小型 Ku 卫星移动通信车载站周祖全 孙 忠 张 琳 陈文汉（78086 部队 军区网管 成都 610011）摘 要 卫星通信属地球空间信息技术范畴 小型 Ku 频段卫星移动通信系统综合应用了激光陀螺三轴捷联贯导技术,Ku 频段数字卫星通信技术,航天遥测技术,计算机技术和GPS 定位技术其技术在国内首次实现了图像、数据、话音、 等多媒体在运动中宽带大容量不间断指挥通信的基础上，把天 线由 1.8 改为 0.8 米, 卡车改为小型越野车，更便于移 动通信在汶川大地震抗震救灾中，充分发挥了地球空间信息技术 关键词 小型 卫星 移动通信 航天遥测 激光陀螺 0 引言卫星通信已成为重要的现代化通信手段在商用和 军事上都 获得了广泛的应用美国在海湾战争期间，采用卫星通信 处理了美军战区内约 90％的通信 业务 卫星通信的优点是通信距离远，建站成本与通信距离无关，以广播方式工作，便于实现多址联接，通信容量大，能传送的业务类型多，性能稳定可靠，不受地理条件限制，灵活机动等特点特别是卫星移动通信显得愈来愈重要在抗震球灾中 ,背负式卫星通信站,移动卫星通信车载站发挥了非常 重要的作用。
国内 UHF 频段的 卫星移动通信系统的天线使用了宽带螺旋天线或相控阵天线跟踪卫星其频带窄，通信容量小，不能在动中传送活动图像C 频段未见卫星移动通信站由于 Ku 频段比 C 频段频率高，天 线增益大，天 线尺寸可做得小，很适用于卫星移动通信小型 Ku 频段卫星移动通信系统 ,其天线跟踪卫星采用了激光陀螺三轴捷联贯导技术1.1 激光陀螺的优点以前在航天领域，是用机械转 子陀螺做惯性导航系统的部件目前，国外已将激光陀螺应用在航天、航空等领域激光陀螺与传统的机电陀螺相比，具有许多优点：可靠性高，寿命长，没有旋转部件，机构简单，全固态化，耐冲击振动，抗加速度性能好；动态范围宽；不需要温度控制，启动时间短；对交叉 转速不敏感；直接数字化输 出，便于 计算机处理激光陀螺用于移动卫星通信地球站天线自动跟踪系统，使得 该系统定位精度高、随机漂移小、启 动时间短、环境适应能力强，是一种快速进入工作状态的理想系统 1.2 激光陀螺跟踪控制系统原理及方框图激光陀螺跟踪控制系统组成方框图如图 1 所示 该系统主要由激光陀螺三 轴捷联惯导组合、导航计算机组成的数学平台、跟踪控制组合，驱动控制及伺服驱动器，交流伺服电机及天线伺服机构等分机组成。
而 GPS 提供载体所处的经纬 度信号 该系统的主要功能：由激光陀螺三轴捷联惯导系统提供载体的姿态变化， 经数学平台的 导航计算， 给出极坐标数据，控制跟踪天线俯仰、方位运动 ，实现卫星天线自动跟踪；根据定点同步 卫星的经纬度参数，进行自动快速找星；对于卫星信标信号则以 AGC 极值判决方式自动调整跟踪卫星；具有手动控制及微调功能；以液晶显示屏实时观察天线跟踪情况并监视信标极值；天线运行参数的调整和自动存贮 天 线 传 动 机 构伺 服 电 机 伺 服 电 机伺 服 驱 动 器 伺 服 驱 动 器EL电 机 控 制 AZ电 机 控 制EL数 据 处理 控 制 AZ数 据 处理 控 制通 信 接 口 实 时 采集 控 制人 机 界 面控 制 处 理PC机反 馈 光 编 信号 处 理 卡 CTR三 轴 捷 联陀 螺 系 统 接 口 卡 X、 Y、 Z轴 加 速 表 卫 星信 标低 压电 源高 压电 源GPS图 1 激光陀螺跟踪控制系统组成方框图2 Ku 频段宽带数字卫星通信信道2.1 Ku 频段天线增益高国内的卫星通信 C 频段，工作在 4/6GHz。
而 Ku 波段卫星转发器收、发频率范围是接收：14.0GHz— 14.5GHZ；发射：12.25—12.75GHz第一台 Ku 波段卫星移动通信 车的天线是口径为 1.8M 的卡塞格伦天线设天线效率为 η=0.7 ,其增益由 (2.1)式:G=(πD/λ)η (2.1)可算得 1.8M 天线增益: Ku 波段发 14.25GHz 增益为 47.03dB,而 C 波段发 6GHz 的增益为39.52dBKu 波段收 12.5GHz 的增益为 45.9dB,而 C 波段收 4GHz 的增益为 36dB说明较小口径 Ku 波段天线能获得 C 波段较大口经天线同样的增益2.2 Ku 频段比 C 频段卫星链路增益大用卫星下行链路增益进行比较以中 卫一号卫星为例，它定点在东经 87.5 度,设卫星移动通信站在成都,地理位置是东经 104.06 度,北纬 30.6825 度可算出成都站对中卫一号卫星的仰角是 49.93 度,成都站到中卫一号卫星的距离是 37083.5Km自由空间传播损耗 Lf 可由(2.2)式:[Lf]=92.45+20lgd+20lgf (dB) (2.2) 算出 Ku 波段上行 [Lf]u =207.63dB, 下行[Lf]d=205.77dB 。
C 波段上行[Lf]u=199.39dB, 下行[LF]d=195.87dB从上面看出自由空间传播损耗 Ku 波段比 C 波段上行大 8.24dB，下行大 9.9 dB但同是36MHz 带宽的 转发器，Ku 波段行波管放大器功率 为 85W，而 C 波段行波管放大器功率为45W，Ku 波段 EIRPsc 为 52dBW，C 波段 EIRPsc 为 41dBW卫星转发器发天线增益 Ku 波段比 C 波段要高 8.24dB卫星下行线路总增益 Ku 波段比 C 波段高 11dB因此采用 Ku 波段做卫星信道，天线口径可做得比 C 波段的小较小口径天线的 Ku 波段天线的移动站更容易通过桥洞和隧道，更具机动 灵活性正是 卫星移动通信所需要的所以，该系统采用 Ku 波段卫星信道经计算，该系统是频率受限系统，不是功率受限系统原因是 Ku 频段卫星转发器行波管功率大，增益高，因频率高，卫星转发器收发天线增益也高 (卫星上下行链路及信道容量计算，Ku 波段卫星移动站通信原理方框图等因篇幅所限，此处略)2.3 制作 Ku 频段卫星通信地球基站在国内未使用 Ku 波段卫星通信系 统时，制作了一个口径为 4.5M 卡塞格伦天线的 Ku波段基站以进行双向通信。
它是一个由 东风车改装而成的可搬移站，卫星通信设备和终端设备装于设备舱内，卫星通信天 线装于天线舱内基站通 过有 线可接入地面干线通信网基站架设、撤收、运输都很方便采用鑫诺一号卫星 Ku 频段转发器卫星上下链路及信道容量计算的结果与中卫一号卫星结果很接近通信效果一 样2.4 其它技术措施为防风雨，对移动站天线加装了天 线罩在卫星移动通信车 上装有摄像设备，可独立 进行移动摄像并在动中与基站或基它卫星移动通信站进行双向通信联络IDR 信道单元使用3／4 率前向纠错编码 ，和维特比译码 终端采用了路由器技术， TCP/IP 协议并对图像数字信号采用了压缩／解压技术3 Ku 移动卫星车载站应用情况 国内第一台车载 Ku 波段卫星移 动通信车载站和基站（或其移动站、车载站 ）可进行双向通信通信业务包括语音、数据，， 视频图像以及视频会议通信工作范 围可覆盖全国及部分周边地区车载移动站在 20 至 70 公 里时速行进条件下，可传输码速率 2 至 5Mbps，能同时传输 8 路或、2 路 视频信号、 1Mbps 计算机数据该移动通信系统经试验，在平地上，左、右急转弯，突然调头行驶，以及在平地上左、右 360 度转圈，都能跟踪上卫星，通信正常；在上坡、下坡，在 5 级公路，在高低不平的烂泥路上行驶，都能跟踪上卫星，通信正常。
在 2002 年 4 月，北京国际马拉松比 赛时， 应用 Ku 频段卫星移动通信系统成功的进行了移动中的电视转播该卫星移动通信系 统在国内首次实现了图 像、数据、话音、在运动中多媒体宽带大容量不间断通信经过改进后的 K 频段卫星移 动通信车载站体积更小由东风汽车改为猎豹跃野小汽车这时， 卫星移动车载站天线改 为环焦天线，天 线口径由 1.8 米为 0.8 米,收、发设备与天线间的信号传输由同轴电缆改为雷达式的旋转关节小型 Ku 卫星移动通信车载站如图 2 所示图 2 小型 Ku 频段卫星移动通信系统小型 Ku 频段卫星移动通信车载 站因体积更小，更便于移动通信移动速度更快在2005 年底的某演习中，移动指 挥通信顺畅4 卫星通信等高科技技术运用在汶川大地震抗震救灾中卫星定位和卫星通信 2 种功能合二为一的卫星手持机也曾在成都研制成功地球空 间信息技术包括卫星定位通信技术、卫星遥感技术和地理信息技 术 该项技术被创造性地运用在汶川大地震抗震救灾中，在搜索失事运输直升机方面发挥 了关键作用汶川地震后，当地的通信系统几乎完全瘫痪卫 星通信地球站用在了抗震救灾中国内最新研制的应急宽带无线通信技术系统，相继在北川、平武、青川等灾区建立无线电传感网络，为指挥部门提供及时准确的一线救灾信息，为正确决策 发挥了关键作用。
布 设 10 多个视频监测点，实时监控唐家山堰塞湖大坝及水文变化， 为指挥部门了解现场信息和科学排 险工作发挥了不可替代的重大作用5 国内卫星移动（手持机）通信展望卫星通信手持机个人通信网可以不受空间、陆地、海洋等环境制约，实现无缝复盖，并且具有强大的网络接入能力可以保证我军作战人员在全球任何地点都能与指挥机构高效地建立实时通信联络，从而保证军 情的快速上传下达，最 终赢 得战争的胜利卫星通信手持机一是采用同步轨道(GEO)卫星作通信卫星,由于卫星离地面距离远,电波波传播损耗大,要求同步轨道卫星天线尺寸要大，以增加天线增益和卫星的有效全向辐射功率(EIRP)，以减小手持机的体积同时可考虑卫星通信手持机兼容卫星定位的功能二是采用低轨道（LEO）小型卫星群作通信卫星低轨道小卫星群的卫星移动通信系统的特点是：小型卫星体积小、重量轻、技术比较简单、造价低 卫星轨道低，可采用一箭多星发射，发射费便宜采用多个卫星星座，可组成全球通信网卫星离地面近，EIRP 值大，有利于手持机个人卫星通信通信传输延时短，能进行双向话音和实时数据 业务通信使用多个点波束和快速跳频技术，频谱利用率高，容量大对用户要求反应速度快，很适用于应急通信和军用通信。
各星座间是卫星空间中继链 路，信号 质量好可与地面蜂窝状移动通信相结合，手持机可以通用虽然小卫星寿命短，一个小卫星损坏时，可对空间线路调度由相邻卫星暂时分担其职能，同时尽快补充发射空缺的小 卫星低 轨道小卫星群的网管系 统智能化程度要求非常高，技术相当复杂，成本较为昂贵LEO 小卫星系统和 GEO 系统相比占有明显优势 LEO系统是今后卫星移动通信系统的发展方向参考文献1、谢处方、邱文杰：“天线原理与设计”西北电讯工程学院出版社 19852、吕海寰等：“卫星通信系统”人民邮电出版社 19943、中国航天科工集团、77100 部队相关说明书资料 2005.6联系人：陈文汉，：028-86680058， 13558613886。