卫星通信的现代运用文献研究论文

随着我国工业水平的不断提高，民航业也得到了迅猛发展，通信方式也在逐渐向数字化方向上靠拢，下面我给大家分享一些民航地空通讯技术论文，大家快来跟我一起欣赏吧。

民航地空通信技术的发展

摘 要：随着我国工业水平的不断提高，民航业也得到了迅猛发展，通信方式也在逐渐向数字化方向上靠拢，从原来的语音通信逐步向数据通信转变。而民航通信技术也由从前的飞机通信寻址与报告系统技术，升级成现阶段的ATN/VDL技术。本文对目前阶段民航地空通信系统进行分析，并对通信技术未来的发展趋势进行简单介绍，希望能对未来民航通信系统的发展做出贡献。

关键词：民航;ACARS;地空通信;ATN/VDL技术

中图分类号：V243 文献标识码：A

近些年，我国民航业得到了快速发展，这就使得民航通信业务量显著提升。现阶段用于民航管制通信的技术有两种，即：高频通话技术和甚高频通话技术两种，但是随着通信量的增加及人为因素存在，致使通信频道出现拥挤现象，导致飞机在飞行安全以及航班准点率上都受到了一定影响，因此就要找寻一种能够有效处理此类问题的方式，这也成为了民航发展首先要解决的问题之一。而地空数据通信技术的应用，则有效解决了这一实际问题。

一、地空数据的传输种类

(一)甚高频数据链

甚高频数据链(VHF)是使用民航～136兆的专用频段来对数据进行传输，其具有极高的稳定性、信息传输迅速、发生延迟几率小等优点，对卫星以及S模式数据来讲，甚高频数据链具有投资成本不高，并且使用便捷不复杂，以及容易对其进行拓展等特点。因此这种甚高频数据链技术已经成为现阶段民航地空数据链通信中的重要方式之一。然而，甚高频数据链还是存在一定的不足，即：视距传输所能覆盖的范围相对较小，如果想要全面实现航线的覆盖，就必须建立多个发布点来解决覆盖问题。

(二)高频数据链

高频数据链与甚高频数据链对比分析可知，高频数据链具有大于视距的传输距离，且能够覆盖的面积也相对较大，但是由于高频数据链不具有良好的稳定性和可靠性，致使信息数据传输速度得不到提升，并且速率较慢，同时延迟率高也是高频数据链的一大特点。

(三)卫星通信数据链

在不同的区域范围内，数据链通信所提供的服务都是基本上一样的，只是在网络覆盖率达不到其通信要求时，才会有服务不一样的现象出现。

二、地空数据链类型

(一)飞机通信寻址与报告系统技术特性

现阶段，飞机通信寻址与报告系统(ACARS)所使用的通信频段，是现在国际民航专用的甚高频作为其频段支撑。这种系统所使用的空间通信方式是半双工形式，也就是和地空无线通信所使用的工作模式一样。在进行地空之间数据通信时，通信协议使用的CSMA，其实际传输速度能够达到2400比特/秒。飞机通信寻址与报告系统是一种字符式的通信协议，其信息组的最大可支持字符可以达到220个字节。在对较长的信息进行处理时，由飞机通信寻址与报告系统通信把长数据划分成若干段，在将每个数据段编制成相应的电文，然后按照顺序将其通过无线数据链进行发送。因此，只有在一份电文发送完成且经过接收验证以后，才能进行下一份电文的传输。

在同一设备上，这种系统可以和语音系统进行很好的兼容，有效的降低了安装以及运营上所支出的经济费用。与此同时，ACARS与AIR NC规程一起应用，就能够符合数据集成的需求标准，并且还能够面向比特的同步协议进行连接。然而，这种系统现阶段还不能满足民航飞行安全优先等级的实际要求，但是它已经具有了部分等级的功能。还要值得注意的是，ACSRS与航空电信网之间是不能兼容的。

(二)ATN/VDL的特性

ATN方案建立在开放式系统能够进行互相连接以及面向比特的协议基础上。而ATN中最为重要的设备就是路由器，这是因为路由器能够把地面网络和飞机网络之间进行很好的连接，同时，还能采用ATN的编制方法进行用户之间的信息传输。ATN路由器协议规程主要由下面几方面所构成。其一，面向连接所使用的四级传输协议。其二，网络连接协议。其三，由终端系统传输至中介系统中的路由协议;其四，区域之间的路由协议。

三、数据链系统在民航中的实际应用

(一)飞机起飞之前确认放行任务

数据链系统技术应用在民航机场塔台管制中，再经由地空数据通信方式对准备起飞的飞机进行放行。因此，飞机一定要具备相关的机载设备进行有效支持，这种数据链系统与传统的语音放行模式对比，有着极高的优越性能。例如，对飞机放行的数据传输非常准确，传输速度也相对较快，降低了飞机组以及地面管制人员的工作量。

(二)管制员和驾驶员数据链通信和自动监视

管制员和驾驶员数据链通信(CPDLC) 能够提供可以在ATS中使用的地空数据通信，其中包含了现阶段所应用的话音模式以及相应放行和请求较为完善的标准。进一步实现管制员和驾驶员之间的交流和沟通，提高管制移交与传输放行等功能质量。而这种双向的通信模式经由地空数据链，对地面的的管制命令进行答复，使数据通信以及管制命令能够进行很多次的阅读。CPDLC系统框图具体如图1所示。

(三)自动监视系统的使用

在ADS模式背景下，飞机能够使用数据链自主的向自动控制系统传递自身位置以及相应的信息数据，有效的将飞机实际位置在系统终端的屏幕界面上进行显示。这种方法主要使用在雷达不能进行覆盖的海洋区域或者是空中区域。自动监视可以划分为相关以及非相关监视两种。非相关监视中是把地面作为基础，对飞机飞行的实际位置进行预算。而在相关监视中，飞机能够主动的将自身位置进行确定，然后向自动控制系统报告，但是语音报告位置时包含在飞机相关监视系统中，因此，飞机的位置就要通过机载的设备中，然后，使用无线电通话技术向自动监控系统报告。

四、未来地空通信技术的发展趋势

随着科技水平的发展以及民航地空通信技术的不断完善，未来的通信技术也会朝着传输速度更快，传送信息数据更加准确，自动化水平更好，稳定性更好等方向上发展。在地空技术的发展过程中，使用国际民航组织标准，能够有效提升数据传送速度的等级，可以在原来的基础29100bps，同时使用可靠的传输协议，能够将错误几率控制在的范围内，报文延迟几率能够降低将近50%左右，从以往的5S降低到。

其中ATN属于民航专用的网络，它具有的系统安全机制较为完善，主要支持地空进行无缝通信，可靠性非常的高，不会因为局部故障而导致失效，与此同时，端与端间还存在着可靠的通信，把所有通信因子都连接在一起，构成一个整体，可以对已有的投资进行发展，能够保持平稳过渡。

结论

总而言之，我国国内的民航业正处于发展阶段，地空通信技术以及通信企业正在不断地发展和完善，因此我们相信，在地面网络覆盖逐渐增大以及通信链不断拓宽的今天，地空通信技术未来的发展前景是无法估量的。

参考文献

[1]栾声扬，邱天爽，于玲，等.基于飞机散射信号的民航地面干扰源定位新算法[J].大连理工大学学报，2014(06)：626-631.

[2]吴海玲，李作虎，刘晖，等.卫星导航系统国际标准工作的现状分析与对策研究[J].地理信息世界，2014(06)：35-42.

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卫星通信双线极化天线馈源阵列分析的论文

摘要 ：本文介绍了一种用于Ku频段卫星通信的双线极化天线馈源阵列，该馈源阵列可应用于单反射面或双反射面的卫星通信天线中，实现对通信卫星的小角度、高速、高精度电子波束扫描和跟踪，降低卫星天线对机械伺服结构精度和动态跟踪的要求，从而大幅降低伺服系统成本，拓展动中通卫星天线在民用领域的应用。

关键词 ：馈源阵列；动中通；微带天线

1引言

星地动中通天线系统满足了用户通过卫星在动态移动中传输宽带数据信息的需求，使车辆、轮船、飞机等移动载体在运动过程中可实时跟踪卫星，不间断传送语音、数据、图像等信息[1][2]。目前，动中通天线主要用Ku频段与固定轨道卫星进行通信[3]，需同时覆盖上行/下行频段，其中上行频段为，下行频段、，上行和下行频段为双正交的线极化。为保证卫星与地面移动设备间的流畅通信，动中通天线要实时指向通信卫星，同时为避免天线发射时对邻近卫星的干扰，移动设备在运动中天线的跟踪误差要小于°，并且馈源也要进行旋转跟踪，接收和发射间的极化隔离度要大于30dB[4][5]。国内外已有多家企业推出了动中通天线产品，如以色列RaySat公司的多组片天线、美国TracStar的IMVS450M产品等[6]。为满足天线对卫星的高精度实时跟踪对准的要求，上述动中通天线中均包含有自动跟踪系统，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保持在规定范围内，使卫星发射天线在载体运动中实时跟踪地球同步卫星。高精度的伺服系统始终是传统动中通天线系统的关键部分。通常情况下，由于动中通天线具有较大的口径（一般约为）及重量，造成了高精度伺服系统具有较高的成本。目前，应用于动中通天线的高精度伺服系统成本动辄数万、甚至超过十万，占整个动中通天线系统成本的很大部分，限制了动中通卫星天线在民用领域的广泛应用[5]。

2双线极化天线馈源阵列

为了克服现有的动中通天线跟踪伺服系统所需精度高、成本高等缺点，我们开发了一种双线极化天线馈源阵列，可应用于单反射式或卡塞格伦式卫星通信天线中，结合后端的多通道数字波束形成（DigitalBeamForming，DBF）技术实现天线系统的机电融合跟踪，最终通过“大角度低精度机械跟踪”与“小角度多通道DBF精确跟踪”相结合，在实现天线系统对卫星的高精度跟踪对准的同时，降低对伺服系统的精度要求，从而降低伺服系统的成本。此馈源阵列为中心对称式结构，阵列的中心放置在单反射式或卡塞格伦式天线的焦点处，当对阵列中不同单元进行馈电时天线将辐射不同指向的高增益波束，此时再结合后端的高精度DBF技术可实现小角度范围内高精度的波束指向控制。馈源阵列采用基于微带印刷电路板的“法布里-帕罗”天线形式，阵列由三层结构组成，其中底层为带金属地板的微带反射板，中间层为微带形式的天线结构，顶层为一块起增强定向性作用的纯介质板。

底层结构

馈源阵列的底层为一侧附铜并开有8个馈电孔的介质板，SSMA以及空心铜柱通过馈电孔焊接在底层介质板上，发射天线馈口和接收天线馈口分别有4个馈电孔。图2为底层电路板结构示意图。

顶层结构

顶层介质板是将覆铜板全部刻蚀掉的介质板，构成了“法布里-帕罗”的上层结构。图3为顶层电路板结构示意图。

中间层结构

中间层电路板两侧分别刻蚀了发射天线、接收天线及其附属馈电线路，其中，为焊接方便，焊盘均在一侧。为隔绝表面波对天线方向图的影响，天线阵列由格状金属条带分割，电路板两侧均有金属条带，并由金属化通孔相互导通。图4为中间层电路板结构示意图。中间层电路板上的微带阵列单元采用一对交叉的金属偶极子结构分别实现收/发的功能，两金属偶极子分别印刷于中间层微带介质板的正面与背面，分别工作于收/发（下行/上行）频段，并且交叉偶极子结构可对应实现收/发所要求的两正交线极化。阵列单元通过同轴底馈的方式实现馈电，其中偶极子的两臂分别与同轴接口的内芯以及外壁通过一段印刷细导线相连，这里采用细导线以减小馈电结构对收/发间隔离的影响。为进一步减小馈电结构对收/发间隔离所带来的影响，在设计中将同一位置处的两偶极子结构通过一段印刷细导线相连，通过其长度、粗细等参数可利用合适的对消手段来实现收/发之间的高隔离。通过在阵列单元周围引入一圈密集的金属化通孔结构，并且在电路板上设计金属附加结构以隔离介质中的表面波，从而降低阵列单元间的互耦。

馈源阵列的装配

馈源阵列的三层电路板由数个尼龙螺柱进行固定，图5是馈源阵列的立体分解及整体装配示意图。在馈源阵列结构中，通过调节金属偶极子的'臂长，可调节天线的工作频率。通过调节顶层介质基板与中间层电路板间的距离，可方便地调节辐射增益以适应不同反射面尺寸及焦距的需求。

3仿真及实测效果

馈源阵列的端口1、端口3、端口5、端口7为接收端口，端口2、端口4、端口6、端口8为发射端口。图6是馈源阵列的仿真和测试回波损耗结果图。由图6可见，接收端口和发射端口回波分别在和范围内小于-10dB，达到了良好匹配。图7是馈源阵列在工作频点的仿真及实测接收方向图。由图7可见，工作于时，天线在天顶方向的增益为15dB，副瓣比主瓣低10dB（仿真）/18dB（实测）。图8是馈源阵列在工作频点的仿真及实测发射方向图。由图8可见，工作于时，天线在天顶方向的增益为15dB，副瓣比主瓣低11dB（仿真）/10dB（实测）。

4结束语

本馈源阵列采用微带印刷电路板结构，简单紧凑、工艺成熟、加工简单、成本较低且适用于大规模生产。相比于传统的波导口、波导喇叭等馈源结构，可在较小的面积内实现多个单元以及收/发通道，从而利于实现更高精度的波束指向控制。同时，馈源阵列采用的对消技术可在天线结构端实现同一位置处接收/发射通道之间30dB的隔离度，减轻了后端器件的压力。从实际应用来看，天线馈源阵列与主反射面配合，实现了动中通卫星天线对Ku频段通信卫星的小角度、高速、高精度电子波束扫描和跟踪。采用这种技术，大幅降低了天线对伺服系统精度和动态反应速度的要求，把伺服系统的成本降低了一个数量级，有助于推动卫星天线在天地一体化通信中的规模应用。

参考文献

[1]徐烨烽.创新引领、精进发展、规模应用-谈动中通天线发展新趋势[J].卫星与网络，2013，09：39-40.

[2]LouisJ.，IppolitoJr著.孙宝升译.卫星通信系统工程[M].北京：国防工业出版社，2012，3.

[3]MiuraA.，Yamamotos，Huan-bangLi，[J].，2002，51（5）：1153-1164.

[4]刘昌华.移动载体卫星通信系统天线跟踪技术的研究[硕士学位论文].西安电子科技大学，2009，3-4.

[5]汤铭.动中通伺服系统的设计[J].现代雷达，2003，25（4）：51-54.

[6]阮晓刚，汪宏武.动中通卫星天线技术及产品的应用[J].卫星与网络，2006，3：34-37.