嵌入式系統(tǒng)在衛(wèi)星通信設(shè)備中的應(yīng)用研究

潘劼

摘要：衛(wèi)星通信技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)人們的生活有著巨大的影響，它是展現(xiàn)我國(guó)綜合國(guó)力迅速提高的重要標(biāo)志。衛(wèi)星通信技術(shù)利用自身高功率、高頻段、多波束的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)星間鏈路、星上處理、星上交換等，在大數(shù)據(jù)時(shí)代完成了海量傳輸視頻、語(yǔ)音、數(shù)據(jù)等工作，以滿足科學(xué)技術(shù)對(duì)海量數(shù)據(jù)的傳輸要求。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng);衛(wèi)星通信設(shè)備;應(yīng)用

引言

上世紀(jì)70年代，人們?cè)跀?shù)據(jù)傳輸、通訊和檢測(cè)技術(shù)上對(duì)計(jì)算機(jī)提出了新的要求，通用計(jì)算機(jī)沒(méi)有辦法滿足這個(gè)要求，一種全新的嵌入式系統(tǒng)由此產(chǎn)生。嵌入式系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，穩(wěn)定性和硬件適應(yīng)性，可以杰出地進(jìn)行移植，且能供應(yīng)強(qiáng)大的網(wǎng)路功能。嵌入式系統(tǒng)一般由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組成，其中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是中心，有硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和軟件層組成，滿足各種不同的對(duì)象需求，現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在我們的日常生活中廣泛應(yīng)用，小到遙控器達(dá)到工業(yè)儀器都能看到嵌入式系統(tǒng)的身影，嵌入式系統(tǒng)在不斷完善和發(fā)展下，在人們生活中重要性提高。

1嵌入式系統(tǒng)概述

計(jì)算機(jī)在起初是一種昂貴、大型的設(shè)備，在應(yīng)用過(guò)程中的關(guān)鍵功能就是計(jì)算大量數(shù)據(jù)，這在一定程度上對(duì)計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用造成了制約，而隨著科技的快速發(fā)展，微型計(jì)算出現(xiàn)使計(jì)算機(jī)得以擺脫昂貴、大型特點(diǎn)，并且快速朝著便宜、體積小、可靠性高方面發(fā)展，而且在不同領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)階段，計(jì)算機(jī)不斷朝著智能化，功能完善方面發(fā)展，一些研究人員將計(jì)算機(jī)合理地嵌入到了指定對(duì)象中，從而完成對(duì)不同對(duì)象的合理控制，進(jìn)而可以使不同類型的嵌入對(duì)象能夠具有不同的功能，這種更加智能化的計(jì)算機(jī)被稱作嵌入式系統(tǒng)。從構(gòu)成軟件來(lái)說(shuō)，嵌入系統(tǒng)主要包括操作系統(tǒng)、微處理器、應(yīng)用程序等，將各項(xiàng)軟件組合起來(lái)，從而使計(jì)算機(jī)在應(yīng)用期間可以完成對(duì)嵌入對(duì)象的控制和管理。總體來(lái)說(shuō)，嵌入系統(tǒng)是將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，對(duì)特定化設(shè)備對(duì)象進(jìn)行合理控制。

2國(guó)產(chǎn)化嵌入式操作系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題

國(guó)外芯片和操作系統(tǒng)已占有全球相當(dāng)大的市場(chǎng)，但普遍價(jià)格高昂，技術(shù)方面受制于人，國(guó)內(nèi)一定要開(kāi)發(fā)性能優(yōu)越的具備完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的芯片和操作系統(tǒng)，這兩項(xiàng)研究工作在國(guó)內(nèi)起步晚，難度大，但是隨著萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代的到來(lái)，AI人工智能越來(lái)越熱門，這成了國(guó)產(chǎn)嵌入式芯片和操作系統(tǒng)發(fā)展的良好契機(jī)。高實(shí)時(shí)性，高可靠性，高安全性以及開(kāi)發(fā)極簡(jiǎn)式是操作系統(tǒng)研發(fā)者一直追求的目標(biāo)。阿里巴巴公司自主研發(fā)的AliOSThings在保證實(shí)時(shí)性的同時(shí)，進(jìn)行輕量化，更加方便開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)應(yīng)用層程序;華為公司的麒麟芯片和鴻蒙操作系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于智能終端設(shè)備中，雖還未市場(chǎng)商用化，但其憑借高質(zhì)量和高性能已成為國(guó)產(chǎn)開(kāi)發(fā)的強(qiáng)心針;還有航天科工研究者們研發(fā)的天脈操作系統(tǒng)，秉承著未來(lái)計(jì)算機(jī)軟件硬件都完全自主可控的堅(jiān)定信念，將任務(wù)實(shí)時(shí)調(diào)度，資源時(shí)間/空間分區(qū)隔離等關(guān)鍵難點(diǎn)一一攻克，很多成果已經(jīng)應(yīng)用于機(jī)載項(xiàng)目，民用市場(chǎng)也已拓展;由中電某研究所計(jì)算研究院自主研發(fā)的ReWorks嵌入式操作系統(tǒng)和ReDe集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，與vxworks系統(tǒng)接口兼容，方便原有程序移植，目前已被應(yīng)用于船舶電子。

3嵌入式系統(tǒng)在衛(wèi)星通信設(shè)備中的應(yīng)用

3.1衛(wèi)星通信終端與地面管理站的交互

所研究的衛(wèi)星移動(dòng)終端監(jiān)控方法是以大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)，該技術(shù)有收集衛(wèi)星移動(dòng)通信終端運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的功能，由通信終端的監(jiān)測(cè)模塊來(lái)完成。所收集的數(shù)據(jù)信息主要是較為穩(wěn)定的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，這些信息有通信終端的開(kāi)機(jī)時(shí)間、用電情況、進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間，另外還包括不定時(shí)的用戶操作終端信息和終端在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的意外情況。這些信息有終端用戶的位置變化情況、衛(wèi)星通信終端正確入網(wǎng)之后的待機(jī)運(yùn)行情況。衛(wèi)星會(huì)接收到這些信息數(shù)據(jù)，并傳遞到位于地面的大數(shù)據(jù)計(jì)算中心?？紤]到安全方面的問(wèn)題，這個(gè)過(guò)程不會(huì)使用GPS。在接收到相關(guān)的數(shù)據(jù)信息之后，就要對(duì)信息集群進(jìn)行分析，有Hadoop和Spark，面向不同用戶的實(shí)際需求，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在大數(shù)據(jù)中心的前端展示有價(jià)值的信息，同時(shí)也把這些數(shù)據(jù)反饋給衛(wèi)星終端的用戶。如此一來(lái)就能在前端和后端同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星移動(dòng)通信終端的監(jiān)測(cè)。從實(shí)際的應(yīng)用情況來(lái)看，衛(wèi)星終端用戶集群會(huì)與衛(wèi)星通信地面管理站產(chǎn)生進(jìn)行溝通和交流，在這個(gè)交互的過(guò)程中，需要依靠多種結(jié)構(gòu)，主要包括衛(wèi)星移動(dòng)通信終端、衛(wèi)星通信地面管理站、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。就衛(wèi)星移動(dòng)通信終端而言，主要由監(jiān)測(cè)模塊、衛(wèi)星地面管理站和大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)模塊組成。

3.2設(shè)置合理的衛(wèi)星軌道系統(tǒng)

在衛(wèi)星通信中最大的問(wèn)題就是如果衛(wèi)星離地球太遠(yuǎn)，那么地位之間的通信就非常的不方便。不管是任何一個(gè)國(guó)家，加強(qiáng)在衛(wèi)星軌道方面的研究，對(duì)于整個(gè)衛(wèi)星和地球的通信系統(tǒng)研究都有著很重要的作用，也可以讓國(guó)家在這一方面的研究領(lǐng)先于其他國(guó)家。因?yàn)榫嚯x合理的衛(wèi)星軌道系統(tǒng)不僅可以提高研究效率，也可以提高信息的傳輸速度。但是現(xiàn)在在發(fā)展過(guò)程中最大的弊端就是一旦軌道設(shè)置太遠(yuǎn)，衛(wèi)星獲取的信息不能很暢快的傳輸?shù)降厍蛏?，?duì)于這個(gè)問(wèn)題，目前最常用的解決方法就是在高軌道衛(wèi)星和地球中間再發(fā)射一批低軌道衛(wèi)星，在二者之間起到信息接收和中轉(zhuǎn)的作用。不僅提高了信息的接收效率和速度，也可以增加監(jiān)視的面積。

3.3衛(wèi)星通信設(shè)備信號(hào)無(wú)縫覆蓋

伴隨著LEO衛(wèi)星蜂窩網(wǎng)突飛猛進(jìn)的發(fā)展和進(jìn)步，無(wú)論是衛(wèi)星通信的頻率資源方面，還是有關(guān)通信容量方面，都得到了顯著的提高，與此同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了用戶端應(yīng)用成本費(fèi)用的顯著減少，促使衛(wèi)星通信無(wú)縫覆蓋工作的順利完成，在國(guó)際市場(chǎng)中，其具備更加廣泛的發(fā)展空間。然而，我國(guó)的具體情況卻與其有所差別，關(guān)于我國(guó)民用通信市場(chǎng)方面，其中占據(jù)比例比較高的是地面蜂窩網(wǎng)，所以，當(dāng)衛(wèi)星通信與因特網(wǎng)產(chǎn)生互聯(lián)之后，其競(jìng)爭(zhēng)力遜色于地面蜂窩網(wǎng)。當(dāng)前，相比較于地面蜂窩網(wǎng)，衛(wèi)星通訊中的可用頻率資源具備比較低的覆蓋密度。雖然關(guān)于衛(wèi)星通訊與因特網(wǎng)的接入工作方面，國(guó)外企業(yè)所投入的資金、人力與物力資源非常多，在未來(lái)的國(guó)際通訊市場(chǎng)中，其可能具備比較大的優(yōu)勢(shì)之處，然而，在短時(shí)間內(nèi)基本不會(huì)對(duì)我國(guó)市場(chǎng)較大影響。

4嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

目前，嵌入式已經(jīng)廣泛應(yīng)用和發(fā)展，嵌入式與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合給我們提供了更多元化的功能應(yīng)用，公共交通、智能設(shè)備、先進(jìn)醫(yī)療設(shè)施無(wú)一不再給我們提供便利和更高水準(zhǔn)的服務(wù)，我們的社會(huì)標(biāo)準(zhǔn)都得以高效的提高，生活質(zhì)量得到有效的保障。我國(guó)的技術(shù)與其他發(fā)達(dá)最先進(jìn)的技術(shù)之間存在很大的差距，在今后的發(fā)展過(guò)程中，我們要明白自身的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，將優(yōu)勢(shì)發(fā)展下去變成最先進(jìn)的科技，學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)理念補(bǔ)齊不足，做到取長(zhǎng)補(bǔ)短，讓我國(guó)科技引領(lǐng)前沿。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，衛(wèi)星通信的發(fā)展是未來(lái)信息科技發(fā)展的一大趨勢(shì)，可以有效地加強(qiáng)全球化、信息化的腳步和進(jìn)程。而且消費(fèi)者的消費(fèi)習(xí)慣、需求等也在隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展而提高，需要進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)，促進(jìn)各個(gè)領(lǐng)域和行業(yè)的發(fā)展。除此之外，關(guān)于衛(wèi)星通信的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面，我國(guó)政府部門應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化有關(guān)認(rèn)識(shí)，大力扶持有關(guān)企業(yè)的發(fā)展，注重對(duì)衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展起到良好的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)

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