VSAT通信在海洋船舶上的應(yīng)用研究

朱曉敏

（中海電信有限公司，200090）

VSAT通信在海洋船舶上的應(yīng)用研究

朱曉敏

（中海電信有限公司，200090）

VSAT（Very Small Aperture Terminal）即“甚小孔徑終端”，它是一種微型的衛(wèi)星通信地球站，是上世紀80年代所研發(fā)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)備的天線口徑極小（0.3~1.4m），且設(shè)備結(jié)構(gòu)相當(dāng)緊湊，擁有固體、智能化屬性，在應(yīng)用環(huán)境方面受制范圍小，組網(wǎng)相當(dāng)靈活，所以它在當(dāng)前的海洋船舶通信方面起著巨大的應(yīng)用價值。通過研究由它所構(gòu)成的海洋船舶衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)，分析VSAT系統(tǒng)鏈路程序，構(gòu)建船載VSAT尋星系統(tǒng)將成為本文研究的主要內(nèi)容。

VSAT；船載衛(wèi)星通信系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)；鏈路分析程序；尋星

1 以VSAT為核心的衛(wèi)星通信系統(tǒng)

為海船航行安全建立衛(wèi)星通信系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)是目前海運安全問題解決的關(guān)鍵途徑。VSAT通信系統(tǒng)就能通過擴頻編碼、可變編碼以及調(diào)制技術(shù)來實現(xiàn)對海船海運數(shù)據(jù)的傳輸服務(wù)提供，例如它可以為海船設(shè)計科學(xué)航線、提供電子海圖、航道信息以及陸上最新資訊，也可以為海船設(shè)施提供預(yù)防性維護體系，救援服務(wù)以及遠程醫(yī)療服務(wù)等等。

從技術(shù)角度講，VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)是具有單雙向兩種傳輸模式的，它的中心站可以通過VSAT微型站來傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)語音雙向傳遞，同時也具備中心站圖像、數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)萔SAT分站，它們與室內(nèi)外單元共同組成VSAT系統(tǒng)。另外還包括了編譯碼器、調(diào)制解調(diào)器、用戶業(yè)務(wù)接口、Ku波段的VSAT網(wǎng)絡(luò)等等。

2 海船船載VSAT系統(tǒng)的主要鏈路分析程序

2.1 VSAT系統(tǒng)主要鏈路分析程序設(shè)計概述

海船航行環(huán)境特殊，所以船載VSAT設(shè)備應(yīng)該在設(shè)計方面更加獨立，確保擁有一套能夠在海上穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的天線系統(tǒng)，并要求適合在Ku波段應(yīng)用。所以在鏈路設(shè)計方面，首先應(yīng)該滿足基于Ku波段的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)雙向IP數(shù)據(jù)連接要求，然后通過海船所提供的誤碼率指標(biāo)來確定該船載VSAT系統(tǒng)的最低總載噪比，最后確定所選用的衛(wèi)星類型。按照衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的具體參數(shù)與上下行鏈路載噪比來給出以下VSAT系統(tǒng)的主要鏈路分析程序：

首先選定適合的Ku波段衛(wèi)星同時確定衛(wèi)星參數(shù)；其次要確定發(fā)射地面站與接收地面站參數(shù)，根據(jù)已有公式來計算位置參數(shù)值；第三要利用轉(zhuǎn)發(fā)器噪聲功率預(yù)算與載噪比來確定上行鏈路預(yù)算并基于地面發(fā)射站進行參數(shù)計算；第四根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器最大輸出功率與轉(zhuǎn)發(fā)器輸出補償來確定它的實際輸出功率；第五要建立信號接收地面站下行鏈路以確定功率與噪聲預(yù)算；第六要根據(jù)上下行鏈路衰減值、天線增益、衛(wèi)星增益、發(fā)射功率等等參數(shù)來確定鏈路是否可以正常轉(zhuǎn)發(fā)信息；最后調(diào)整參數(shù)，看參數(shù)是否符合系統(tǒng)要求，檢查系統(tǒng)工作情況。

2.2 主要衛(wèi)星鏈路分析

如果在通信空間內(nèi)的發(fā)射源功率是Po，這里假設(shè)空間半徑為r，那么空間表的面積就可以表示為：4πr2，基于此給出衛(wèi)星鏈路的輻射功率通量密度M：

M=Po/4πr2

上述公式中輻射功率與平均輻射功率的比值得出衛(wèi)星鏈路天線的天線增益，即船載天線面向船首時，就有：

Gn=Pn/（Po/4π）

在公式中，Gn表示天線在角度n時的實際增益，Pn表示每單位立體角的實際輻射功率，Po/4π表示每單位立體角的平均輻射功率。當(dāng)海船船首采用VSAT系統(tǒng)時，它的天線輻射功率最大方向應(yīng)該為00角，如果它的發(fā)射輸出功率是Pt，可采用無損天線來實現(xiàn)天線增益Gt，所以就有有效全向輻射功率為Pt*Gt，得出參數(shù)EIRP。

3 海船船載VSAT尋星系統(tǒng)的設(shè)計

海船在海上航行期間，其VSAT系統(tǒng)可以搜尋目標(biāo)衛(wèi)星，確保船站的穩(wěn)定工作。在這里，船員需要通過對天線方位角、極化角與俯仰角進行調(diào)整才能確保系統(tǒng)天線波束中心與目標(biāo)衛(wèi)星準確對應(yīng)，保證日常業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的正常傳輸。為此，本文為海船船載VSAT設(shè)計一套天線尋星方案，希望將海船天文航海系統(tǒng)與衛(wèi)星通信合理結(jié)合，以利于船員更有效的調(diào)整天線接收衛(wèi)星信號。

3.1 尋星系統(tǒng)的安裝準備

首先進行系統(tǒng)安裝，將計算機的COM1端口與IDU相連并啟動IDU。然后在船載GPS上讀取海船當(dāng)時所處經(jīng)緯度，同時準備衛(wèi)星信標(biāo)表。

3.2 尋星系統(tǒng)參數(shù)調(diào)試

對尋星系統(tǒng)的衛(wèi)星參數(shù)進行調(diào)試，它的基本流程為以下3步：

第一，選擇COM1端口和INSTALL模式來進入鏈路計算模式，再輸入衛(wèi)星及船站參數(shù)來計算天線的定時偏移量、俯仰角、方位角、極化角等等。

第二，輸入RE指令并選擇相應(yīng)的DI指令參數(shù)來實施對星操作。對星操作要求先粗定、后細調(diào)方位角與俯仰角，并精調(diào)極化順序，調(diào)節(jié)最終標(biāo)準以參數(shù)小于2為止。

第三，入網(wǎng)開通。這里先通過計算機將IDU中的工作模式調(diào)整為COMM模式，此時IDU就會自動進入入網(wǎng)工作模式，當(dāng)顯示屏顯示3B狀態(tài)時，即可認為入網(wǎng)工作完畢。

3.3 對尋星系統(tǒng)中俯仰角與極化角的計算

衛(wèi)星的方位角是基于傳播所在位置所決定的，當(dāng)尋星系統(tǒng)輸入海船經(jīng)緯度時，就要首先確定衛(wèi)星時角與方位角。一般來說，衛(wèi)星方位角AZ所測量的具體對象為子午圈及天體垂直圈中所夾的一段弧距NB，NB所表示的即為天線所對應(yīng)的衛(wèi)星方位角，如圖1。

要利用尋星系統(tǒng)來對天線方位角來設(shè)置方位角并計算其數(shù)據(jù)以完成核對工作，首先計算衛(wèi)星方位角AZ：

繼續(xù)對極化角進行計算，如果極化角處于正值，它的高頻頭順時針轉(zhuǎn)動角度就應(yīng)該為，一般來說高頻頭的順時針轉(zhuǎn)動角度范圍應(yīng)該控制在5~20°左右。在上述仰俯角及方位角范圍內(nèi)，如果海船船載VSAT系統(tǒng)能夠在船體搖擺情況下還依然能夠正常尋星，順暢傳輸交流船站信號，就說明該設(shè)備的設(shè)計安裝具有較高的可行性和適用性。

4 總結(jié)

為海船船舶設(shè)計VSAT尋星系統(tǒng)的最大目的就是希望將其與傳統(tǒng)船舶功能及通訊需求聯(lián)系起來，利用鏈路分析程序功能實現(xiàn)對海船實際運行狀況的遠程監(jiān)測。本文所作出的功能系統(tǒng)設(shè)計方案及參數(shù)計算都是希望將VSAT通信系統(tǒng)靈活合理的應(yīng)用于海洋船舶上，實現(xiàn)它的智能化操作，使其具備無人操作開發(fā)潛力，實質(zhì)性增強海船傳播的通訊功能運營體系。

Research on the application of VSAT communication in marine vessels

Zhu Xiaomin
（China Shipping Co., Ltd.,200090)

Very(Small Aperture Terminal VSAT),namely "very small aperture terminal", which is a kind of micro satellite communication earth station,is the last century in 80s,the research and development of satellite communication system.The antenna system(0.3~1.4m),and the minimum equipment structure is quite compact,solid,intelligent property in the application environment by small range of network is quite flexible,so it is in the current marine communication plays a huge application value.By studying the composed of the marine satellite communication network and system,analysis of the link of VSAT system program, construction of Shipborne VSAT satellite system will become the main content of this paper.

VSAT;Shipborne Satellite communication system;network;link analysis;design

圖1 尋星系統(tǒng)天線所對應(yīng)的衛(wèi)星方位角及俯仰角示意圖