VSAT通信在海洋船舶上的应用研究

朱晓敏

（中海电信有限公司，200090）

VSAT通信在海洋船舶上的应用研究

朱晓敏

（中海电信有限公司，200090）

VSAT（Very Small Aperture Terminal）即“甚小孔径终端”，它是一种微型的卫星通信地球站，是上世纪80年代所研发的卫星通信系统。该系统设备的天线口径极小（0.3~1.4m），且设备结构相当紧凑，拥有固体、智能化属性，在应用环境方面受制范围小，组网相当灵活，所以它在当前的海洋船舶通信方面起着巨大的应用价值。通过研究由它所构成的海洋船舶卫星通信网络及系统，分析VSAT系统链路程序，构建船载VSAT寻星系统将成为本文研究的主要内容。

VSAT；船载卫星通信系统；网络；链路分析程序；寻星

1 以VSAT为核心的卫星通信系统

为海船航行安全建立卫星通信系统及网络是目前海运安全问题解决的关键途径。VSAT通信系统就能通过扩频编码、可变编码以及调制技术来实现对海船海运数据的传输服务提供，例如它可以为海船设计科学航线、提供电子海图、航道信息以及陆上最新资讯，也可以为海船设施提供预防性维护体系，救援服务以及远程医疗服务等等。

从技术角度讲，VSAT卫星通信系统是具有单双向两种传输模式的，它的中心站可以通过VSAT微型站来传输数据，实现语音双向传递，同时也具备中心站图像、数据信号传输等VSAT分站，它们与室内外单元共同组成VSAT系统。另外还包括了编译码器、调制解调器、用户业务接口、Ku波段的VSAT网络等等。

2 海船船载VSAT系统的主要链路分析程序

2.1 VSAT系统主要链路分析程序设计概述

海船航行环境特殊，所以船载VSAT设备应该在设计方面更加独立，确保拥有一套能够在海上稳定运转的天线系统，并要求适合在Ku波段应用。所以在链路设计方面，首先应该满足基于Ku波段的卫星网络双向IP数据连接要求，然后通过海船所提供的误码率指标来确定该船载VSAT系统的最低总载噪比，最后确定所选用的卫星类型。按照卫星转发器的具体参数与上下行链路载噪比来给出以下VSAT系统的主要链路分析程序：

首先选定适合的Ku波段卫星同时确定卫星参数；其次要确定发射地面站与接收地面站参数，根据已有公式来计算位置参数值；第三要利用转发器噪声功率预算与载噪比来确定上行链路预算并基于地面发射站进行参数计算；第四根据转发器最大输出功率与转发器输出补偿来确定它的实际输出功率；第五要建立信号接收地面站下行链路以确定功率与噪声预算；第六要根据上下行链路衰减值、天线增益、卫星增益、发射功率等等参数来确定链路是否可以正常转发信息；最后调整参数，看参数是否符合系统要求，检查系统工作情况。

2.2 主要卫星链路分析

如果在通信空间内的发射源功率是Po，这里假设空间半径为r，那么空间表的面积就可以表示为：4πr2，基于此给出卫星链路的辐射功率通量密度M：

M=Po/4πr2

上述公式中辐射功率与平均辐射功率的比值得出卫星链路天线的天线增益，即船载天线面向船首时，就有：

Gn=Pn/（Po/4π）

在公式中，Gn表示天线在角度n时的实际增益，Pn表示每单位立体角的实际辐射功率，Po/4π表示每单位立体角的平均辐射功率。当海船船首采用VSAT系统时，它的天线辐射功率最大方向应该为00角，如果它的发射输出功率是Pt，可采用无损天线来实现天线增益Gt，所以就有有效全向辐射功率为Pt*Gt，得出参数EIRP。

3 海船船载VSAT寻星系统的设计

海船在海上航行期间，其VSAT系统可以搜寻目标卫星，确保船站的稳定工作。在这里，船员需要通过对天线方位角、极化角与俯仰角进行调整才能确保系统天线波束中心与目标卫星准确对应，保证日常业务数据的正常传输。为此，本文为海船船载VSAT设计一套天线寻星方案，希望将海船天文航海系统与卫星通信合理结合，以利于船员更有效的调整天线接收卫星信号。

3.1 寻星系统的安装准备

首先进行系统安装，将计算机的COM1端口与IDU相连并启动IDU。然后在船载GPS上读取海船当时所处经纬度，同时准备卫星信标表。

3.2 寻星系统参数调试

对寻星系统的卫星参数进行调试，它的基本流程为以下3步：

第一，选择COM1端口和INSTALL模式来进入链路计算模式，再输入卫星及船站参数来计算天线的定时偏移量、俯仰角、方位角、极化角等等。

第二，输入RE指令并选择相应的DI指令参数来实施对星操作。对星操作要求先粗定、后细调方位角与俯仰角，并精调极化顺序，调节最终标准以参数小于2为止。

第三，入网开通。这里先通过计算机将IDU中的工作模式调整为COMM模式，此时IDU就会自动进入入网工作模式，当显示屏显示3B状态时，即可认为入网工作完毕。

3.3 对寻星系统中俯仰角与极化角的计算

卫星的方位角是基于传播所在位置所决定的，当寻星系统输入海船经纬度时，就要首先确定卫星时角与方位角。一般来说，卫星方位角AZ所测量的具体对象为子午圈及天体垂直圈中所夹的一段弧距NB，NB所表示的即为天线所对应的卫星方位角，如图1。

要利用寻星系统来对天线方位角来设置方位角并计算其数据以完成核对工作，首先计算卫星方位角AZ：

继续对极化角进行计算，如果极化角处于正值，它的高频头顺时针转动角度就应该为，一般来说高频头的顺时针转动角度范围应该控制在5~20°左右。在上述仰俯角及方位角范围内，如果海船船载VSAT系统能够在船体摇摆情况下还依然能够正常寻星，顺畅传输交流船站信号，就说明该设备的设计安装具有较高的可行性和适用性。

4 总结

为海船船舶设计VSAT寻星系统的最大目的就是希望将其与传统船舶功能及通讯需求联系起来，利用链路分析程序功能实现对海船实际运行状况的远程监测。本文所作出的功能系统设计方案及参数计算都是希望将VSAT通信系统灵活合理的应用于海洋船舶上，实现它的智能化操作，使其具备无人操作开发潜力，实质性增强海船传播的通讯功能运营体系。

Research on the application of VSAT communication in marine vessels

Zhu Xiaomin
（China Shipping Co., Ltd.,200090)

Very(Small Aperture Terminal VSAT),namely "very small aperture terminal", which is a kind of micro satellite communication earth station,is the last century in 80s,the research and development of satellite communication system.The antenna system(0.3~1.4m),and the minimum equipment structure is quite compact,solid,intelligent property in the application environment by small range of network is quite flexible,so it is in the current marine communication plays a huge application value.By studying the composed of the marine satellite communication network and system,analysis of the link of VSAT system program, construction of Shipborne VSAT satellite system will become the main content of this paper.

VSAT;Shipborne Satellite communication system;network;link analysis;design

图1 寻星系统天线所对应的卫星方位角及俯仰角示意图