導(dǎo)語(yǔ)：機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)技術(shù)分析一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀(guān)點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的構(gòu)建，是促進(jìn)我國(guó)航空航天事業(yè)快速發(fā)展的關(guān)鍵，有利于提升通信便捷性的同時(shí)，保障信號(hào)的良好傳輸質(zhì)量，促進(jìn)覆蓋范圍的擴(kuò)增。機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成及運(yùn)行原理具有一定復(fù)雜性，因此在系統(tǒng)運(yùn)行中需要加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)的優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)拓展，滿(mǎn)足未來(lái)發(fā)展要求。本文將對(duì)機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成和發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，探索機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的信道特性及關(guān)鍵技術(shù)，研究系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，為實(shí)踐工作提供參考。近年來(lái)，機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的功能不斷完善，尤其是隨著多種先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，其通信容量得到擴(kuò)增，在實(shí)踐工作中具有較強(qiáng)的靈活性。為了能夠滿(mǎn)足機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的運(yùn)行需求，必須加強(qiáng)新技術(shù)手段的引進(jìn)與應(yīng)用。尤其是在軍用飛機(jī)和大型噴氣機(jī)當(dāng)中，對(duì)于衛(wèi)星通信設(shè)備的運(yùn)行性能要求較高，應(yīng)該充分發(fā)揮寬帶衛(wèi)星通信的優(yōu)勢(shì)，保障良好的傳輸效率與質(zhì)量。

1機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的信道特性

1.1損耗傳輸。在自由空間當(dāng)中往往出現(xiàn)損耗傳輸?shù)默F(xiàn)象，單位增益存在于發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)當(dāng)中，根據(jù)相關(guān)公式對(duì)損耗傳輸量進(jìn)行計(jì)算。雖然在大氣層中的損耗相對(duì)不高，但是也會(huì)存在較大的變化情況，尤其是容易受到天氣因素的影響，包括了云、霧、降雪、降雨等等，導(dǎo)致?lián)p耗量上升。尤其是會(huì)受到惡劣天氣的影響，導(dǎo)致通信中斷的問(wèn)題出現(xiàn)。由于天氣因素具有不確定性，因此對(duì)于損耗的估計(jì)也會(huì)存在較大難度。在損耗傳輸中，降雨的影響相對(duì)較大，尤其是在降雨天氣下會(huì)導(dǎo)致電磁波的傳輸強(qiáng)度出現(xiàn)下降。在系統(tǒng)應(yīng)用當(dāng)中，應(yīng)該綜合考量該地區(qū)的氣候特征并做好降雨時(shí)間的有效預(yù)測(cè)，保障數(shù)據(jù)服務(wù)的可靠性。1.2電離層閃爍和大氣閃爍。衛(wèi)星信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生不規(guī)律的變化，這主要是受到折射率的影響，進(jìn)而引發(fā)大氣閃爍的現(xiàn)象。無(wú)線(xiàn)電相位和振幅等，會(huì)受到不均勻電子游動(dòng)的影響，出現(xiàn)較大幅度的變化，進(jìn)而導(dǎo)致電離層閃爍的現(xiàn)象。為了能夠?qū)﹄婋x層閃爍和大氣閃爍的問(wèn)題進(jìn)行處理，可以應(yīng)用時(shí)間分集、編碼分集和添加余量等措施。1.3大氣折射。無(wú)線(xiàn)電在通過(guò)大氣層時(shí)，信號(hào)的仰角會(huì)由于折射現(xiàn)象的存在而升高，而受到大氣層的影響其折射率也不盡相同，因此在凹透鏡效應(yīng)下發(fā)生散焦損耗問(wèn)題。因此，天氣因素不會(huì)對(duì)大氣折射產(chǎn)生影響，在設(shè)計(jì)工作當(dāng)中應(yīng)該明確其低仰角問(wèn)題，增強(qiáng)系統(tǒng)的功能。1.4機(jī)身反射與陰影效應(yīng)。很多飛機(jī)的機(jī)體相對(duì)較大，包括了民用航空飛機(jī)和軍用偵察機(jī)等，因此飛機(jī)接收機(jī)當(dāng)中會(huì)有發(fā)射信號(hào)的進(jìn)入，導(dǎo)致機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)在運(yùn)行中受到較大的干擾，這就是機(jī)身反射效應(yīng)。無(wú)線(xiàn)電波的電平會(huì)由于地面障礙物的存在而下降，進(jìn)而干擾飛機(jī)信號(hào)的傳播，陰影效應(yīng)會(huì)出現(xiàn)在低空飛行當(dāng)中，不會(huì)出現(xiàn)在巡航當(dāng)中。

2機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1天線(xiàn)技術(shù)。應(yīng)用切割拋物面天線(xiàn)時(shí)，能夠獲得較高的增益，在結(jié)構(gòu)形式上也十分簡(jiǎn)單，而且自重較輕。但是，在饋源賦形設(shè)計(jì)上也存在較大的挑戰(zhàn)，而且當(dāng)天線(xiàn)的口徑較小時(shí)也會(huì)出現(xiàn)遮擋問(wèn)題，具有較高的天線(xiàn)剖面。在應(yīng)用拋物柱面天線(xiàn)時(shí)，能夠有效解決切割拋物面天線(xiàn)中的遮擋問(wèn)題和高剖面問(wèn)題，20°-70°為該類(lèi)型天線(xiàn)的俯仰面工作范圍，因此當(dāng)仰角較大或者較小時(shí)會(huì)存在一定的限制，其自重相對(duì)較大。在應(yīng)用拋物面聚焦天線(xiàn)時(shí)，能夠有效降低自重，獲得較好的增益效果，避免復(fù)雜結(jié)構(gòu)對(duì)工作造成的影響。應(yīng)用一線(xiàn)平板相控陣天線(xiàn)，采用機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的方式控制方位，具有較低的天線(xiàn)剖面，而且采用了電子掃描的方式。但是，由于收發(fā)天線(xiàn)是獨(dú)立設(shè)置，而且具有較大的尺寸，3dB掃描損失的問(wèn)題也會(huì)對(duì)機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生影響。兩維相控陣天線(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)共形設(shè)計(jì)，增強(qiáng)機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的適用性，同樣存在外形較大、收發(fā)天線(xiàn)獨(dú)立設(shè)置和3dB掃描損失的問(wèn)題，同時(shí)在應(yīng)用該類(lèi)型天線(xiàn)時(shí)需要較大的成本投入，調(diào)整極化面時(shí)遇到諸多阻礙。平板陣列天線(xiàn)也是機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的常用天線(xiàn)類(lèi)型，其特點(diǎn)是具有較低的剖面和小尺寸，在設(shè)計(jì)時(shí)真正實(shí)現(xiàn)了集成化和一體化，在當(dāng)前各領(lǐng)域中的技術(shù)成熟度相對(duì)較高，但是也具有較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式。2.2跟蹤技術(shù)。電子波束掃描、單脈沖和程序+步進(jìn)等，是當(dāng)前機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的常見(jiàn)跟蹤技術(shù)類(lèi)型。當(dāng)天線(xiàn)對(duì)于跟蹤速度的要求較高時(shí)，可以采用單脈沖的形式，能夠滿(mǎn)足較大的飛行姿態(tài)變化要求，同時(shí)促進(jìn)精度的提升。尤其是在劇烈的變化中也能保持良好的跟蹤效果，提升了天線(xiàn)增益的利用率。當(dāng)天線(xiàn)對(duì)于姿態(tài)的穩(wěn)定性要求較高時(shí)，可以采用電子波束掃描的跟蹤方式，也通常應(yīng)用于難以產(chǎn)生電子波束的情況當(dāng)中，以保障機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的良好運(yùn)行效果。該跟蹤方式在設(shè)計(jì)上相對(duì)簡(jiǎn)便，有利于工作效率的提升。機(jī)械式圓錐掃描的方式在機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)跟蹤中也較為常見(jiàn)，尤其是當(dāng)天線(xiàn)具有較為穩(wěn)定的姿態(tài)且處于低頻段時(shí)可以應(yīng)用。該方式的天線(xiàn)增益利用率相對(duì)不高，在高動(dòng)態(tài)跟蹤中存在局限性。當(dāng)機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)天線(xiàn)處于低頻段時(shí)可以采用程序+進(jìn)步的跟蹤方式，具有系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，尤其是出現(xiàn)遮擋時(shí)能夠在去除后及時(shí)恢復(fù)通信。2.3飛行性能與衛(wèi)星天線(xiàn)的關(guān)系。安裝通信站時(shí)通常在外部完成天線(xiàn)的安裝，包括了機(jī)頭位置和上部位置等，能夠防止障礙物對(duì)天線(xiàn)造成遮擋，以保障良好的通信質(zhì)量。為了防止在飛行中由于天線(xiàn)的存在而產(chǎn)生較大的阻力，在設(shè)計(jì)時(shí)可以采用流線(xiàn)型天線(xiàn)的形式。在應(yīng)用流線(xiàn)型天線(xiàn)時(shí)，需要對(duì)飛機(jī)形態(tài)加以針對(duì)性設(shè)計(jì)。信號(hào)的傳輸速度會(huì)隨著天線(xiàn)尺寸的增大而提升，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中也應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)天線(xiàn)尺寸的合理設(shè)計(jì)，從而協(xié)調(diào)重量與信號(hào)傳輸質(zhì)量之間的關(guān)系。2.4機(jī)載設(shè)備重量體積和功率的限制。在機(jī)載設(shè)備的應(yīng)用當(dāng)中，應(yīng)該考慮到質(zhì)量、體積和功耗限制等因素的影響，尤其是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備研制的過(guò)程中，應(yīng)該加強(qiáng)各要素的有效協(xié)調(diào)與平衡。模塊化設(shè)計(jì)的方式在機(jī)載設(shè)備中較為常用，能夠?qū)ζ潴w積和質(zhì)量加以控制，防止由于過(guò)多設(shè)備及功能對(duì)機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)運(yùn)行效率造成影響。為了能夠有效控制系統(tǒng)的功耗，可以在設(shè)計(jì)中使用低功耗芯片。尤其是在小型飛機(jī)的機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)當(dāng)中，更應(yīng)該嚴(yán)格控制功耗、質(zhì)量和體積。2.5多普勒頻移和噪聲消除。在機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的應(yīng)用中，由于存在較為快速的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況，因此為了保障接收方和發(fā)送方的良好通信狀況，還應(yīng)該考慮到多普勒效應(yīng)對(duì)信號(hào)接收的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)中多普勒頻偏成分的有效控制。衛(wèi)星頻率也會(huì)受到一定的限制，噪聲存在于信號(hào)的長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中，這也會(huì)對(duì)信號(hào)的傳輸造成嚴(yán)重影響，使得接收系統(tǒng)的接收功能和處理功能受到抑制。多普勒頻移變化速率也會(huì)由于飛機(jī)的飛行速度變化和姿態(tài)變化而出現(xiàn)。在鎖定載波時(shí)通常采用鎖相環(huán)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)噪聲的有效控制。2.6實(shí)例分析。方案設(shè)計(jì)：特性機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)會(huì)受到外界多種因素的影響，包括了電離層的閃爍現(xiàn)象、大氣折射現(xiàn)象和機(jī)身反射損耗傳輸?shù)鹊取Ｒ虼嗽诜桨冈O(shè)計(jì)當(dāng)中除了要對(duì)天線(xiàn)進(jìn)行合理選擇外，還應(yīng)該根據(jù)天線(xiàn)的基本特征選擇合適的跟蹤技術(shù)，促進(jìn)設(shè)計(jì)力度的增強(qiáng)，充分發(fā)揮系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。利用系統(tǒng)中心交換控制服務(wù)器對(duì)語(yǔ)音呼叫進(jìn)行按需分發(fā)，滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)通信聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的功能要求。VHF網(wǎng)關(guān)：在語(yǔ)音集群通信時(shí)，可以借助于IP網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和VHF通信技術(shù)，滿(mǎn)足對(duì)制式的要求。VHF電臺(tái)是平臺(tái)中的關(guān)鍵組成，通過(guò)VHF網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用，能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)的互通互聯(lián)需求，與VHF手持臺(tái)和附近作業(yè)船當(dāng)中的VHF船載臺(tái)進(jìn)行有效通信。在連接陸地指揮中心管理臺(tái)時(shí)，主要依靠海油IP專(zhuān)網(wǎng)，這就需要加強(qiáng)對(duì)VHF融合網(wǎng)關(guān)IP接口的合理設(shè)計(jì)。無(wú)線(xiàn)通信聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中心服務(wù)器應(yīng)用于陸地指揮中心當(dāng)中，為數(shù)據(jù)的傳輸和存儲(chǔ)等提供保障，在平臺(tái)與、處理廠(chǎng)、指揮中心、作業(yè)船進(jìn)行通信的過(guò)程中，還要依靠管理調(diào)度平臺(tái)。通信組規(guī)劃及有線(xiàn)調(diào)度臺(tái)功能規(guī)劃：在對(duì)用戶(hù)進(jìn)行分組時(shí)需要以區(qū)域和部門(mén)為依據(jù)，有線(xiàn)調(diào)度臺(tái)功能具有多樣化特征，包括了呼叫轉(zhuǎn)移、數(shù)字信令、全呼、組呼、單呼、廣播呼叫、錄音文件回放、監(jiān)聽(tīng)和動(dòng)態(tài)充足等等。集群對(duì)講與調(diào)度、模式通信：?jiǎn)魏舻姆绞綉?yīng)用于目標(biāo)平臺(tái)和陸地指揮中心當(dāng)中，多選呼應(yīng)用于多個(gè)目標(biāo)平臺(tái)與陸地指揮中心當(dāng)中，全呼應(yīng)用于所有平臺(tái)和陸地指揮中心之間，監(jiān)聽(tīng)功能的實(shí)現(xiàn)，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)平臺(tái)的有效控制。通信終端可以由融合網(wǎng)關(guān)替代，連接在網(wǎng)關(guān)當(dāng)中的VHF則可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)呼叫陸地指揮中心，包含了多選呼、監(jiān)聽(tīng)、全呼、單呼等多種通信方式，增進(jìn)了陸地指揮中心與目標(biāo)平臺(tái)的溝通交流，為遠(yuǎn)程通信提供可靠保障?？梢暬瘓D像信息展示：對(duì)基本信息和經(jīng)緯坐標(biāo)系加以采集，其中基本信息包含了平臺(tái)的人員信息、設(shè)備信息、圖片展示和采油量等等，對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行可視化模擬，在地圖中完成有效嵌入。由于集中控制技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效保障通信的安全性，同時(shí)促進(jìn)語(yǔ)音質(zhì)量的提升，滿(mǎn)足多業(yè)務(wù)功能需求。同時(shí)，在頻譜效率和信道互聯(lián)中也具有明顯的優(yōu)勢(shì)。在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，融合了集群對(duì)講調(diào)度系統(tǒng)、VHF網(wǎng)關(guān)和圖像化展示平臺(tái)，能夠在指揮調(diào)度中應(yīng)用多種呼叫形式，增強(qiáng)對(duì)講系統(tǒng)的群組化、數(shù)字化和可視化特征，保障在管理和調(diào)度中更具統(tǒng)一性。尤其是存在緊急狀況時(shí)，能夠采用直接對(duì)講通信的方式對(duì)指揮調(diào)度加以輔助。在呼叫調(diào)度操作當(dāng)中，借助于電子地圖和可視化圖像展示平臺(tái)等，能夠保障良好的直觀(guān)性，促進(jìn)通信效率的提升。對(duì)于語(yǔ)音能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化記錄，實(shí)現(xiàn)對(duì)突發(fā)事件的深入分析及總結(jié)。

機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠?yàn)橥ㄐ刨|(zhì)量與效率的提升奠定基礎(chǔ)，在系統(tǒng)應(yīng)用中應(yīng)該明確其運(yùn)行原理及特點(diǎn)，同時(shí)掌握多種天線(xiàn)技術(shù)及跟蹤技術(shù)，通過(guò)對(duì)比分析選擇可靠的技術(shù)類(lèi)型，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的有效優(yōu)化。同時(shí)，明確飛行性能與衛(wèi)星天線(xiàn)的關(guān)系、機(jī)載設(shè)備重量體積和功率的限制以及多普勒頻移和噪聲消除方法，真正發(fā)揮系統(tǒng)功能優(yōu)勢(shì)。

作者:張?jiān)?賀軼斐 范彬 湯彧 駱樂(lè) 單位:1.南京熊貓漢達(dá)科技有限公司 2.陸軍裝備部航空軍事代表局駐上海地區(qū)航空軍事代表室 3.南京熊貓漢達(dá)科技有限公司