基于數(shù)字多波束星載多通道VDES設(shè)計(jì)

王文偉，張 喆，谷曉鷹，劉宇宏，林 偉，戴 琳

（上海航天電子技術(shù)研究所，上海 201109）

0 引言

船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（Automatic Identification System，AIS）能在船對(duì)船和船對(duì)岸之間自動(dòng)交換來(lái)自船舶傳感器的船舶信息（動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)）、人工輸入的靜態(tài)信息（船舶長(zhǎng)度和寬度等）和航次相關(guān)信息（船舶吃水、目的港、貨物等），具有接近實(shí)時(shí)跟蹤、對(duì)地穩(wěn)定性、丟失目標(biāo)可能性小等傳統(tǒng)雷達(dá)所不具備的優(yōu)點(diǎn)［1］。在AIS 技術(shù)出現(xiàn)之前，辨識(shí)他船是否存在，以及判斷他船操船意圖往往只能依賴(lài)于雷達(dá)顯示屏上的一個(gè)物體光點(diǎn)或駕駛員的視覺(jué)。在船舶海上碰撞事故中，有許多案例是因?yàn)榇d雷達(dá)和甚高頻（Very High Frequency，VHF）設(shè)備不能及時(shí)解決船與船之間有效溝通，以及相互掌握對(duì)方船舶信息與操船意圖而引發(fā)的，例如2003 年5 月31 日發(fā)生的“富山?！陛喤c“GDYNIA”輪船舶碰撞事故。

國(guó)際海事組織（International Maritime Organization，IMO）要求300 總噸及以上的國(guó)際航行船舶在2004 年12 月31 日前全部強(qiáng)制配備安裝船載AIS設(shè)備。隨著AIS 用戶(hù)的不斷增加，越來(lái)越多的船對(duì)岸、船對(duì)船、岸到船之間需要更大的數(shù)據(jù)交換，將會(huì)導(dǎo)致更大的數(shù)據(jù)交換需求?？紤]到AIS 只是一個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)，并不適合數(shù)據(jù)交換，國(guó)際航標(biāo)協(xié)會(huì)（International Association of Marine Aids to Navigation and Lighthouse Authorities，IALA）和國(guó)際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）于2013 年提出甚高頻數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)（VHF Data Exchange System，VDES）概念，建議將VDES 作為e-航海的主要通信鏈路并獲得IMO 的認(rèn)可。

VDES 由AIS、特殊應(yīng)用報(bào)文（Application Specific Maritime，ASM）、VDE 和衛(wèi)星等部分組成，VDES 衛(wèi)星充分發(fā)揮衛(wèi)星天然的大范圍覆蓋優(yōu)勢(shì)，將地面VDES 擴(kuò)展到海岸覆蓋之外的全球范圍，掌握全球船舶的整體態(tài)勢(shì)。VDES 在集成了現(xiàn)有AIS功能的基礎(chǔ)上，增加了特殊應(yīng)用報(bào)文和寬帶甚高頻數(shù)據(jù)交換（VHF Data Exchange，VDE）功能，為不同內(nèi)容及格式的信息劃分了“專(zhuān)用車(chē)道”：與航行安全關(guān)系最為緊密的船舶位置和航行狀態(tài)信息保留在AIS 專(zhuān)用信道下，減輕該信道負(fù)擔(dān)，并保證其不被占用；剝離與導(dǎo)航無(wú)關(guān)的非安全信息，例如水文、氣象等由ASM 承載，并為其配置兩個(gè)25 kHz 的信道；而對(duì)于其他內(nèi)容更為豐富、格式更為靈活的信息，則將由VDE 完成傳輸，并依托100 kHz 的雙頻信道，大大提高船船及船岸之間信息傳輸速率［2-3］。

在VDES 中，衛(wèi)星起到的作用與AIS 相同，即拓展了岸基服務(wù)的范圍，使得區(qū)域性服務(wù)變成了全球性服務(wù)，隨著海上通信需求的增加，VDES 系統(tǒng)仍然面臨著AIS 鏈路負(fù)荷過(guò)重的情況。ITU 等國(guó)際組織不斷對(duì)VDES 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行更新，通過(guò)世界無(wú)線(xiàn)電大會(huì)（WRC-12/15/19）決議調(diào)整相關(guān)管理規(guī)定和頻道分配，確保VDES 系統(tǒng)通信頻段和通道規(guī)劃更加合理高效，各研制單位不斷提出新的設(shè)計(jì)方法提高AIS 通信能力。目前國(guó)內(nèi)外AIS 衛(wèi)星載荷均存在時(shí)隙沖突影響檢測(cè)概率的情況，國(guó)內(nèi)AIS 載荷在船舶密集的東南沿海，星載AIS 接收信號(hào)時(shí)隙沖突高達(dá)8～10 重，導(dǎo)致某些區(qū)域檢測(cè)幾乎空白。VDES 系統(tǒng)研究尚處于標(biāo)準(zhǔn)擬定階段，部分技術(shù)及通信體制還需進(jìn)行論證和試驗(yàn)，上海航天電子技術(shù)研究所、國(guó)防科大、北京和德宇航、電科十所、東南大學(xué)等單位在VDES 領(lǐng)域開(kāi)展了大量技術(shù)研究并發(fā)射試驗(yàn)衛(wèi)星，確保我國(guó)在該領(lǐng)域研究水平保持在世界前列。

本文結(jié)合目前正在開(kāi)展的某研制任務(wù)，針對(duì)最新的VDES 射頻通道劃分，提出基于DBF 多通道VDES設(shè)計(jì)，利用陣列天線(xiàn)和DBF 技術(shù)同時(shí)形成多個(gè)波束，將大范圍通信“分割”成多個(gè)小的區(qū)域。通過(guò)縮小單個(gè)天線(xiàn)波束的視場(chǎng)覆蓋范圍，減少AIS 信號(hào)時(shí)隙沖突，提高AIS 觀測(cè)時(shí)間和目標(biāo)檢測(cè)概率同時(shí)也能滿(mǎn)足大幅寬海域視場(chǎng)覆蓋范圍。

1 設(shè)計(jì)方案

VDES 分系統(tǒng)主要由8 個(gè)天線(xiàn)單元、射頻收發(fā)機(jī)（8 個(gè)射頻通道）和通信處理等組成，如圖1 所示。

圖1 VDES 系統(tǒng)框圖Fig.1 Diagram of VDES System

天線(xiàn)單元接收船舶和岸基等VDE 射頻信號(hào)，送給射頻收發(fā)機(jī)進(jìn)行處理。在射頻收發(fā)機(jī)內(nèi)，所接收射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)微波前端的窄帶濾波、下變頻處理，并對(duì)中頻信號(hào)放大后，送至通信處理機(jī)A/D 轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。通信處理機(jī)內(nèi)部FPGA 對(duì)采樣數(shù)字中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波、下變頻、添加采樣點(diǎn)起始標(biāo)志、打時(shí)間標(biāo)簽等處理，或者根據(jù)地面指令對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)處理，并對(duì)解調(diào)后的數(shù)據(jù)加解調(diào)標(biāo)志。

由于VHF 頻段收發(fā)頻率十分接近，為精簡(jiǎn)體積采用收發(fā)天線(xiàn)共用設(shè)計(jì)方式，通過(guò)環(huán)形器將收發(fā)信號(hào)進(jìn)行隔離（隔離度典型值為25 dB），天線(xiàn)數(shù)量為2×4，共8 個(gè)天線(xiàn)單元。考慮到鏈路增益較大，目前國(guó)內(nèi)外同類(lèi)型接收機(jī)均設(shè)計(jì)為非直接放大模式，本方案中射頻收發(fā)機(jī)采用一次下/上變頻模式，合理設(shè)計(jì)鏈路增益，能有效提高通道穩(wěn)定性，并可在中頻加強(qiáng)濾波，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

通信處理機(jī)是本方案核心單機(jī)，需接收8 個(gè)通道的AIS1、AIS2、LAIS（Long AIS，長(zhǎng)距離AIS）1、LAIS2、ASM1、ASM2 和VDE 中頻信號(hào)，中頻信號(hào)在單機(jī)內(nèi)部進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、接收數(shù)字DBF 波束合成、數(shù)字下變頻和數(shù)字解調(diào)，輸出所有中頻信號(hào)解調(diào)結(jié)果；同時(shí)需具備VDES 協(xié)議層處理的能力，并按照協(xié)議對(duì)8 個(gè)通道進(jìn)行VDE 數(shù)字調(diào)制和發(fā)射DBF 數(shù)字波束合成，輸出8 個(gè)通道VDE 中頻信號(hào)。

AIS/VDE 分系統(tǒng)的主要電性能技術(shù)指標(biāo)如下。

1）工作頻段156～162 MHz；

2）調(diào)制方式及速率

AIS/LAIS：GMSK（9.6 kbit/s）

ASM：π/4 QPSK（9.6 kbit/s）

VDE 上行：π/4 QPSK 和8 PSK（33.6 kbit/s）；

VDE 下行：π/4 QPSK（33.6 kbit/s）；

3）波束寬度±42°（多波束合成）；

4）波束極化方式為圓極化（右旋）；

5）EIRP≥33 dBm；

6）波束數(shù)目8；

7）通道隔離度≥25 dB；

8）噪聲系數(shù)≤3 dB；

9）接收靈敏度優(yōu)于-110 dBm@PER≤10%；

10）檢測(cè)概率：AIS/LAIS 船舶檢測(cè)概率＞90%（300 s 偵察覆蓋范圍內(nèi)船舶數(shù)量3 000 艘）。

2 全雙工設(shè)計(jì)

2015 年WRC-15 對(duì)VHF 頻段海事通信頻段進(jìn)行了分配，使AIS 功能得到充分發(fā)揮，將無(wú)線(xiàn)電頻道CH75 和CH76 作為衛(wèi)星檢測(cè)長(zhǎng)距離AIS 頻道，CH2027 和CH2028作為ASM 專(zhuān)用頻道，AIS仍然使用原有頻點(diǎn)，同時(shí)建議VDE 通信上行采用CH1024/1025/1026/1084/1085/1086 頻道，并規(guī)定VDES 衛(wèi)星部分不應(yīng)對(duì)數(shù)字選擇呼叫（Digital Selective Calling，DSC）、AIS、話(huà)音遇險(xiǎn)、安全和呼叫信道造成有害干擾［4］。

WRC-19 會(huì)議對(duì)《無(wú)線(xiàn)電規(guī)則》進(jìn)行了修訂，涉及衛(wèi)星水上移動(dòng)業(yè)務(wù)（地對(duì)空和空對(duì)地）進(jìn)行新的頻譜劃分，包括衛(wèi)星上行的156.012 5～157.437 5 MHz和下行160.612 5～162.037 5 MHz，以確保不會(huì)降低現(xiàn)有VDES 地面部分、ASM、AIS 運(yùn)行質(zhì)量，也不會(huì)對(duì)低端相鄰頻段、高端相鄰頻段內(nèi)現(xiàn)有業(yè)務(wù)造成有害干擾和限制［5］。

歐洲、日本、美國(guó)、加拿大以及中國(guó)等均在WRC-19 會(huì)議上提出各自的頻譜和通道規(guī)劃方案，所有方案目的是為了提高VDES 系統(tǒng)通信速率，促進(jìn)VDES 全球發(fā)展。未來(lái)VDES 衛(wèi)星系統(tǒng)將朝全雙工通信方向發(fā)展，理論上通信速率是單工或半雙工通信的2 倍以上。

收發(fā)頻率干擾是目前限制和影響VDES 系統(tǒng)全雙工通信的主要因素。VDES 衛(wèi)星系統(tǒng)收發(fā)工作頻率范圍為156～163 MHz?？紤]到收發(fā)天線(xiàn)共用，發(fā)射機(jī)（輸出功率大于1 W）工作時(shí)必將影響接收機(jī)。由于相對(duì)帶寬較窄，無(wú)法在鏈路上通過(guò)濾波將發(fā)射信號(hào)進(jìn)行濾除，使用限幅器、自動(dòng)增益控制、飽和放大等方法會(huì)惡化接收機(jī)噪聲系數(shù)，影響解調(diào)性能。

根據(jù)WRC-15 規(guī)定所設(shè)計(jì)的一種VDES 頻譜［6-7］，如 圖2所示，VDES 衛(wèi)星下行 頻率范圍 為161.787 5～161.937 5 MHz，緊 鄰ASM 和AIS 通道，當(dāng)VDES 下行工作時(shí)，發(fā)射機(jī)寬帶噪聲和強(qiáng)功率將會(huì)影響接收機(jī)及相鄰信道。基于現(xiàn)有海事領(lǐng)域VHF 頻段通道規(guī)定，可設(shè)計(jì)一種頻分全雙工（Frequency Division Duplex，F(xiàn)DD）通信模式，頻譜如圖3 所示。

圖2 VDES 頻譜Fig.2 VDES spectra

圖3 VDES 修訂頻譜Fig.3 Revised VDES spectra

圖3 中，將VDES 衛(wèi)星上下行頻率分開(kāi)，其頻率間隔大于4 MHz，在該頻段利用常規(guī)的聲表、LC 等類(lèi)型濾波器就能將收發(fā)頻率進(jìn)行隔離，在共用收發(fā)天線(xiàn)設(shè)計(jì)的情況下，可大大緩解環(huán)形器壓力，且能確保接收機(jī)性能無(wú)惡化。在此方案中，VDES 上行帶寬可大于1 MHz，能有效保證AIS 等高優(yōu)先級(jí)通信資源，下行帶寬達(dá)到250 kHz，能提供更強(qiáng)更可靠的數(shù)據(jù)交換能力。

3 波束覆蓋范圍分析

AIS 使用自組織時(shí)分多址接入（Self-Organized Time Division Multiple Access，SOTDMA），自組織小區(qū)的范圍為以當(dāng)前船舶為中心的20 n mile 半徑圓形區(qū)域，通過(guò)采用時(shí)隙預(yù)約機(jī)制在自組織區(qū)域內(nèi)通信信號(hào)之間不會(huì)出現(xiàn)沖突，而對(duì)于星載AIS 系統(tǒng)，其覆蓋范圍內(nèi)包含多個(gè)自組織小區(qū)，各小區(qū)間信號(hào)相互獨(dú)立，來(lái)自不同小區(qū)的船舶AIS 信號(hào)到達(dá)衛(wèi)星時(shí)，發(fā)生碰撞的概率很大，兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)疊加，在衛(wèi)星接收端極可能產(chǎn)生時(shí)隙沖突［8-10］。星載AIS 系統(tǒng)需要解決的一個(gè)主要問(wèn)題就是接收AIS 信號(hào)的沖突問(wèn)題，縮窄天線(xiàn)波束（減少接收范圍內(nèi)船舶數(shù)量）和增加通道數(shù)量是目前星載AIS 載荷目標(biāo)檢測(cè)概率提升的主要技術(shù)途徑。

兩個(gè)疊加信號(hào)分解，需確保在時(shí)域、頻域、空域、碼域、極化域和能量域的任一個(gè)域中是可分辨。AIS 信號(hào)在碼域及極化域不可分辨，能量域只能舍去低能量船舶信息，考慮到不同船舶的AIS 信號(hào)多普勒頻移的差異性，最有效的方法是采用波束銳化實(shí)現(xiàn)空域隔離。為偵查盡可能多的船舶數(shù)量，需盡量擴(kuò)大整個(gè)天線(xiàn)視場(chǎng)覆蓋范圍，保證整個(gè)天線(xiàn)視場(chǎng)覆蓋范圍又縮小單波束掃描范圍，只能采用多個(gè)波束的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)多個(gè)窄波束合成一個(gè)視場(chǎng)范圍大的掃描范圍。

本方案設(shè)計(jì)用于600 km 飛行軌道，天線(xiàn)單元和射頻通道數(shù)量均為8 個(gè)，擬設(shè)計(jì)波束數(shù)量為8個(gè)?？紤]到VHF 頻段波長(zhǎng)較長(zhǎng)，在確保波束范圍較小的前提下，需面臨天線(xiàn)物理尺寸較大的缺點(diǎn)［11］，且目前該頻段常用的八木天線(xiàn)、螺旋天線(xiàn)、振子天線(xiàn)等在進(jìn)行多通道設(shè)計(jì)時(shí)需解決多天線(xiàn)地面收攏、在軌可靠展開(kāi)等工程難點(diǎn)［12］?？紤]到薄膜天線(xiàn)性能以及技術(shù)成熟度，以及后續(xù)陣面數(shù)量的可擴(kuò)展性（擴(kuò)展至64 單元以上）擬采用VHF 頻段薄膜天線(xiàn)，單排4 個(gè)波束可使方位方向覆蓋范圍達(dá)到±42°，沿飛行方向?qū)⒉ㄊO(shè)計(jì)為兩排平行，波束覆蓋范圍如圖4 和表1 所示?？稍黾硬ㄊ采w范圍內(nèi)船舶通信時(shí)間，進(jìn)一步提高時(shí)隙沖突解決能力（觀測(cè)時(shí)間增加，能提高時(shí)隙沖突解調(diào)能力）。

圖4 VDES 波束覆蓋示意圖Fig.4 Beam coverage diagram of VDES

表1 VDES 波束覆蓋情況（未考慮地球曲率）Tab.1 Beam coverage of VDES（reckon without the curvature of the Earth）

由圖4 和表1 可知，通過(guò)多波束劃分，可極大減少單波束覆蓋范圍內(nèi)船舶數(shù)量，由于各波束相互獨(dú)立，等效為整個(gè)波束覆蓋范圍內(nèi)船舶數(shù)量減少約1/4，系統(tǒng)解調(diào)能力可提高50%以上。

4 數(shù)字多波束設(shè)計(jì)

DBF 是利用數(shù)字電路方法實(shí)現(xiàn)相控陣列天線(xiàn)，獲得不同的波束指向的陣列圖如圖5 所示。通過(guò)數(shù)字信號(hào)的控制改變各個(gè)陣列單元的信號(hào)幅度和相位，調(diào)整陣列輻射場(chǎng)的特性［13］。

圖5 平面陣列天線(xiàn)Fig.5 Planar-array antenna

針對(duì)圖5 所示平面陣列天線(xiàn)，設(shè)來(lái)波方向?yàn)椋é?，φ0），該方向陣列（i，k）陣元的延遲為

式中：dx為陣元在x方向的間距；dy為陣元在y方向的間距。

陣列方向圖F(θ，φ)為

式中：wik為（i，k）陣元的幅度加權(quán)系數(shù)；wδik為（i，k）陣元的相位調(diào)節(jié)系數(shù)；δik(θ，φ)為(θ，φ)方向電磁波的對(duì)（i，k）陣元的相位延遲。

通過(guò)調(diào)節(jié)幅度加權(quán)系數(shù)和相位調(diào)節(jié)系數(shù)，使得wδik=-δik(θ0，φ0)，方向圖在(θ0，φ0)方向無(wú)虛數(shù)部分，幅值能達(dá)到最大［14-15］。

DBF 技術(shù)是通過(guò)調(diào)整各陣元的幅度加權(quán)系數(shù)和相位調(diào)節(jié)系數(shù)，在基帶上采用FPGA 來(lái)完成對(duì)各陣元多信號(hào)的加權(quán)，分為接收和發(fā)射兩部分。

DBF 接收把數(shù)字波束的天線(xiàn)響應(yīng)當(dāng)作一個(gè)空間濾波器，目標(biāo)來(lái)波方向?yàn)?θt，φt)時(shí)，調(diào)節(jié)相位系數(shù)使，在目標(biāo)方向(θt，φt)的信號(hào)天線(xiàn)接收增益變?yōu)樽畲笾?。使用多組相位調(diào)節(jié)系數(shù)，則可以獲得多個(gè)方向的增益最大方向圖。接收目標(biāo)波束合成如圖6 所示。

圖6 接收目標(biāo)波束合成Fig.6 Receiver beam forming

通道1～M對(duì)應(yīng)陣元或通道，1～N對(duì)應(yīng)多個(gè)波束方向，通過(guò)權(quán)重實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)方向的信號(hào)接收，如圖7 所示。在FPGA 內(nèi)對(duì)N份M通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行分別加成，在數(shù)字部分實(shí)現(xiàn)空間濾波。

圖7 接收波束合成框圖Fig.7 Block diagram of receiver beam forming

數(shù)字波束合成發(fā)射則是在通道內(nèi)復(fù)合了多個(gè)方向上的信號(hào)，通過(guò)發(fā)射功率（陣列方向圖）在空間上的不同分布，實(shí)現(xiàn)多個(gè)波束發(fā)射，其組成與接收框圖基本相反，如圖8 所示。

圖8 發(fā)射波束合成框圖Fig.8 Block diagram of transceiver beam forming

區(qū)別于多個(gè)波束接收，發(fā)射波束合成基于通道進(jìn)行合成，而其相位調(diào)節(jié)系數(shù)與DBF 接收相同。發(fā)射數(shù)字波束幅度調(diào)節(jié)系數(shù)采用等幅分布，可有助波束旁瓣的抑制。

由不同方向的不同相位延遲實(shí)現(xiàn)空間濾波，每個(gè)通道輸出的信號(hào)為

式中：TM為通道發(fā)出信號(hào)；A、B、C、D為目標(biāo)波束發(fā)送的信號(hào)，以4 個(gè)波束4 個(gè)通道為例，M=1～4。

在目標(biāo)(θt，φt)方向接收到的信號(hào)為

若目標(biāo)(θt，φt)在A波束主瓣內(nèi)、其他波束主瓣外，則目標(biāo)能收到A的信號(hào)，其他波束信號(hào)在目標(biāo)位置，相位相消抑制，處于旁瓣?duì)顟B(tài)。

本方案目前所設(shè)計(jì)陣元數(shù)較少，副瓣電平較高，可對(duì)平面陣列進(jìn)行經(jīng)典的契比雪夫窗幅度綜合，選擇契比雪夫窗系數(shù)，確保旁瓣抑制大于25 dBc。

基于wδik=-δik的相位和契比雪夫窗系數(shù)作為復(fù)權(quán)重系數(shù)，設(shè)置目標(biāo)角度為A（45°，37°）、B（30°，65°）、C（30°，115°）、D（45°，143°）、E（45°，217°）、F（30°，245°）、G（30°，295°）、H（45°，323°），得到8 組權(quán)重序列，通過(guò)模擬半球面角度進(jìn)行掃描，計(jì)算陣列響應(yīng)，根據(jù)給定的天線(xiàn)單元方向圖，得到各波束獨(dú)立的方向圖，如圖9 所示。

圖9 8 個(gè)波束獨(dú)立方向圖Fig.9 Forming patterns of 8 beams

由于天線(xiàn)采用對(duì)稱(chēng)方式進(jìn)行布局，8 波束實(shí)際由兩組波束參數(shù)通過(guò)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)獲得，單陣元增益采用高斯分布進(jìn)行近似，各通道仿真（增益、波束寬度）結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 各通道仿真結(jié)果Tab.2 Simulation results of all channels

衛(wèi)星軌道高度600 km，存在地面投影拉伸以及地球曲面效應(yīng)，經(jīng)過(guò)波束合成后，8 波束覆蓋區(qū)域如圖10 所示，與圖4 結(jié)果基本一致。

圖10 波束覆蓋區(qū)域（考慮地球曲率）Fig.10 Transceiver beam forming（reckon with the curvature of the Earth）

為提高系統(tǒng)可靠度，針對(duì)通道故障可進(jìn)行DBF在軌重設(shè)計(jì)。星上部分通道單元存在故障的情況下，通過(guò)軟件上注或者指令上注，將DBF 重新進(jìn)行設(shè)計(jì)或僅更改通道權(quán)重系數(shù)，最大限度保持系統(tǒng)通信能力。若部分通道出現(xiàn)故障，首先判別失效通道，將故障通道修改置零，然后重新調(diào)整各陣元的幅度加權(quán)系數(shù)和相位調(diào)節(jié)系數(shù)。

故障通道修改置零后會(huì)影響波束合成效果，仿真結(jié)果表明：1 個(gè)通道故障情況下，通過(guò)對(duì)DBF 重新進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，波束增益略有下降，不會(huì)影響分系統(tǒng)性能指標(biāo)；2 個(gè)通道故障情況下，若為兩個(gè)外側(cè)通道故障，整體波束增益下降少于2 dB，若為1 個(gè)外側(cè)和1 個(gè)內(nèi)側(cè)通道故障，中間4 個(gè)波束增益下降小于1 dB；3 個(gè)通道故障情況下，中間4 個(gè)波束增益下降小于1 dB，其余情況下波束中心增益下降超過(guò)4 dB；4 個(gè)通道故障情況下，所有波束增益下降均超過(guò)5 dB。

5 結(jié)束語(yǔ)

VDES 系統(tǒng)將成為未來(lái)海事通信領(lǐng)域最重要的手段，并對(duì)未來(lái)水上信息服務(wù)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，有著極為廣闊的應(yīng)用前景。我國(guó)作為國(guó)際海事A 類(lèi)理事國(guó)之一，相比歐美等國(guó)在VDES 領(lǐng)域起步較晚，目前國(guó)內(nèi)很多單位正積極開(kāi)展VDES 系統(tǒng)研究和建設(shè)，全力把握海事移動(dòng)通信系統(tǒng)建設(shè)中出現(xiàn)的新機(jī)遇，努力使我國(guó)在VDES 領(lǐng)域保持國(guó)際先進(jìn)水平。

本文詳細(xì)介紹了VDES 產(chǎn)生背景、重要作用以及應(yīng)用中存在的技術(shù)難點(diǎn)。為解決收發(fā)干擾問(wèn)題，提出一種全雙工射頻解決方案，通過(guò)頻分復(fù)用將收發(fā)頻率間距盡量拉寬，利用窄帶濾波器可極大降低發(fā)射機(jī)對(duì)接收機(jī)影響。

結(jié)合某星載研制任務(wù)（預(yù)計(jì)2021 年下半年發(fā)射），針對(duì)600 km 高度軌道設(shè)計(jì)了8 路射頻通道和8個(gè)波束方案，首次應(yīng)用星載薄膜天線(xiàn)，通過(guò)DBF設(shè)計(jì)，整體波束覆蓋范圍較廣，其次將大范圍通信劃分成多個(gè)小的獨(dú)立區(qū)域，可有效縮小單個(gè)天線(xiàn)波束的視場(chǎng)覆蓋范圍，有利于減少AIS 信號(hào)時(shí)隙沖突。仿真結(jié)果表明，在部分通道故障情況下，通過(guò)地面軟件上注對(duì)DBF 進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，能極大提高系統(tǒng)可靠度。薄膜天線(xiàn)具有極佳的收納比，本文所介紹的設(shè)計(jì)方法可用于更多數(shù)量（64 通道和波束以上）的應(yīng)用，隨著VDES 系統(tǒng)不斷推廣和在軌使用，有著廣闊的應(yīng)用前景。