动中通：移动中的卫星地面站通信系统

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卫星“动中通”是新兴概念，美国称“Satcom on the move” 这一概念不是传统意义上的卫星移动通信业务（MSS），因为国际电联（ITU）早有定义，将卫星通信业务分为两类，一类是卫星固定业务（FSS）另一类是卫星移动业务（MSS），并且划分了各自通信使用的卫星频段。

简介

根据传统定义，现在所说的卫星“动中通”是无法简单的归属在FSS 或MSS下面的，原因在于，FSS使用的频率是C、Ku、Ka等，特点是传输带宽大传输速率高固定通信传输视频等宽带信息；MSS使用的频率是L、S频段的，特点是传输带宽小传输速率低可移动通信传输语音数据等窄带信息；而现在的卫星“动中通"是为了满足用户通过卫星在动态移动中传输宽带视频信息的需求产生的新应用，使用固定轨道卫星的Ku频段进行移动通信传输宽带视频信息，综合了FSS和MSS的优势的一种新业务应用。

动中通是“移动中的卫星地面站通信系统”的简称。通过动中通系统，车辆、轮船、飞机等移动的载体在运动过程中可实时跟踪卫星等平台，不间断地传递语音、数据、图像等多媒体信息，可满足各种军民用应急通信和移动条件下的多媒体通信的需要。 　动中通系统很好地解决了各种车辆、轮船等移动载体在运动中通过地球同步卫星，实时不断地传递语音、数据、高清晰的动态视频图像、传真等多媒体信息的难关，是通信领域的一次重大的突破，是当前卫星通信领域需求旺盛、发展迅速的应用领域，在军民两个领域都有极为广泛的发展前景。

2系统构成

“动中通”是由卫星自动跟踪系统和卫星通信系统两部分组成。

3跟踪系统

卫星自动跟踪系统是用以保证卫星发射天线在车体运动时对卫星的准确指向。其主要设备有：

(1)天线座，采用卸载和储力方式减小天线传动时的负载惯量。

(2)伺服，采用位置环或速度环控制方式，使用模拟硬件提高电路响应速度，减小伺服 跟踪系统的动态滞后误差。

(3)数据处理，使用专用的数学解算平台，对误差信号、载体的动态信号进行处理，解算出天线的控制信号。

(4)载体测量，使用捷联惯导测量组合测量出载体的变化量，使其反应在天线跟踪上。其中，激光陀螺是在光学干涉原理基础上发展起来的新型导航仪器，成为新一代捷联式惯性导航系统理想的主要部件，用于对所设想的物体精确定位。石英挠性摆式加速度计是由熔融石英制成的敏感元件，挠性摆式结构装有一个反馈放大器和一个温度传感器，用于测量沿载体一个轴的线加速度。光纤陀螺三轴惯测组合由三个光纤陀螺仪和三个石英挠性摆式加速度计组成，可以实时地输出载体的角速度、线加速度、线速度等数据，具有对准、导航和航向姿态参考基准等多种工作方式，用于移动载体的组合导航和定位，同时为随动天线的机械操控装置提供准确的数据。主要性能：加表精度 1×10-4g；光纤陀螺精度(漂移稳定性)≤1°/h；标度固形线性度≤5×10-4。

4通信系统

卫星通信系统的作用是使电视信号上行传输到卫星，并由转发器下行传送到地面卫星接收装置。其主要设备有：编/解码器、调制/解调器、上/下变频器、高功率放大器、双工器和低噪声放大器。

5工作原理

载体在移动过程中，由于其姿态和地理位置发生变化，会引起原对准卫星天线偏离卫星，使通信中断，因此必须对载体的这些变化进行隔离，使天线不受影响并始终对准卫星。这就是天线稳定系统要解决的主要问题，也是移动载体进行不间断卫星通信的前提。

“动中通”自动跟踪系统是在初始静态情况下，由GPS、经纬仪、捷联惯导系统测量出航向角、载体所在位置的经度和纬度及相对水平面的初始角，然后根据其姿态及地理位置、卫星经度自动确定以水平面为基准的天线仰角，在保持仰角对水平面不变的前提下转动方位，并以信号极大值方式自动对准卫星。在载体运动过程中，测量出载体姿态的变化，通过数学平台的运算，变换为天线的误差角，通过伺服机构调整天线方位角、俯仰角、极化角，保证载体在变化过程中天线对星在规定范围内，使卫星发射天线在载体运动中实时跟踪地球同步卫星。该系统跟踪方式有自跟踪和惯导跟踪两种。自跟踪是依靠卫星信标进行天线闭环伺服跟踪；惯导跟踪是利用陀螺惯导组合敏感载体的变化进行天线跟踪。这两种跟踪可根据现场情况自动切换。当系统对星完毕转入自动跟踪后，以自跟踪方式工作；与此同时，惯导系统也进入工作状态，并不断输出天线极化、方位和俯仰等数据。当由于遮挡或其它原因引起天线信标信号中断时，系统自动切换到惯导跟踪方式。同时，利用先进的移动卫星通信系统传输广播电视信号，达到现场转播效果。

“动中通”车能在20～100km/h的行驶速度下通过卫星双向传送数字电视信号，保障运动载体在移动过程中不间断进行宽带多媒体卫星通信。各级路面载体最大行驶速度见附表。

6系统特点

“动中通”在直播中有以下优点：

(1)在转播过程中采用自主跟踪方式跟踪卫星，充分利用了卫星通信覆盖区域大、抗干扰能力强、线路稳定的特点，可实现点对点、点对多点、点对主站移动卫星的通信；

(2)“动中通”车具有灵活、机动的转播特点，能确保快速、实时的静态和动态现场直播；

(3)自动重捕时间短，驶出通信盲区后能快速恢复通信；

(4)与OFDM“无方向”移动微波设备相比，“动中通”车无需收、发设备操作人员在恶劣环境条件下工作，节约了人力、物力，而且减小了电磁辐射污染；

(5)信号传输过程的节点减少，提高了转播质量和可靠性；

(6)能降低大范围、复杂场景直播过程的运行成本。

然而，受目前技术的限制，“动中通”仍存在一些不足，主要是：

(1)在转播环境比较复杂(建筑物太高、太多，桥梁、山区等)的情况下，会出现信号中断现象；

(2)用两辆“动中通”车传送不同电视图像信号，在图像播出时不易做到无闪点连接(两车同时遇到闪点)；

(3)“动中通”车与移动信号采集车之间信号传输不易(两车的方向、位置在不断变化)。

7注意事项

实际中，天线的选型比较重要。直径大的天线各种参数指标高，对信号的传输有利；直径小的天线运动惯量小，易于提高机械操控的精度。综合来看，以目前的技术水平，用1.2m的Ku天线是比较合适的。

因为发射天线对卫星是有指向误差的，对于1.2m的Ku天线，载体在运动中跟踪天线的设定误差要小于0.1°。另外，馈源也要进行旋转跟踪，垂直和水平极化隔离度要大于30dB，才能在不干扰其它转发器的情况下保证有效的发射功率。

由于受空中各种摄动力的影响，卫星的位置在不断地漂移，其姿态也在细微地改变，这些都会加大指向误差。因此，检测卫星信标信号的变化，对精确跟踪卫星会有很大的帮助。

由于在实际转播中不能限制载体运动(方向、位置、速度、旋转的变化)，所以信号要 通过一个高频滑环输送到“馈源”上。高频滑环的质量将直接影响到发射信号质量，因而必需选择高质量的高频滑环。<BR>由于发送信号的卫星天线在车内的工作状态是三维运动的，信号是通过高功放放大后，经过软波导输送到天线馈源上发送出去的。所以，为了提高发射效率，软波导不能太长，高功放必须安装在天线的基座上随天线一起运动。这就要求高功率放大器必须具有良好的抗震动性能、体积尽量小、重量尽量轻，只有使用全固态高功放才能满足这一要求。

为了在转播体育节目中达到广播级电视运动图像质量，卫星信号传输速率需约6Mb/s。从实际测试效果上看，除存在暂短的卫星链路遮挡(天线与卫星之间有物体遮挡)外，在一级公路上以70km/h行驶时，移动车可以准确而不间断地发送信号，图像主观质量评价优于3级。

“动中通”车用于直播会遇到暂短链路遮挡问题，所以转播方案中要着重考虑弥补措施。因为“动中通”能实现点对多点的卫星通信，所以要预先设计，当某一颗星被遮挡时，发射天线应快速锁定另一颗星。当然，直播时最好有两辆“动中通”车同时提供信号，再加上其它素材画面的实时插入，从而做到有效画面的无缝连接，提高转播质量。

“动中通”技术运用于广播电视转播具有明显的优势：机动灵活，技术环节少，覆盖面积大；它可以降低直播系统的复杂性；提高直播技术的可靠性和安全性；节省直播过程的运行费用。经过不断地改进、探索和实践，“动中通”技术将会更好运用于现场转播，更快捷地为广大观众提供更生动的电视画面。