分析，不难看出，该技术具有非常强大的应用优势，可应用于各个领域，并且该技术已逐渐成熟起来，非常值得推广和应用。VSAT卫星通信技术在导航定位，数据通信，语音通信领域都能发挥巨大的优势，弥补传统通信技术缺陷。

参考文献

[1]焦贵峰.VSAT卫星通信技术及其在电力系统中的应用[J].东北电力技术，2013，02：44-47.

卫星通信优缺点篇(5)

2013年1月27日，日本宇宙航空研究开发机构在鹿岛县种子岛航天中心，使用H2A运载火箭成功发射了情报收集卫星“雷达”4号。据日本内阁卫星情报中心目前宣布，该卫星已正式投入使用。种种迹象表明，日本正在战略及技术层面提高空间系统作战能力，通过网络防御部队建设和空间监视作战规划等多种举措，争取在争端乃至未来战争中取得制信息权。

日本火箭技术不可小视

早在1996年，日本就与美国休斯公司签订了发射30颗卫星的合同，虽然由于技术原因火箭发射遇到了各种问题，但是经过近20年的努力，目前H2A运载火箭已连续16次发射成功，表明日本已经接近世界火箭技术的先进水平。此次“雷达”4号发射成功后，既与目前在轨的1颗“雷达”系列卫星以及3颗“光学”卫星共同组成日本的太空ISR（情报、监视与侦察）体系，又为日本研发技术试验卫星等新型卫星铺平了道路。

通信卫星是日本自卫队防卫信息通信基础设施的重要部分，近年来也取得了长足进步。作为指挥控制作战部队的基础卫星通信系统，日本日卫队主要使用3种由民间生产的x波段卫星通信系统“超鸟”B2号、“超鸟”c2号和“超鸟”D号。由于“超鸟”B2号的寿命将于2015年到期，日本及时开发了作为后继型号的新X波段通信卫星。新X波段通信卫星克服了现役型号的诸多缺点，可根据作战需求灵活分配通信线路，达到了一元化通信控制的要求，满足了《防卫计划大纲》提出的机动防卫力量所需的巨大通信处理容量，自卫队各军种都能在任何时间与任何对象联系，实现抗干扰性能优越的高速大容量通信。

自卫队专用的新x波段的3颗通信卫星系统形成后，日本的海外军事行动能力将得到大幅提升。日本目前可以通过卫星影像收发装置、影像传输地面站和直升机影像传输网络，实现战场实时影像，提高全天候情报、监视和侦察能力。例如，在类似争端中进行的海上行动中，日本的卫星系统将波段优先分配给展开行动的舰艇与飞机，通过实时视频信号实现现场情况的收集、处理和信息共享，以便指挥层迅速展开行动。

日本挖空心思“小步快跑”

2008年，日本颁布了《太空基本法》，允许自卫队使用自己的通信卫星，提高日本的安全保障水平。为此，日本为卫星研发投入了大量经费，从2003年的2538亿日元上升到2013年的8000亿日元，每年的卫星预算也高达600多亿日元。2011年9月，日本发射了最新型号情报搜集卫星“光学”4号，达到了2种类型6颗卫星在轨的实力，其中4颗卫星装有高性能望远相机，可以在晴朗的白天拍摄高精度的图片，2颗装有合成孔径雷达，能够在夜间和不良气象条件下拍摄图片，比如侦察朝鲜的舞水端里弹道导弹基地和宁边核基地的情况。

长期的投资和发展使日本的太空侦察能力达到了相当高的水平。此次进入太空的新型“雷达”4号完成了日本“4星系统”的近期目标：2颗“光学”卫星和2颗“雷达”卫星，实现了高清晰度的太空侦察，先进的合成孔径雷达可以分辨地面0.6―1米的物体（未来的“光学”5号、6号和“雷达”5号可以分辨地面0.4米以下的物体）。“雷达”4号每天都在距地表490公里的高空，以97.3度的轨道倾斜角沿南北方向进行圆周运动，具备观测全球的能力，对地球任一角落都可进行每天1次以上的拍照。此外，为了提高自卫队的太空信息作战能力，日本还计划装备预警卫星、电波侦察卫星和数据中转卫星。

卫星通信优缺点篇(6)

关键词：卫星导航 最优滤波 组合导航

中图分类号：U666 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（c）-0001-02

Abstract：Aiming at the shortages of the current three popular navigation methods，this paper proposed a difference of pseudorange and pseudorange rate based satellite and inertial integrated navigation method.This method uses the pseudorange and pseudorange rate measured by the satellite navigation system and inertial navigation system to do optimal estimation， to correct the system error and obtain high positioning results including location， velocity and attitude.Make it up that system error disperse and being easily disturbed and unable to directly export posture information.

Key Words：Satellite Nnavigation；Optimal Filter；Integrated Navigation

在21世纪，随着导航定位系统在军事、交通、农业、渔业等重要领域的广泛应用，人们对导航定位系统的精度、可靠性、自主性提出了越来越高的要求。目前比较常用的导航定位技术中，主要有卫星导航、惯性导航、天文导航等。这三种导航技术种，每一种导航技术都在其导航性能上体现出其他导航系统不可替代的特征，都有其专属的应用领域。

卫星导航是一种能够全天时、全天候提供高精度的位置和速度信息的导航技术，依靠覆盖本区域的导航卫星和专用的导航定位仪器来完成导航定位，定位精度取决于系统总体指标，不受天气、时间等环境因素的影响；缺点是难以直接提供姿态信息，而且容易受到其他电磁信号干扰。惯性导航是一种完全独立自主、能够提供连续的全部运动参数的导航技术，在较短的时间内，能够达到较高的精度；缺点是其误差会随着导航系统运行时间的延长不断积累，连续导航时间越长，各运动参数的误差就越大。天文导航是一种能够提供位置和姿态信息且误差不随时间积累的导航技术，但会极大的受到天气条件的限制，且其导航精度不高。

因而，目前单一的导航手段并不能满足当今社会对导航系统高精度、高可靠度、高自主性的要求。这里介绍一种卫星、惯性组合导航的方法，充分利用卫星导航和惯性导航的优势，使两种导航方法能够互补优缺，达到较好的导航性能。

1 基本导航原理

目前国际上，建成的卫星导航系统主要有美国的GPS、中国的COMPASS、俄罗斯的GLONASS等，这些系统可统称为全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）。一般主要分为空间卫星星座、用户机、地面监测网三部分。由用户机接收和处理卫星发送的导航信号，得到用户本身的位置、速度等信息。用户机解算位置信息的基本原理为利用不同卫星的信号时延进行三维定位，由于用户机和卫星的时钟存在误差，故需要同时接收到至少四颗卫星的信号才能完成定位解算。其原理如图1、图2所示。

惯性导航则以牛顿力学为基础，用一个陀螺仪来建立导航坐标，利用加速度计来测量用户的实时加速度，将实时加速度转换到导航坐标系中，通过一次积分运算得出实时速度，再一次积分运算得出实时位置。其原理如图3、图4所示。

2 卫星、惯性组合导航

卫星、惯性组合导航的基本模式为采用卫星导航系统测量得到一组用户当前的伪距值和伪距率值，采用惯性导航系统测量用户的位置和速度，换算得到另一组用户当前的伪距值和伪距率值；将二者的差值作为测量量，通过最优滤波器估计出当前组合导航系统的误差，对当前用户的位置、速度等参数进行校正。

卫星、惯性组合导航系统以卫星导航系统误差方程和惯性导航系统误差方程为状态方程，方程的输入为卫星导航系统、惯性导航系统各自输出的数据差值，方程的输出为经过最优估计的系统误差。

设计组合导航系统的最优滤波器，应建立系统状态方程和差分方程，一般采用两种方法：一种为直接采用各导航系统测量值为估计对象，以下简称为直接法；对于直接法，其状态变量具有数值大、变化快的特点，状态方程为非线性，都会造成估计精度的下降。另一种为采用各导航系统的误差作为估计对象，以下简称为间接法。间接法的状态变量数值较小，变化缓慢，往往采用非线性方程即可准确描述（见图5、图6）。

最优滤波器得出系统误差的估计值后，工程上有两种主流的校正导航参数的方法：一是利用估计值直接校正组合导航系统最终输出的位置、速度，以下简称为输出校正法，这种方法工程上实现简单，但不能修正系统内部的状态误差，导航时间足够长后，系统误差仍然会不可控的上升。二是利用估计值校正组合导航系统各子系统的解算流程中，以下简称为反馈校正法。这种方法虽然工程上实现起来比较困难，但能够随时修正系统误差，所以能保证在长时段导航中保持较高的精度（见图7、图8）。

如图9所示，惯性导航的测量误差将随时间推移加速上升，原因为加速度计的测量值误差积累后，会以平方形式反映到定位结果中。而卫星导航的误差在同等天气条件下，只取决于导航系统误差，不随时间变化。

通过仿真，可以得到经过输出校正法和反馈校正法后，两种组合导航方式的误差-时间曲线。如图10所示，深蓝色为输出校正法曲线，浅蓝色为反馈校正法曲线，可以看出，输出校正法由于直接出输出结果做校正，再后期会越来越多的受到惯性导航误差的影响；而反馈校正法则通过不断修正系统内部误差，在误差发散的趋势上要比输出校正法收敛。

3 结语

组合导航系统是随着计算机、最优滤波原理的发展而迅速发展起来的一种多系统、多功能、高可靠性的导航系统。目前组合导航系统已在国内外航空、航天、航海和陆地车辆的导航定位中得到广泛应用，它是导航技术发展的主要方向之一。每种单一导航系统都有各自的独特性能和局限性。把几种不同的单一系统组合在一起，就能利用多种信息源，互相补充，构成一种有多余度和导航准确度更高的多功能系统。

参考文献

[1] 秦永元，张洪钺，江叔华.卡尔曼滤波与组合导航原理[M].西安：西北工业大学出版社，1998.

卫星通信优缺点篇(7)

随着电子通信技术的发展，它同时在很大程度上改变着人们的生活和方式。人们也能很好地运用电子通信技术突破时间和空间的局限来学习和工作。电子通信技术不仅改变着人们，它还在改变着社会和国家，使得国家不断发展，特别表现在卫星通信技术上。当然我国的电子通信技术还存在一些关键技术的问题，有待人们改善和加强。

1.电子通信系统概述

电子通信技术属于现代通信技术中的一大部分。电子通信技术还是信息社会的主要支柱，是现代高新技术的重要组成部分，甚至是国家国民经济的神经系统和命脉。在现代化信息社会，电子通信技术无处不在，它涉及的范围也很广，包括移动电信、广播电视、雷达、声纳、导航、遥控与遥测以及遥感等领域，还有军事和国民经济各部门的各种信息系统都要运用到电子通信技术。

电子通信系统中最具代表性也最常见的就是移动通信和卫星通信。其中移动通信就包括了卫星通信，此外还有蜂窝系统、集群系统、分组无线网、无绳电话系统、无线电传呼系统等多个领域。

2.电子通信系统关键技术问题

近几年来，电子通信技术应用十分广泛，就其最具代表性的移动通信和卫星通信来看，就存在很多关键性的技术问题，有待加强和改善。移动通信技术在电子通信技术中发展范围最大最迅速，传统的蜂窝通信因为可用无线频谱资源的增加和无线信号的衰弱而变得越来越受局限。不断缩小的小区半径代表着基站的密度也在不断增加。除此之外，频繁的越区切换导致空中资源的浪费和频谱效率降低，这也使得网络建设的成本也是越来越高。从以上各种因素可以看出，要想获得更高的频谱效率和更大更充足的系统容量，就应该突破传统蜂窝体制，应用新的移动通信技术。

2.1移动通信系统关键技术问题

在移动通信系统中采用分布式天线是很有效也很成功的一种方式，每个小区内都有很多个无线信号处理单元，这些单元距离都比载波波长要远得多，并且它们都能进行功放变频和信号预处理。要在核心处理单元实现信号处理的功能，首先就要完成信号的收发功能和一些简单的信号预处理，然后就要与核心处理单元连接，通过光纤和同轴电缆或微波无线信道来实现。有两种方式可以实现分布式移动通信，第一种就是在所有的无线信号处理单元上所有相同的下行链路信号同时发射，然后小区内的无线信号处理单元接收到上行链路信号之后直接传送到中心处理单元。这种方案优点是简单，缺点则是会不断干扰系统，阻碍了系统容量的扩大。第二种方式则是在整个业务区域内完成无线覆盖的分布式天线结构，通过用大量的无线信号处理单元来实现，从而突破传统蜂窝小区的理念。这种方式也可称之为“受控天线子系统”，即“仅与移动台相近的信号处理单元负责与移动台进行通信”的方式。第二种较之第一种更理想，但同时它也更复杂。

分布式移动通信较传统的移动通信技术有几点优势，第一是小区间干扰低、SIR高且系统容量大，第二是它内部的分集能力不仅能用来抵抗阴影效应，还能够保证不衰落和扩大系统的容量。第三是它能全面提高其自身切换性能和接受信号的功率，还能降低其切换次数。第四是它对其他通信系统的干扰小并且在相同发射功率下覆盖的区域更大，反之其发射功率更低。第五是它不仅能更方便快捷地实现任意形状的无线业务服务区，还能核心处理单元集中处理信号。更能有效利用无线资源。

子通信系统分为5层：应用层、驱动层、传输层、数据链路层和物理层。这5层之间功能划分应明确，接口应简单，从而为硬软件的设计实现奠定良好的基础：应用层是通信系统的最高层次，它实现通信系统管理功能（如初始化、维护、重构等）和解释功能（如描述数据交换的含义、有效性、范围、格式等）。驱动层是应用层与底层的软件接口。为实现应用层的管理功能，驱动层应能控制子系统内多路传输总线接口（简称MBI）的初始化、启动、停止、连接、断开、启动其自测试，监控其工作状态，控制其和子系统主机的数据交换。传输层控制多路传输总线上的数据传输，传输层的任务包括信息处理、通道切换、同步管理等。数据链路层按照MIL―STD一1553B规定。控制总线上各条消息的传输序列。物理层按照MIL―STD一1553B规定，处理1553B总线物理介质上的位流传输。应用层、驱动层在各个子系统主机上实现，传输层、数据链路层、物理层在MBI上实现。

2.2卫星通信系统关键技术问题

卫星通信在电子通信技术中最为先进，它也有很大的优势，包括通信距离远并且容量大，通信线路质量稳定可靠以及机动性能优越和灵活地组网等这些都是别的技术没有的特点。但随着不断快速发展的全球信息化产业，人们对信息的需求也越来越复杂多样，电子通信技术已进入高速、多媒体、业务多样化和可移动的个性化时代。

目前的卫星通信的一些关键技术也存在一些问题，它包括高速数据的业务需求。以及卫星通信应用宽带IP的难点。现代卫星通信技术采用一些关键技术来解决问题，一个就是数据压缩技术，它能让静态和动态的数据压缩都能有效提高通信系统在时间、频带、能量上的工作效率；第二个就是智能卫星天线系统；第三个就是宽带IP卫星通信技术的研究；第四个就是新型高效的数字调制及信道编码技术；第五个就是多址连接技术的改进和发展；第六个就是卫星激光通信技术。

未来的卫星通信数据率会通过激光通信来实现，激光的优势会在互联卫星网中得到充分发挥，因为在那里经常会应用到激光通信技术，它在外层空间进行，所以不会受到大气层的影响。还可以利用“星际激光链路”技术来缩短全球卫星通信中的“双跳”法的信号时长。有专家提出“在卫星激光通信在比微波通信数据速率高一个数量级的理想情况下，天线孔径尺寸会比微波通信卫星减小一个数量级”的观点。那么如果在空间无线电通信中以激光作为载体来进行工作和运行未来的卫星之间进行激光通信是很有前途的。

总而言之，电子通信系统在这个信息化时代无处不在。在电子通信系统中范围最广最常见的就是移动通信技术和卫星通信技术，移动通信技术体现在日常的电视广播网络等各种电子传输工具上，而卫星通信系统则运用在比较大型的工程上。电子通信系统的发达和完善与否直接决定了一个国家和社会的强弱，所以对其关键技术问题的分析和研究是很有必要的，掌握了其关键技术就能很好地运用和完善它。

参考文献

[1]蔡坚，刘娟.基于标准总线的飞行数据采集器的设计[J].航空计算技术，2002.