動中通關鍵技術分析及性能測試

宋志強

遼寧葫蘆島92941部隊 遼寧 125001

0 前言

動中通是運動中衛(wèi)星通信的簡稱，主要是指車載或船載移動衛(wèi)星站之間或者與固定站之間進行的衛(wèi)星通信。它是由運動平臺上的天線、衛(wèi)星跟蹤伺服系統(tǒng)、信道設備組成，動中通具有機動性能強、使用方便、可靠性能高、抗干擾能力強、保密性能好的優(yōu)點，能夠在運動過程中實時、大容量、不間斷的傳遞語音、數(shù)據、圖像等多媒體信息，特別適合于軍用和民用通信中的應急指揮通信和突發(fā)事件的指揮通信，目前已經在軍事、公安、消防、救援等系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。

動中通要在移動中通過衛(wèi)星進行通信，要解決的核心問題主要有兩個：①天線在載體運動過程中能夠快速準確的對星，并且不受載體的搖擺、沖擊、顛簸等干擾影響。②具有較高的通信效率，能夠克服和減少由天線旁瓣和極化特性、多普勒效應和陰影效應等對通信系統(tǒng)的影響。本文對車載動中通的關鍵技術和性能指標進行分析、研究和測試，為其在通信系統(tǒng)中的應用做好技術支持。

1 動中通關鍵技術和性能分析

1.1 旁瓣特性和極化特性

通常動中通天線口徑小、波速快，因而輻射能量相對分散、旁瓣特性較差，容易對臨星產生干擾。通常天線指向偏差小于0.2°，當車載系統(tǒng)由于顛簸、轉向燈原因產生較大的角度運動時，天線自動跟蹤系統(tǒng)會產生較大的指向偏差，導致偏軸方向增益超標嚴重，當惡化到 0.5°甚至更大時，如果臨星也具有相同頻率覆蓋的轉發(fā)器頻段，會造成嚴重的臨星干擾。動中通天線在運動狀態(tài)下，極化角不在固定狀態(tài)，天線的方位、俯仰和極化角度由跟蹤伺服系統(tǒng)計算得出，由于極化角度非常靈敏，如果天線不做隨時的校準，天線在主軸防線上的極化隔離度會大幅下降，上、下行鏈路可能引入比較嚴重的交叉極化干擾。

為避免和減少動中通天線對臨星的干擾，通常采用以下措施：①提高天線的旁瓣特性，盡可能降低旁瓣干擾的影響。②提高天線在運動中的跟蹤精度，降低偏軸方向上的較差極化干擾。

1.2 天線跟蹤性能分析

動中通系統(tǒng)最關鍵的性能是天線在運動過程中跟蹤性能的穩(wěn)定性，跟蹤性能的好壞直接決定著動中通系統(tǒng)的通信能力。由于動中通系統(tǒng)機動性能很強，隨時都可能會產生導致天線在方位、俯仰和極化方向上的抖動干擾，導致天線波束偏離衛(wèi)星，產生指向誤差，造成電平值降低甚至中斷通信。在這種情況下，必須保證動中通天線始終對準所跟蹤的衛(wèi)星不變，這是動中通系統(tǒng)所必須具備的能力。通常采用的伺服跟蹤技術有以下幾類：

(1) 極值搜索跟蹤方式

極值搜索跟蹤方式是利用信號強度隨天線指向誤差增大而減小的特征，不斷搜索使天線保持在信號最強的方向。優(yōu)點是設備簡單，成本較低；缺點是信號容易丟失，重新捕獲時間長。

(2) 指向跟蹤方式

指向跟蹤方式是利用慣性姿態(tài)測量單元建立一個坐標基準，通過伺服系統(tǒng)使天線穩(wěn)定在當?shù)厮阶鴺讼抵?，使之不受載體運動的干擾。優(yōu)點是不容易丟失信號；缺點是成本過高。

(3) 差分GPS跟蹤方式

隨著差分 GPS技術的發(fā)展，目前指向跟蹤方式廣泛采用差分 GPS以取代高成本的慣導方式。這種跟蹤方式可以實現(xiàn)動態(tài)對星，而且運動速度越快，精度越高。缺點是靜止時測量精度低。

(4) 單脈沖跟蹤方式

單脈沖跟蹤方式是利用衛(wèi)星信標的差信號在短時間內判斷出天線指向的指向偏差并迅速跟蹤的方式。這種方式的優(yōu)點是跟蹤精度高；缺點是信號丟失后重新捕獲時間長。

1.3 多普勒效應

動中通系統(tǒng)在設計時要充分考慮多普勒頻移的影響，多普勒頻移公式：

其中，θ為入射波與動中通運動方向之間的夾角、ν為載體運動速度、λ為工作波長。

由公式可以看出，多普勒頻移與工作波長和運動速度成正比，此外，徑向夾角越小，多普勒頻移越大。在實際應用中，衛(wèi)星調制解調器具有碼速調整和多普勒緩沖功能以降低多普勒效應的影響。

1.4 通信性能分析

動中通通信系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 動中通通信系統(tǒng)組成框圖

對于動中通系統(tǒng)來說，由于天線尺寸小，因此發(fā)射增益較低，上行鏈路 EIRP值不高，由于動中通系統(tǒng)提供的業(yè)務類型包括語音、數(shù)據、圖像等多媒體信息，通常整個系統(tǒng)所支持的上行數(shù)據速率不超過2Mbit/s，下行的速率不受限制，這樣才能滿足通信業(yè)務需求，如果在沒有明顯遮擋的情況下，當視頻業(yè)務在512Kbit/s時，接收分辨率可以達到768 *432，幀數(shù)30幀/秒，畫面質量清晰，能夠滿足實時通信系統(tǒng)的業(yè)務需求。

此外，當載車在移動時，如遇到橋梁、山體、樹木遮擋時，會出現(xiàn)接收信號電平降低甚至通信中斷的現(xiàn)象。重新捕獲的性能除了與天線伺服系統(tǒng)有關以外，還與衛(wèi)星通信的體制有關，如FDMA設備恢復時間短，而TDMA設備恢復時間長。

2 動中通系統(tǒng)性能測試

2.1 環(huán)境影響測試

對某型動中通系統(tǒng)進行性能測試，分析在不同外界條件下的動中通系統(tǒng)性能。外界環(huán)境對動中通的影響主要體現(xiàn)在通信質量和中斷恢復時間兩個方面，具體測試結果如表1所示。

表1 外界環(huán)境影響測試

由測試結果可以看出，動中通受建筑物、橋洞等地理遮擋的影響較大；中斷恢復時間受自身運動方式和軌跡影響較大。

2.2 載體運動速度的影響測試

測試不同運動速度下的動中通系統(tǒng)性能指標，測試結果如表2所示。

表2 不同運動速度下的Eb/N0

可以得出結論，動中通系統(tǒng)受載體運動速度的影響較小。

3 結束語

動中通系統(tǒng)由于其運動特性已經成為衛(wèi)星通信網中的一個新興技術領域，也是現(xiàn)代應急通信指揮業(yè)務的首選。動中通系統(tǒng)中天線伺服系統(tǒng)的跟蹤穩(wěn)定性是滿足運動中通信業(yè)務需求的關鍵，此外，將移動衛(wèi)星通信技術與圖像視頻技術融合也是目前研究領域內的一個熱點問題。

[1] 郭軍,王義明.“動中通”技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].衛(wèi)星應用.2010.

[2] 田海南,姚敏立.“動中通”衛(wèi)星通信技術淺析[J].長纓.2010.

[3] 張新忠.衛(wèi)星通信技術在警用衛(wèi)星通信指揮中的分析與應用[J].衛(wèi)星與網絡.2010.