動中通在浮筏通信系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

特約撰稿人|黨大鵬 馮旭

目前浮筏通信采用微波中繼方式，但受微波通信距離的限制，只能滿足岸站35千米范圍內(nèi)的通信保障，無法滿足遠(yuǎn)海試驗(yàn)的要求。而衛(wèi)星通信系統(tǒng)不受距離限制，如將衛(wèi)星通信加裝在通信浮筏上，將徹底解決浮筏通信系統(tǒng)通信距離限制的問題，使通信保障能力得到極大地提高。

浮筏通信系統(tǒng)是水下被試品試驗(yàn)的重要組成部分，通過浮筏微波中繼方式實(shí)現(xiàn)了雙向、高速水下通信，主要不足是通信距離受限，最大通信距離35千米，而且只能在浮筏岸站周圍海域進(jìn)行通信保障，無法滿足遠(yuǎn)海通信的要求。衛(wèi)星通信系統(tǒng)不受距離限制，通信帶寬滿足使用要求，因此，有必要研究衛(wèi)星通信在浮筏通信系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性，突破現(xiàn)有通信距離和通信帶寬的限制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)海、高速通信保障，進(jìn)一步提高通信保障能力。

動中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)概況

動中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)的相關(guān)產(chǎn)品已在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，適用的載體和業(yè)務(wù)范圍也非常廣泛，包括車、船、飛機(jī)等，業(yè)務(wù)范圍包括語音、圖像、數(shù)據(jù)等多媒體信息。動中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)相對傳統(tǒng)衛(wèi)通系統(tǒng)要復(fù)雜，通常由6個(gè)分系統(tǒng)組成，即天饋線分系統(tǒng)（由天線座及天饋線組成）、姿態(tài)測量分系統(tǒng)、伺服控制分系統(tǒng)、跟蹤接收機(jī)分系統(tǒng)、衛(wèi)星通信分系統(tǒng)及電源分系統(tǒng)。

浮筏加裝動中通的主要問題

首先，根據(jù)后續(xù)試驗(yàn)任務(wù)要求，浮筏通信系統(tǒng)需要能夠在五級下限海況條件下正常工作，通信浮筏體積小、重量輕，在惡劣海況下筏體搖擺幅度大、速度快，通信中斷的情況無法完全避免，需要考慮如何實(shí)現(xiàn)動中通天線的穩(wěn)定跟蹤和快速再捕。

其次，通信浮筏體積小，衛(wèi)通天線距離海面很近，在通信保障過程中會有海水飛濺到天線罩上，在惡劣海況下，甚至?xí)胁ɡ诉^頂?shù)那闆r，這就需要考慮如何盡量減小海浪對衛(wèi)星信號的衰減。

再次，為滿足浮筏通信系統(tǒng)在低緯度使用的要求，需要考慮如何解決天線的過頂問題。

最后，在浮筏上安裝動中通系統(tǒng)，體積重量受限，需滿足浮筏上安裝的各項(xiàng)條件。

天線的選擇

考慮到浮筏安裝尺寸和重量的限制，天線口徑要不大于1.2米，天線外設(shè)置天線罩，罩體選用透波材料，盡量減小對無線電波的衰減，天線總重量不大于200公斤。為減小天線罩上飛濺的海水對無線電波的影響，天線罩外涂層采用憎水材料，使海水能夠迅速從天線罩上流走，避免海水長時(shí)間留存在天線罩上?？紤]到低緯度使用要求，避免采用2軸天線，建議采用3軸。

跟蹤方式的選擇

在動中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，天線可分為帶跟蹤功能的相控陣天線和機(jī)械跟蹤天線。

相控陣天線具有低剖面、高速跟蹤的優(yōu)點(diǎn),但在低仰角時(shí)增益會衰減。這樣支持的帶寬較低，同時(shí)高增益相控陣天線在國內(nèi)較昂貴。機(jī)械跟蹤天線主要是指目前應(yīng)用十分廣泛的兩軸(或多軸)跟蹤天線。對于兩軸(或多軸)跟蹤天線通常采用的跟蹤方式有3種：指向方式、信標(biāo)跟蹤方式以及混合跟蹤方式。

指向方式的最大優(yōu)勢在于可實(shí)現(xiàn)盲區(qū)對星，即在衛(wèi)星被遮擋時(shí)天線仍能始終保持對準(zhǔn)衛(wèi)星方向，且信號遮擋恢復(fù)時(shí)間非?？欤秉c(diǎn)是在通常情況下精度比單脈沖跟蹤要低，可通過提高陀螺儀的精度來提高跟蹤精度。

信標(biāo)跟蹤方式主要有圓錐掃描、步進(jìn)跟蹤、單脈沖跟蹤、多模單脈沖跟蹤幾種方式，在動中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛和成熟的是單脈沖跟蹤。

混合跟蹤方式實(shí)際上是指向跟蹤方式和單脈沖跟蹤方式的合成。一方面，單脈沖跟蹤方式只有跟蹤精度高，且不受衛(wèi)星位置漂移的影響，但是由于天線波束很窄，初始捕獲或跟蹤丟失再捕獲很困難。另一方面，指向系統(tǒng)不存在捕獲問題，使用方便，但跟蹤精度稍低。采用混合跟蹤模式可以充分發(fā)揮二者的優(yōu)點(diǎn)，但國內(nèi)未能找到混合跟蹤方式的應(yīng)用案例。

綜合比較上述指向方式和信標(biāo)跟蹤方式，設(shè)想在浮筏五級下限海況下，筏體的搖擺角度大，海浪會蓋過天線防護(hù)罩，此時(shí)如果采用單脈沖跟蹤方式，會頻繁丟星、再捕，大大降低動中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)的通信可靠性，建議使用指向方式。

通過對國內(nèi)主要幾家動中通生產(chǎn)廠家的考察，此類產(chǎn)品應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟，已經(jīng)應(yīng)用在小型車輛和快艇上，效果良好，比較通信浮筏搖擺幅度、速度，其搖擺幅度要比通信浮筏的幅度小，但搖擺速度大很多，相比而言通信浮筏屬于緩速搖擺，天線跟蹤的效果要相對更好，因此，將動中通安裝在通信浮筏上是可行的。