卫星通信系统的运用论文开题报告

社会信息化浪潮与知识经济浪潮推动我们进入了21世纪新的历史进程，对于21世纪人类社会将具有什么样的经济和时代特征?人们已经进行了各种分析，提出了种种看法，如信息社会、信息经济、知识经济时代、全球信息社会、全球一体化经济、比特时代、数字经济、数字时代、网络时代、网络经济等等。虽然众说纷纭，但信息化、数字化、全球化、网络化应是21新世纪人类社会的重要特征，似已成为人们共识。其中，以计算机网络迅猛发展而形成的网络化则是推动信息化、数字化和全球化的基础和核心，因为计算机网络系统正是一种全球开放的，数字化的综合信息系统，基于计算机网络的各种网络应用系统通过在网络中对数字信息的综合采集、存储、传输、处理和利用而在全球范围把人类社会更紧密地联系起来，并以不可抗拒之势影响和冲击着人类社会政治、经济、军事和日常工作、生活的各个方面。因此，计算机网络将注定成为21世纪全球信息社会最重要的基础设施。计算机网络技术的发展也将以其融合一切现代先进信息技术的特殊优势而在21世纪形成一场崭新的信息技术革命，并进一步推动社会信息化和知识经济的发展。而计算机网络系统和相关技术也必将在21世纪社会信息化和知识经济浪潮中更快更大的发展。 根据以上对现代计算机网络在全球社会信息化进程中特殊重要作用的认识，对于计算机网络技术的研究和发展趋势的分析，也应提高到系统的高度来认识，用系统观点来分析。人们常用C&C来描述计算机网络，从系统观点看，这已很不够了(C+C>2C)，虽然计算机和通信系统在计算机网络系统中都是非常重要的基本要素，但计算机网络并不是计算机和通信系统的简单结合，也不是计算机或通信系统的简单扩展或延伸，而是融合了信息采集、存储、传输、处理和利用等一切先进信息技术的，具有新质和新功能的新系统。人们也常用OSI分层通信体系模型及相应的通信协议来描述计算机网络，从系统观点看，这同样也已很不够了，网络分层通信体系对于计算机网络系统来说，确实非常重要，但它基本上只是用以解决网络系统中计算机之间如何通信问题，远不能代表计算机网络系统更广泛和丰富的内涵，它也只能是计算机网络系统的一个基本要素，这如同指令系统对于计算机系统一样。因此，对于现代计算机网络的研究和分析，应该特别强调计算机网络是系统（The Network is the System）的观点，并用系统科学和信息科学的理论和方法来指导，才有可能使我们能够站在一个较高的高度来重新认识计算机网络系统结构、性能及网络工程技术和网络实际应用中的许多重要问题，也更便于把握计算机网络系统的发展趋向。这对研究网络新技术、开发网络新应用和设计制造网络新产品都具有重要意义。下面我们试用系统观点对21世纪现代计算机网络系统的基本发展方向作一些分析： 开放和大容量的发展方向 系统开放性是任何系统保持旺盛生命力和能够持续发展的重要系统特性，因此也应是计算机网络系统发展的一个重要方向。基于统一网络通信协议标准的互联网结构，正是计算机网络系统开放性的体现。统一网络分层体系结构标准是互联异种机的基本条件，Internet所以能风靡全球，正是它所依据的TCP/IP协议栈已逐步成为事实上的计算机网络通信体系结构的国际标准。各种不同类型的巨、大、中、小、微型机及其它网络设备，只要所装网络软件遵循TCP/IP协议栈的标准，都可联入Internet中协同工作。早期那种各大公司专用网络体系结构群雄竞争的局面正逐步被TCP/CP一统天下的形势取代，这是计算机网络系统开放性大趋势所决定的。互联网结构是指在网络通信体系第三层路由交换功能统一管理下，实现不同通信子网互联的结构，它体现了网络分层体系中支持多种通信协议的低层开放性，因为这种互联网结构可以把高速局域通信网、广域公众通信网、光纤通信、卫星通信及无线移动通信等各种不同通信技术和通信系统有机地联入到计算机网络这个大系统中，构成覆盖全球、支持数亿人灵活、方便上网的大通信平台。近几年来，各种互联设备和互联技术的蓬勃发展，也体现了网络这种低层开放性的发展趋势。统一协议标准和互联网结构形成了以Internet为代表的全球开放的计算机网络系统。标准化始终是发展计算机网络开放性的一项基本措施，除了网络通信协议的标准，还有许多其它有关标准，如应用系统编程接口标准、数据库接口标准、计算机OS接口标准及应用系统与用户使用的接口标准等，也都与计算机网络系统更方便地融入新的信息技术，更大范围的开放性有关。计算机网络的这种全球开放性不仅使它要面向数十亿的全球用户，而且也将迅速增加更大量的资源，这必将引起网络系统容量需求的极大增长而推动计算机网络系统向广域的大容量方向发展，这里大容量包括网络中大容量的高速信息传输能力、高速信息处理能力、大容量信息存储访问能力，以及大容量信息采集控制的吞吐能力等，对网络系统的大容量需求又将推动网络通信体系结构、通信系统、计算机和互联技术也向高速、宽带、大容量方向发展。网络宽带、高速和大容量方向是与网络开放性方向密切联系的，21世纪的现代计算机网络将是不断融入各种新信息技术、具有极大丰富资源和进一步面向全球开放的广域、宽带、高速网络。 一体化和方便使用的发展方向 一体化是一个系统优化的概念，其基本含义是：从系统整体性出发对系统重新设计、构建，以达到进一步增强系统功能、提高系统性能、降低系统成本和方便系统使用的目的。一体化结构 就是一种系统优化的结构。计算机网络发展初期确是由计算机之间通过通信系统简单互联而实现的，这种初期的网络功能比较简单（主要是远程计算机资源共享），联网后的计算机和通信系统基本上仍保持着联网前的基本结构。随着计算机网络应用范围的不断扩大和对网络系统功能、性能要求的不断提高，网络中的许多成分必将根据系统整体优化的要求重新分工、重新组合，甚至可能产生新的成分。例如客户 / 服务器结构就是一种网络系统内部的计算机分工协同关系：客户机面向客户被设计的更简单和方便使用，如各种专用浏览器、瘦客户机、网络计算机、无盘工作站等；服务器面向网络共享的服务，被设计得更专门化、更高效，如各种web服务器、计算服务器、文件服务器、磁盘服务器、数据库服务器、视像服务器、邮箱服务器、访问服务器、打印服务器等。C/S分工协同实际上已成为计算机网络系统的一种基本结构和工作模式。另外，网络中通信功能从计算机结点中分离出来形成各种专用的网络互联通信设备，如各种路由器、桥接器、交换机、集线器等，也是网络系统一体化分工协同的体现。国际互联网中骨干网与接入网的分工，ISP、ASP、IPP、ICP及IDC等各种网络服务提供商的出现，也是互联网更大范围、更高层次的系统分工与协同。系统一体化的另一条路径是基于虚拟技术，通过硬件的重新组织和软件的重新包装来构造各种网络虚拟系统以优化系统性能。网络上各种透明结点的分布应用服务，如分布文件系统、分布数据库系统、分布超文本查询系统等，用户看到的是一个虚拟文件系统、虚拟数据库系统和虚拟信息查询系统，他们可以方便地使用这些虚拟系统而不必关心网络内部结构和操作细节。进而，网络的各种具体应用系统，如办公自动化系统、银行自动汇兑系统、自动售票系统、指挥自动控制系统、生产过程自动化系统等等，实际上都是更高层次的网络虚拟系统，它适应更广泛的用户，更方便地使用网络，用户从网络得到的服务更体现了网络内部各种信息技术的综合结果。虚拟技术实际上也是一种系统的黑盒子方法。21世纪的现代计算机网络将是网络内部进一步优化分工，而网络外部用户可以更方便、更透明使用的网络。 多媒体网络的发展方向 被称为多媒体的文字、话音、图像等，实际上并不是物质媒体，而仍是一些信息表现形式。所谓多媒体技术实质上也应是这些多种形式的信息如何进行综合采集、传输、处理、存储和控制利用的技术，也是一种综合信息技术。信息技术是对人自然信息功能进行增强和扩展的技术，人对客观世界的最初认识正是通过眼观（形状、颜色等形象信息）、耳听（声音信息）、手触（物理属性信息）、鼻嗅、舌尝（化学属性信息）而综合形成对某种事物的感性认识的。可见，人对客观世界最基本的认识过程，正是一种多媒体信息的采集过程。因为客观事物的属性是以各种信息形式综合表现出来的，人只有通过综合采集这些不同形式的信息，才能形成对客观事物比较完整和全面的认识。由此可见，人在大脑中存储的对客观世界的认识，实际上也是一种综合的多媒体信息。进而，从感性认识上升到理性认识的处理，也是一种多媒体信息的处理。因此，知识也是一种综合型的多媒体信息。现在，高度综合现代一切先进信息技术的计算机网络应用已越来越广泛的深入到社会生活的各个方面。人们从计算机网络系统得到各种服务，自然希望也能像他们直接观察客观世界以及直接进行人与人之间交往那样，具有文字、图形、图像、和声音等多种信息形式的综合感受。正是人类自然信息器官对多媒体信息的这种自然需求，推动了各种信息技术与多媒体技术的结合，特别是计算机网络这一综合信息技术与多媒体技术的结合。从某种意义上讲，这恰似信息技术发展到一定阶段而呈现的一种返璞归真现象。因此，多媒体技术与计算机网络的结合与融合既是多媒体技术发展的必然趋势，也是计算机网络技术发展的必然趋势。目前，手写输入、语音声控输入、数字摄像输入、大容量光盘、IC卡、扫描仪等各种多媒体采集技术，压缩介压、信道分配、流量控制、时空同步、QoS控制等多媒体信息传输技术，语音存储、视像存储、面向对象数据库、超媒体查询等多媒体存储技术，MMX芯片、Mpact媒体处理器等多媒体处理技术，以及高精度彩显、彩打、虚拟现实VR、机器人等多媒体利用控制技术的蓬勃发展，为多媒体计算机网络的形成和发展提供了有力的技术支持。电信网、电视网与计算机网的三网合一，也是在更高层次上体现了系统一体化和多媒体计算机网络的发展趋势。三网合一虽然还存在技术和体制等方面的不少问题，但大趋势已逐渐明朗，光纤到家、家用信息电器、家庭布线网络、VOD视频点播、IP电话、网络会议、多媒体网络教学、智能大厦等与此有关的技术和产品正在迅猛发展，21世纪的现代计算机网络必定是进一步融合电信、电视等更广泛功能，并且掺入千千万万家庭的多媒体计算机网络。 高效、安全的网络管理方向 计算机网络是一个系统，而且很多情况下是一个复杂的大系统。它的应用日益广泛、规模日益扩展而结构日益复杂。如同一个国家需要强有力的管理一样，计算机网络这样的大系统，如果没有有效的管理方法、管理体制和管理系统的支撑和配合，就很难使它维持正常的运行，因而也就很难保证它的功能和性能的实现。计算机网络管理的基本任务包括网络系统配置管理、性能管理、故障管理和安全管理等几个主要方面。显然，这些网络管理任务，都涉及计算机网络系统的整体性、协同性、可靠性、可控性、可用性及可维性等重要系统特征。所以，网络管理问题是计算机网络系统的一个重要的全局性问题。任何一个网络系统的设计、规划和工程实施，都必需对网络管理问题作一体化的统盘考虑。系统设计者经常需要在系统安全、可靠性指标和其他质量指标的矛盾中权衡、折衷。采用什么样的网管方法和系统方案，不仅影响网络系统的功能和性能，而且也直接影响网络系统的结构。虽然，计算机网络的基本应用服务功能与网络管理功能有所区别，有所分工，但又是紧密联系的。在网络内部结构中，实现这两部分功能的软、硬件实体也是紧密结合甚至融合在一起的。所以，网络管理系统已成为现代计算机网络系统中不可分割的一部分。网络管理应着眼于网络系统整体功能和性能的管理，趋于采用适应大系统特点的集中与分布相结合的管理体制。在当前网络全球化的大发展的形势下，各种危害网络安全的因素，如病毒、黑客、垃圾邮件，计算机犯罪等也很猖獗，并且也具有全球传播的特点，它们不仅影响网络系统的正常工作和网络应用系统的安全使用，甚至可能威胁网络系统的生存。因此，进一步研究和发展各种先进的访问控制、防火墙、反病毒、数据加密和信息认证等网络系统信息安全技术已成为计算机网络系统发展不可缺少的重要保障。21世纪的现代计算机网络应该是更加高效管理和更加安全可靠的网络。 为应用服务的发展方向 设计和建造计算机网络系统的根本目的就是为了应用。从系统观点看，网络应用最终体现了网络系统的目的性和系统功能。应用需求始终是推动技术发展的根本动力，技术发展又提供更多、更好的应用服务，这是技术发展与应用需求的基本辩证关系。作为高度综合各种先进信息技术的计算机网络，正是在人类社会信息化应用需求的推动下迅速发展起来的；而计算机网络也正是通过各种具体网络应用系统来体现对社会信息化支持的。国家信息化、领域信息化、区域信息化和企业信息化最后都要落实到建立各行各业、各具体单位的各种具体网络应用系统，如各种管理信息系统、办公自动化系统、决策支持系统、事务处理系统、信息检索系统、远程教育系统、指挥控制系统、异地协同合作系统以及综合的集成制造系统、电子商务系统、交通自动订票系统等，各行各业的不同用户也越来越需要依赖具体应用软件来使用网络。因此，基于基本网络系统平台之上的各种网络应用系统已成为计算机网络系统不可分割的重要组成部分。对具体网络信息系统的系统集成实际上就是用系统工程方法来具体规划、设计和构造一个具体的网络应用系统。目前，网络应用系统体系结构的研究、网络应用软件开发工具的研究、分类应用系统规范和标准化的研究，以及综合应用系统集成方法的研究等都非常活跃，取得了很大进展，也体现了计算机网络系统为应用服务的发展方向。21世纪的现代计算机网络呈现给广大用户面前的将是适应更广泛应用需求的、更方便使用的、但却更看不到网络的各种各样网络应用系统。 智能网络的发展方向 人工智能技术在传统计算机基础上进一步模拟人脑的思维活动能力，它包括对信息进行分析、归纳、推理、学习等更高级的信息处理能力，所以人工智能技术也是一种更高层次的信息技术。智能计算机使计算机具有更接近人类思维能力的高级智能，是计算机技术的必然发展。但在现代社会信息化进程中，由于计算机网络技术的飞速发展，计算机与计算机技术已越来越多地被融入计算机网络这个大系统中，与其他信息技术一起在全球社会信息网络这个大分布环境中发挥作用。因此，人工智能技术、智能计算机与计算机网络技术的结合与融合，形成具有更多思维能力的智能计算机网络，不仅是人工智能技术和智能计算机发展的必然趋势，也是计算机网络综合信息技术的必然发展趋势。当前，基于计算机网络系统的分布式智能决策系统、分布专家系统、分布知识库系统、分布智能代理技术、分布智能控制系统及智能网络管理技术等的发展，也都明显的体现了这种智能计算机网络的发展趋向。21世纪的现代计算机网络系统将是人工智能技术和计算机网络技术更进一步结合和融合的网络，它将使社会信息网络不仅更有序化，而且也将更智能化。

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13.75-14.5GHz，下行频段10.95-11.75GHz、12.25-12.75GHz，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0.1°，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0.8~1.2m）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。

2.1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。

2.2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。

2.3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。

2.4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12.25-12.75GHz和13.75-14.5GHz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12.5GHz的仿真及实测接收方向图。由图7可见，工作于12.5GHz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14.1GHz的仿真及实测发射方向图。由图8可见，工作于14.1GHz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，etal.Ka-BandAeronauticalSatelliteCommunicationsExperimentsUsingCOMETS[J].IEEETrans.onVehicularTechnology，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.