动中通关键技术分析及性能测试

宋志强

辽宁葫芦岛92941部队 辽宁 125001

0 前言

动中通是运动中卫星通信的简称，主要是指车载或船载移动卫星站之间或者与固定站之间进行的卫星通信。它是由运动平台上的天线、卫星跟踪伺服系统、信道设备组成，动中通具有机动性能强、使用方便、可靠性能高、抗干扰能力强、保密性能好的优点，能够在运动过程中实时、大容量、不间断的传递语音、数据、图像等多媒体信息，特别适合于军用和民用通信中的应急指挥通信和突发事件的指挥通信，目前已经在军事、公安、消防、救援等系统中得到了广泛的应用。

动中通要在移动中通过卫星进行通信，要解决的核心问题主要有两个：①天线在载体运动过程中能够快速准确的对星，并且不受载体的摇摆、冲击、颠簸等干扰影响。②具有较高的通信效率，能够克服和减少由天线旁瓣和极化特性、多普勒效应和阴影效应等对通信系统的影响。本文对车载动中通的关键技术和性能指标进行分析、研究和测试，为其在通信系统中的应用做好技术支持。

1 动中通关键技术和性能分析

1.1 旁瓣特性和极化特性

通常动中通天线口径小、波速快，因而辐射能量相对分散、旁瓣特性较差，容易对临星产生干扰。通常天线指向偏差小于0.2°，当车载系统由于颠簸、转向灯原因产生较大的角度运动时，天线自动跟踪系统会产生较大的指向偏差，导致偏轴方向增益超标严重，当恶化到 0.5°甚至更大时，如果临星也具有相同频率覆盖的转发器频段，会造成严重的临星干扰。动中通天线在运动状态下，极化角不在固定状态，天线的方位、俯仰和极化角度由跟踪伺服系统计算得出，由于极化角度非常灵敏，如果天线不做随时的校准，天线在主轴防线上的极化隔离度会大幅下降，上、下行链路可能引入比较严重的交叉极化干扰。

为避免和减少动中通天线对临星的干扰，通常采用以下措施：①提高天线的旁瓣特性，尽可能降低旁瓣干扰的影响。②提高天线在运动中的跟踪精度，降低偏轴方向上的较差极化干扰。

1.2 天线跟踪性能分析

动中通系统最关键的性能是天线在运动过程中跟踪性能的稳定性，跟踪性能的好坏直接决定着动中通系统的通信能力。由于动中通系统机动性能很强，随时都可能会产生导致天线在方位、俯仰和极化方向上的抖动干扰，导致天线波束偏离卫星，产生指向误差，造成电平值降低甚至中断通信。在这种情况下，必须保证动中通天线始终对准所跟踪的卫星不变，这是动中通系统所必须具备的能力。通常采用的伺服跟踪技术有以下几类：

(1) 极值搜索跟踪方式

极值搜索跟踪方式是利用信号强度随天线指向误差增大而减小的特征，不断搜索使天线保持在信号最强的方向。优点是设备简单，成本较低；缺点是信号容易丢失，重新捕获时间长。

(2) 指向跟踪方式

指向跟踪方式是利用惯性姿态测量单元建立一个坐标基准，通过伺服系统使天线稳定在当地水平坐标系中，使之不受载体运动的干扰。优点是不容易丢失信号；缺点是成本过高。

(3) 差分GPS跟踪方式

随着差分 GPS技术的发展，目前指向跟踪方式广泛采用差分 GPS以取代高成本的惯导方式。这种跟踪方式可以实现动态对星，而且运动速度越快，精度越高。缺点是静止时测量精度低。

(4) 单脉冲跟踪方式

单脉冲跟踪方式是利用卫星信标的差信号在短时间内判断出天线指向的指向偏差并迅速跟踪的方式。这种方式的优点是跟踪精度高；缺点是信号丢失后重新捕获时间长。

1.3 多普勒效应

动中通系统在设计时要充分考虑多普勒频移的影响，多普勒频移公式：

其中，θ为入射波与动中通运动方向之间的夹角、ν为载体运动速度、λ为工作波长。

由公式可以看出，多普勒频移与工作波长和运动速度成正比，此外，径向夹角越小，多普勒频移越大。在实际应用中，卫星调制解调器具有码速调整和多普勒缓冲功能以降低多普勒效应的影响。

1.4 通信性能分析

动中通通信系统组成框图如图1所示。

图1 动中通通信系统组成框图

对于动中通系统来说，由于天线尺寸小，因此发射增益较低，上行链路 EIRP值不高，由于动中通系统提供的业务类型包括语音、数据、图像等多媒体信息，通常整个系统所支持的上行数据速率不超过2Mbit/s，下行的速率不受限制，这样才能满足通信业务需求，如果在没有明显遮挡的情况下，当视频业务在512Kbit/s时，接收分辨率可以达到768 *432，帧数30帧/秒，画面质量清晰，能够满足实时通信系统的业务需求。

此外，当载车在移动时，如遇到桥梁、山体、树木遮挡时，会出现接收信号电平降低甚至通信中断的现象。重新捕获的性能除了与天线伺服系统有关以外，还与卫星通信的体制有关，如FDMA设备恢复时间短，而TDMA设备恢复时间长。

2 动中通系统性能测试

2.1 环境影响测试

对某型动中通系统进行性能测试，分析在不同外界条件下的动中通系统性能。外界环境对动中通的影响主要体现在通信质量和中断恢复时间两个方面，具体测试结果如表1所示。

表1 外界环境影响测试

由测试结果可以看出，动中通受建筑物、桥洞等地理遮挡的影响较大；中断恢复时间受自身运动方式和轨迹影响较大。

2.2 载体运动速度的影响测试

测试不同运动速度下的动中通系统性能指标，测试结果如表2所示。

表2 不同运动速度下的Eb/N0

可以得出结论，动中通系统受载体运动速度的影响较小。

3 结束语

动中通系统由于其运动特性已经成为卫星通信网中的一个新兴技术领域，也是现代应急通信指挥业务的首选。动中通系统中天线伺服系统的跟踪稳定性是满足运动中通信业务需求的关键，此外，将移动卫星通信技术与图像视频技术融合也是目前研究领域内的一个热点问题。

[1] 郭军,王义明.“动中通”技术现状及发展趋势[J].卫星应用.2010.

[2] 田海南,姚敏立.“动中通”卫星通信技术浅析[J].长缨.2010.

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