基于直升機(jī)開(kāi)展衛(wèi)星通信解決方案的研究

汪鴻濱

1 研究背景

目前，通航直升機(jī)的通信手段往往是短波和超短波電臺(tái)。在應(yīng)急搜救實(shí)際應(yīng)用中，其通信能力上存在兩方面的不足[1]：一是通信條件的局限，二是系統(tǒng)帶寬的局限。這兩方面的局限，使得直升機(jī)在處理應(yīng)急事件時(shí)的應(yīng)用效能受到極大的限制。采用機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)，通過(guò)同步衛(wèi)星建立前方直升機(jī)平臺(tái)與后方基地的寬帶通信鏈路，既可以克服超短波系統(tǒng)通信距離受限問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)不受地域條件及距離限制的通信，又可實(shí)現(xiàn)圖像、話音和數(shù)據(jù)等綜合信息的寬帶傳輸，從而可支持搜索救援過(guò)程中多維信息的獲取和全程可視化指揮。直升機(jī)載衛(wèi)星通信技術(shù)已成為直升機(jī)通信系統(tǒng)的重要發(fā)展趨勢(shì)之一，有著廣闊的應(yīng)用前景。

2 國(guó)內(nèi)外狀況

日本和美國(guó)是開(kāi)展直升機(jī)衛(wèi)星通信應(yīng)用最早的兩個(gè)國(guó)家[2]。2004年，日本 NICT公司成功研發(fā)出世界上第一個(gè)直升機(jī)機(jī)載衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其工作頻段為Ku頻段，前向鏈路有效數(shù)據(jù)的傳輸速率為64 kb/s，返向采用磁傳感器檢測(cè)遮擋的同步突發(fā)傳輸方式，有效數(shù)據(jù)傳輸速率為384 kb/s，為提高接收可靠性，直升機(jī)身兩側(cè)需要各安裝一個(gè)相控陣天線。美國(guó)早期將研發(fā)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)應(yīng)用在阿帕奇直升機(jī)上，同樣采用在機(jī)身兩側(cè)各安裝一個(gè)機(jī)載衛(wèi)通天線的方式保證通信鏈路的可靠性。到了 2009年，ViaSat公司研發(fā)出用于直升機(jī)的寬帶衛(wèi)星通信產(chǎn)品VMT1200HE，該套設(shè)備使用了Ku頻段小型賦形反射面天線（EIRP=44 dBW，G/T＝11.2 dB/K），天線等艙外設(shè)備的總重量 36 kg。并將其應(yīng)用在美國(guó)黑鷹直升機(jī)上，其天線安裝于黑鷹直升機(jī)機(jī)身與尾梁的結(jié)合部，工作頻段同樣為 Ku頻段，前向鏈路采用雙重時(shí)間分集的方式發(fā)送，有效數(shù)據(jù)速率可達(dá) 5 Mb/s；返向鏈路采用突發(fā)傳輸?shù)姆绞?，有效?shù)據(jù)速率為 325 kb/s，提供了IP話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

除了美、日兩國(guó)，以色列在 AH-64D-1長(zhǎng)弓阿帕奇武裝直升機(jī)上，安裝了以色列飛機(jī)工業(yè)公司的 EL/K-1891寬頻衛(wèi)星通信系統(tǒng)，如圖2所示。

圖1 美國(guó)黑鷹直升機(jī)衛(wèi)星通信安裝圖

圖2 以色列阿帕奇直升機(jī)衛(wèi)星通信安裝圖

EL/ K-1891寬頻衛(wèi)星通信系統(tǒng)為一款全雙工的X/Ku波段微波衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，可以安裝在靜止或者移動(dòng)的地面站、車輛、艦船和飛機(jī)上，傳輸率為 128 kb/s（包含語(yǔ)音和壓縮的 JPEG視頻數(shù)據(jù)），系統(tǒng)獲得的影像可以直接傳輸給地面指揮所甚至編隊(duì)中其他的 AH-64D直升機(jī)。

近年來(lái)，國(guó)外的多家衛(wèi)星通信設(shè)備廠家繼續(xù)研究直升機(jī)衛(wèi)星通信系統(tǒng)。2015年7月，美國(guó)休斯公司研制的端到端機(jī)載衛(wèi)星通信系統(tǒng)在 Bell407多用途直升機(jī)成功驗(yàn)證了實(shí)時(shí)、高清晰度視頻的超視距連續(xù)傳輸，該衛(wèi)星通信系統(tǒng)工作在 Ka頻段，最高通信速率為8 Mb/s，使用了可調(diào)參數(shù)波形，可工作在不同平臺(tái)的有人、無(wú)人直升機(jī)，其通信不受平臺(tái)旋翼數(shù)量、尺寸等影響。2020年，ViaSat公司研發(fā)了V MT-1500機(jī)載通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在Ka頻段和Ku頻段網(wǎng)絡(luò)之間切換、漫游，飛機(jī)的出向鏈路速率可達(dá)100 Mb/s，回傳速率可達(dá) 20 Mb/s。

圖3 VMT-1500機(jī)載通信終端

而在 2008年，我國(guó)相關(guān)衛(wèi)星通信系統(tǒng)安裝在米-171直升機(jī)，工作頻段為 Ku頻段，通信最高速率可達(dá)5 Mb/s。該系統(tǒng)采用兩幅 0.8 m雙天線，天線安裝在機(jī)身兩側(cè)，如圖 4所示。系統(tǒng)采用的天線體積較大，重量較重，影響直升機(jī)的機(jī)動(dòng)性，該系統(tǒng)主要應(yīng)于北京奧運(yùn)安保通信保障任務(wù)。

圖4 我國(guó)米-171直升機(jī)衛(wèi)星通信安裝圖

我國(guó)通航直升飛機(jī)的衛(wèi)星通信之前一直受限于技術(shù)、成本等因素，一直未受到應(yīng)用。但是，直升機(jī)衛(wèi)星通信，特別是支持圖像傳輸?shù)闹鄙龣C(jī)寬帶衛(wèi)星通信，對(duì)各種非軍事行動(dòng)的遠(yuǎn)程偵察、現(xiàn)場(chǎng)救援和指揮決策起到越來(lái)越大的作用。

中國(guó)衛(wèi)通集團(tuán)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱中國(guó)衛(wèi)通）根據(jù)用戶實(shí)際需求，形成了一整套成熟、可靠、可商用的直升機(jī)衛(wèi)星通信解決方案，并成功應(yīng)用于森林防火領(lǐng)域。

3 中國(guó)衛(wèi)通直升機(jī)衛(wèi)星通信解決方案

衛(wèi)星通信系統(tǒng)的通信站包括機(jī)載站和衛(wèi)星主站，其中機(jī)載站主要由業(yè)務(wù)單元、專用衛(wèi)星通信MODEM、射頻單元和機(jī)載動(dòng)中通天線等組成。衛(wèi)星主站由網(wǎng)管系統(tǒng)、信道設(shè)備和業(yè)務(wù)單元組成。機(jī)載站和衛(wèi)星主站之間經(jīng)GEO衛(wèi)星完成信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)機(jī)載站與主站之間的通信[3]。

圖5 方案示意圖

該通信系統(tǒng)采用高度一體化的設(shè)計(jì)，將高效率動(dòng)中通平板天線、饋電網(wǎng)絡(luò)、低噪放、伺服控制模塊、 GPS/北斗定位模塊、智能跟蹤結(jié)構(gòu)集成到一個(gè)天線設(shè)備中，確保在機(jī)載環(huán)境下保證天線精確指向GEO衛(wèi)星。系統(tǒng)集成了專業(yè)級(jí)的高清編碼器，采用先進(jìn)的H.265編碼壓縮技術(shù)，大大提升了壓縮比，在滿幀率情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)80 kb/s-2 Mb/s帶寬傳輸1920*1080I/P分辨率的高清視頻。系統(tǒng)還集成了外置功放和專用的機(jī)載調(diào)制解調(diào)器MODEM，采用FDMA通信體制，滿足動(dòng)態(tài)條件下機(jī)載站與主站之間連續(xù)雙向業(yè)務(wù)傳輸，支持視頻、音頻、圖像、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)類型。

該機(jī)載衛(wèi)星通信系統(tǒng)解決方案是由基本機(jī)載設(shè)備解決方案（包括：衛(wèi)通天線、調(diào)制解調(diào)器、功放、吊艙、IP電話、編解碼、降噪耳機(jī)等）、衛(wèi)星資源解決方案；衛(wèi)星主站解決方案，互聯(lián)網(wǎng)或?qū)＞€解決方案等一系列解決方案組成，形成了完整統(tǒng)一的直升機(jī)載衛(wèi)星通信綜合解決方案。

下面將重點(diǎn)介紹該解決方案的主要組成部分，包括：通信衛(wèi)星、地面主站、機(jī)載站。

3.1 通信衛(wèi)星

通信衛(wèi)星完成信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)，接收各類地球站發(fā)射的信號(hào)，通過(guò)變頻、放大、交換等處理后再轉(zhuǎn)發(fā)到地球站。通信衛(wèi)星通?？蓜澐譃橛行лd荷和衛(wèi)星平臺(tái)兩大部分。有效載荷是執(zhí)行通信任務(wù)的分系統(tǒng)，主要包括天線和轉(zhuǎn)發(fā)器；衛(wèi)星平臺(tái)則是由保障系統(tǒng)組成的可支持一種或幾種有效載荷的組合體。中國(guó)衛(wèi)通采用的均為自主可控的中星系列通信衛(wèi)星。在該方案中，選用的通信衛(wèi)星為中星 6A衛(wèi)星，其相關(guān)的技術(shù)參數(shù)如下：

⊙衛(wèi)星平臺(tái)：東方紅四號(hào)?！研l(wèi)星軌道位置：東經(jīng) 125°?！研l(wèi)星設(shè)計(jì)壽命：15年?！研l(wèi)星總功率：7，800 W（15年末期）?！衍壍牢恢帽３志龋骸?.05?！寻l(fā)射日期：2010年9月5日?！艳D(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量：24個(gè)C波段、8個(gè)Ku波段單極化。⊙覆蓋區(qū)域：Ku波段，大中國(guó)區(qū)?！迅吖β剩篕u—150 W TWTA?！杨l段：上行：14.00 GHz-14.50 GHz。

下行：12.25 GHz-12.75 GHz⊙轉(zhuǎn)發(fā)器的轉(zhuǎn)換頻率：1，750 MHz?！研艠?biāo)頻率：12.26 GHz。

3.2 地面主站

該方案中地面主站采用 6.2米拋物面天線，其波束寬度較窄，考慮衛(wèi)星漂移等因素，需要采用跟蹤裝置使天線實(shí)時(shí)跟蹤衛(wèi)星。

射頻分系統(tǒng)由發(fā)射通道和接收通道組成。發(fā)射通道主要是將調(diào)制器輸出的 L頻段信號(hào)變頻至衛(wèi)星通信工作的射頻頻段，并將信號(hào)進(jìn)行功率放大，放大后的信號(hào)通過(guò)天線輻射到衛(wèi)星。接收通道是將天線接收的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大，再將信號(hào)變頻至 L頻段并送至解調(diào)器。

圖6 地面主站系統(tǒng)框圖

調(diào)制解調(diào)分系統(tǒng)由若干調(diào)制解調(diào)器組成，調(diào)制器將數(shù)字化后的用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行信道糾錯(cuò)編碼和數(shù)字載波調(diào)制，并變換為 L頻段信號(hào)；解調(diào)器完成輸入 L頻段信號(hào)的解調(diào)和譯碼，輸出數(shù)字化的用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。在設(shè)備實(shí)現(xiàn)上一般將調(diào)制器和解調(diào)器進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。

業(yè)務(wù)接入分系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)話音、圖像等模擬業(yè)務(wù)的數(shù)字化及壓縮處理，數(shù)字接口協(xié)議處理、多業(yè)務(wù)接入控制等功能。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)實(shí)際的使用需求進(jìn)行功能的選配，并確定設(shè)備的具體形態(tài)。

供配電分系統(tǒng)為地面站各設(shè)備提供所需的電能，供配電分系統(tǒng)不但要滿足設(shè)備對(duì)能耗的要求，還要進(jìn)行專門的安全性設(shè)計(jì)，既要保證工作過(guò)程中設(shè)備的安全，又要保證使用操作過(guò)程中的人身安全。

管理控制分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)各設(shè)備的參數(shù)配置（如發(fā)射功率、工作頻率、傳輸帶寬等）和工作狀態(tài)的監(jiān)視（如接收信號(hào)質(zhì)量、告警信息等）。

圖7 地面站調(diào)制解調(diào)分系統(tǒng)

表1 地面站調(diào)制解調(diào)分系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

圖8 網(wǎng)管界面1

圖9 網(wǎng)管界面2

3.3 機(jī)載站

機(jī)載站相對(duì)地面站設(shè)備安裝空間受限，通常由天線與射頻組合單元和通信終端等組成，其中天線與射頻組合單元包括天線、伺服控制與射頻通道等，通信終端包括調(diào)制解調(diào)、業(yè)務(wù)接入單元和管理單元。機(jī)載站組成如圖10所示。

圖10 機(jī)載站系統(tǒng)框圖

通信終端完成話音、圖像及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的接入、調(diào)制解調(diào)及中頻處理等功能，此外還完成與航電的管理交互及對(duì)天線控制單元管理與控制。天線與射頻組合單元完成 L頻段信號(hào)的變頻、功率放大、天線自動(dòng)跟蹤等功能。天線與射頻設(shè)備的伺服控制裝置根據(jù)航電系統(tǒng)送來(lái)的直升機(jī)平臺(tái)的位置和姿態(tài)信息，引導(dǎo)天線對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行初始捕獲，然后再根據(jù)接收信號(hào)的質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤調(diào)整。天線組合單元接收的衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)位于天線座架上的 LNB進(jìn)行低噪聲放大和變頻，將射頻信號(hào)變?yōu)?L頻段信號(hào)后經(jīng)由低損耗線纜送入通信終端進(jìn)行解調(diào)。通信終端根據(jù)工作模式選擇相應(yīng)的解調(diào)模式和譯碼方式，并將解調(diào)后的基帶數(shù)字信號(hào)送業(yè)務(wù)處理模塊，恢復(fù)為模擬話音或 IP數(shù)據(jù)。話音業(yè)務(wù)首先進(jìn)行 A/D變換，將模擬話音轉(zhuǎn)換為PCM數(shù)字話音，在根據(jù)工作模式選擇相應(yīng)的壓縮編碼方式進(jìn)行壓縮編碼。壓縮后的話音數(shù)據(jù)送給接入控制進(jìn)行成幀處理。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理模塊，提取有效數(shù)據(jù)報(bào)文，并按照各體制數(shù)據(jù)鏈路幀格式進(jìn)行組幀。對(duì)于處理后的話音數(shù)據(jù)和 IP數(shù)據(jù)分別按照傳輸幀格式進(jìn)行打包處理，組幀后的復(fù)合數(shù)據(jù)流在經(jīng)過(guò)編碼和調(diào)制處理后轉(zhuǎn)為基帶數(shù)據(jù)流，通信終端再將基帶數(shù)據(jù)信號(hào)變?yōu)?L頻段信號(hào)送往機(jī)載功放。機(jī)載功放單元將該 L頻段信號(hào)做變頻及功率放大，通過(guò)天線旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)送入天線輻射出去。

該方案充分考慮了機(jī)載站的安裝空間限制，將標(biāo)準(zhǔn)1U的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)改造集成為 1個(gè)小模塊，而且該模塊集成了 BUC/LNB供電和供 10 MHz參考的選件，參考源可選擇 Modem內(nèi)部參考或外部參考，直接通過(guò) Tx饋線給 BUC供電和供 10 MHz參考，同時(shí)通過(guò) Rx饋線給LNB供電和供 10 MHz參考，大大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，增加了可靠性，節(jié)約了機(jī)艙內(nèi)部空間。同時(shí)由于調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)采取 4倍擴(kuò)頻模式，在同等傳輸速率的情況下，有效降低了發(fā)射信號(hào)的功率譜密度要求，降低了機(jī)載站對(duì)于天線口徑的要求，在本方案中采用了等效 0.27 m拋物面口徑的平板天線。

圖11 機(jī)載調(diào)制解調(diào)器

圖12 0.27米機(jī)載天線

圖13 機(jī)載站的應(yīng)用模式

3.4 實(shí)際應(yīng)用案例

2019年2 月，云南省大理州發(fā)生了兩起森林火災(zāi)事件，火災(zāi)發(fā)生時(shí)，中國(guó)衛(wèi)通與合作伙伴合作研發(fā)的森林防火預(yù)警直升機(jī)前往現(xiàn)場(chǎng)，將現(xiàn)場(chǎng)高清畫(huà)面實(shí)時(shí)回傳至指揮中心，為消防指揮及災(zāi)情處置提供了重要保障。該套直升飛機(jī)衛(wèi)星通信系統(tǒng)安裝在預(yù)警直升機(jī)駕駛艙左上部，采用白色透波材料防雷電天線罩。

圖14 森林防火預(yù)警通航直升機(jī)衛(wèi)星通信安裝圖

2019年3 月山西沁源森林大火中，EC130森林防火偵查直升機(jī)，攜帶中國(guó)衛(wèi)通提供的直升機(jī)機(jī)載衛(wèi)通設(shè)備升空進(jìn)行災(zāi)情偵查。為中國(guó)應(yīng)急管理部的指揮調(diào)度提供現(xiàn)場(chǎng)高清實(shí)時(shí)視頻畫(huà)面支持，得到應(yīng)急管理部領(lǐng)導(dǎo)的高度肯定。

圖15 EC130森林防火偵查直升機(jī)衛(wèi)星通信安裝圖

圖16 其他機(jī)型衛(wèi)星通信安裝圖

除上述案例外，中國(guó)衛(wèi)通還與多家直升機(jī)公司及政府部門合作，為多架直升機(jī)加裝了衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

4 方案關(guān)鍵技術(shù)

由于衛(wèi)星通信頻段高、波束窄，電波傳播方式是直射波，要求在無(wú)遮擋的條件下通信，而受直升機(jī)安裝條件限制，衛(wèi)星通信天線只能安裝在直升機(jī)旋翼下方。因此，要實(shí)現(xiàn)通信就必須解決旋翼對(duì)無(wú)線電波的遮擋問(wèn)題，在旋翼的縫隙中實(shí)現(xiàn)信息發(fā)送與接收?？梢?jiàn)，克服直升機(jī)旋翼影響實(shí)現(xiàn)正常通信的技術(shù)是直升機(jī)載衛(wèi)星通信系統(tǒng)的核心技術(shù)，該技術(shù)被通俗地稱為縫隙通信技術(shù)。

縫隙通信的關(guān)鍵技術(shù)集中于調(diào)制解調(diào)器中，由于系統(tǒng)雙向鏈路的信息傳送方式截然不同，因而機(jī)載站和地面主站的調(diào)制解調(diào)器的實(shí)現(xiàn)技術(shù)也不相同。根據(jù)系統(tǒng)原理描述，直升機(jī)載寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)專用調(diào)制解調(diào)器需要重點(diǎn)突破與周期間斷式信息接收、周期突發(fā)式信息發(fā)送以及旋翼縫隙檢測(cè)等相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。此外，要達(dá)到系統(tǒng)實(shí)用化，還必須解決低輪廓天線及天線穩(wěn)定跟蹤等相關(guān)技術(shù)問(wèn)題。其中下面就具體的縫隙通信技術(shù)包括時(shí)間重發(fā)分集技術(shù)和基于信號(hào)功率的縫隙檢測(cè)技術(shù)，以及低輪廓天線進(jìn)行詳細(xì)討論。

4.1 時(shí)間重發(fā)分集技術(shù)

地面主站的前向鏈路一般傳輸調(diào)度指令、系統(tǒng)信令數(shù)據(jù)，對(duì)可靠性要求較高，同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸速率較低。但由于旋翼遮擋導(dǎo)致遙控指令無(wú)法正確解調(diào)，降低了前向鏈路的可靠性。為了解決這一難題，確保機(jī)載衛(wèi)通調(diào)制解調(diào)器能夠收到完整的數(shù)據(jù)，針對(duì)前向鏈路數(shù)據(jù)速率較低的特點(diǎn)，采用重發(fā)時(shí)間分集技術(shù)。

同時(shí)，為了避免因遮擋而出現(xiàn)丟幀的情況，前向鏈路物理幀幀長(zhǎng)的設(shè)計(jì)相當(dāng)重要，其中以每個(gè)原始幀為單位進(jìn)行復(fù)制得到復(fù)制幀，由這兩個(gè)小幀共同組成一個(gè)大幀，小幀幀長(zhǎng)設(shè)計(jì)時(shí)保證一幀的長(zhǎng)度大于遮擋時(shí)間，同時(shí)大幀長(zhǎng)度小于遮擋周期，這樣不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況，如圖17所示，灰色部分即為遮擋時(shí)間。從圖中可以看出，只要接收端接收到原始幀和復(fù)制幀，都可以通過(guò)接收端合并來(lái)獲得完整數(shù)據(jù)[4]。

前向鏈路幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用組幀重復(fù)的方式，即每幀包括首發(fā)幀和重發(fā)幀，首發(fā)幀和重發(fā)幀發(fā)送同樣的數(shù)據(jù)，以便接收端恢復(fù)數(shù)據(jù)。首發(fā)幀和重發(fā)幀都包含若干子幀，子幀長(zhǎng)度不易過(guò)長(zhǎng)也不宜過(guò)短，過(guò)長(zhǎng)將影響接收端數(shù)據(jù)恢復(fù)，過(guò)短將會(huì)降低傳輸效率。子幀的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和每幀包含的子幀數(shù)設(shè)計(jì)受遮擋周期和信道速率的約束。設(shè)計(jì)一般準(zhǔn)則是：每幀的持續(xù)時(shí)間要大于遮擋時(shí)間，小于非遮擋時(shí)間[5]。

圖17 前向鏈路物理幀幀結(jié)構(gòu)示意圖

圖18 時(shí)間重發(fā)分集技術(shù)原理圖

4.2 基于信號(hào)功率的縫隙檢測(cè)技術(shù)

通過(guò)對(duì)地面主站發(fā)送的連續(xù)載波信號(hào)接收電平和信噪比變化的監(jiān)測(cè)，可以判斷出槳葉對(duì)天線的遮擋情況。在工程實(shí)際使用時(shí)，要求相應(yīng)的檢測(cè)算法有較強(qiáng)適應(yīng)性，能夠適應(yīng)槳葉旋轉(zhuǎn)速率的變化?？p隙檢測(cè)算法一般采用能量和信噪比估計(jì)的方式。機(jī)載解調(diào)器對(duì)接收信號(hào)能量和信噪比做一定時(shí)長(zhǎng)的估計(jì)并做適當(dāng)?shù)幕瑒?dòng)平均，從中找出最大值，作為比較的參考基準(zhǔn)，通過(guò)監(jiān)控設(shè)置發(fā)送門限，如果當(dāng)前統(tǒng)計(jì)的信號(hào)電平功率值大于門限，則將發(fā)送使能信號(hào)置為高電平，允許發(fā)送一次突發(fā)載波[6]。

從圖19中可以看到，旋翼遮擋會(huì)導(dǎo)致信號(hào)功率明顯降低，而在無(wú)遮擋的時(shí)候，信號(hào)功率檢測(cè)結(jié)果恢復(fù)正常，這與理論分析的結(jié)論一致，只是由于噪聲信號(hào)的影響使得無(wú)遮擋時(shí)測(cè)量出來(lái)的信號(hào)功率值存在小幅波動(dòng)，但測(cè)量結(jié)果也明顯高于遮擋時(shí)測(cè)得的信號(hào)功率，因此可以通過(guò)此方法確定遮擋區(qū)間[7]。

圖19 基于信號(hào)功率測(cè)量的縫隙檢測(cè)結(jié)果

4.3 低輪廓天線技術(shù)

為了保障飛機(jī)的飛行安全，在保證系統(tǒng)要求的天線性能指標(biāo)的前提下，本方案所用的天線盡可能采用低輪廓天線技術(shù)，減小天線的體積，使天線的安裝對(duì)飛機(jī)氣動(dòng)特性的影響減至最小。具體是采用了以下幾方面的措施：在選擇系統(tǒng)頻段時(shí)，選擇 Ku高頻段，在相同增益下，高頻段的天線口徑更?。辉谶x擇天線形式時(shí)，為平板天線，有效降低了天線輪廓；在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，采用一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將功放、低噪聲放大器、伺服穩(wěn)定控制設(shè)備及跟蹤設(shè)備全部安裝在天線座架上，以有效減少系統(tǒng)損耗，縮小天線罩內(nèi)設(shè)備體積。天線罩形狀設(shè)計(jì)根據(jù)安裝位置進(jìn)行氣動(dòng)特性分析，符合氣動(dòng)特性要求。

表2 天線主要性能參數(shù)

圖20 天線設(shè)計(jì)圖

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)直升機(jī)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，對(duì)于直升機(jī)遠(yuǎn)距離寬帶數(shù)據(jù)傳輸提出了更高的要求，直升機(jī)衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以有效解決遠(yuǎn)距離高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，市場(chǎng)前景光明。中國(guó)衛(wèi)通針對(duì)這一市場(chǎng)需求，提出了使用 Ku頻段GEO衛(wèi)星作為傳輸平臺(tái)的直升機(jī)衛(wèi)星通信解決方案。該解決方案在解決旋翼遮擋問(wèn)題的基礎(chǔ)上，具有機(jī)載終端尺寸小、便于安裝、傳輸速率高、抗干擾能力強(qiáng)等顯著特點(diǎn)。尤其在機(jī)載設(shè)備性能提升方面，中國(guó)衛(wèi)通針對(duì)在機(jī)載設(shè)備實(shí)際工作環(huán)境提出了優(yōu)化建議，一方面提高天線增益，提高天線面的等效口徑，天線帶寬進(jìn)行擴(kuò)展；另一方面，降低共形天線的成本，實(shí)現(xiàn)機(jī)身與天線共形，改善天線結(jié)構(gòu)、材料類型，降低重量，減輕無(wú)人直升機(jī)任務(wù)承載能力。目前，中國(guó)衛(wèi)通的直升機(jī)衛(wèi)星通信解決方案已在森防防火領(lǐng)域得到了實(shí)際應(yīng)用，證明解決方案可行性，將來(lái)可以將該解決方案推廣到更多的行業(yè)當(dāng)中。