直升機衛星通信系統關(guān)鍵技術(shù)

　　衛星通信(簡(jiǎn) 稱(chēng)衛通) 具有頻帶寬、容量大、性能穩定、成本與通信距離無(wú)關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，成為現代通信的一種重要方式。直升機衛星通信是指直升機通過(guò)機載衛星設備實(shí)現與衛星的直接通 信，并通過(guò)衛星的轉接與地面站進(jìn)行信息的傳輸和交換。信息交換的種類(lèi)有話(huà)音、數據和圖像視頻等。由于直升機本身的旋翼特點(diǎn)及操控特性，在設計衛星通信系統時(shí) 對微波天線(xiàn)的尺寸和重量都有嚴格的限制和要求，天線(xiàn)口徑、安裝位置和功放等硬性條件確定之后，在測試通信質(zhì)量時(shí)，如果通信效果不好，試驗工程師應該從哪些 方面進(jìn)行分析，查找問(wèn)題的根源。本文從直升機衛星通信系統的關(guān)鍵技術(shù)入手，結合工程應用把問(wèn)題一一展開(kāi)。通過(guò)對系統全面的了解，對關(guān)鍵技術(shù)的確認，從而實(shí) 現對系統的準確測試。

　　1 機載衛星通信系統工作原理

　　1.1 機載衛星通信系統

　　衛星通信( 簡(jiǎn)稱(chēng)衛通) 具有頻帶寬、容量大、性能穩定、成本與通信距離無(wú)關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，成為現代通信的一種重要方式。機載衛星通信系統分為固定翼機載衛星通信系統和旋翼衛星通信系統。

　　一個(gè)基本的衛星通信系統至少包含兩個(gè)衛通站和必要的衛星資源。對于直升機衛星通信系統，只是在信道處理時(shí)增加抗旋翼遮擋模塊。

　　衛星通信的工作頻段很多， 有UHF、S、C、Ku 和Ka等頻段。目前，國內的主流衛通頻段還是Ku 頻段，Ku 頻段常用的發(fā)射頻率范圍是14.0~14.5 GHz;接收頻率范圍是12.25~12.75 GHz，帶寬均為500 MHz，也是目前機載設備普遍選用的頻段。

　　1.2 系統工作原理

　　衛星通信系統工 作原理如圖1 所示。發(fā)送端輸入的信息經(jīng)過(guò)處理和編碼后，進(jìn)入調制器對載波(中頻)進(jìn)行調制;已調的中頻信號經(jīng)過(guò)上變頻器將頻率搬移至所需求的上行射頻頻率，最后經(jīng)過(guò)高 功率放大器放大后，饋送到發(fā)送天線(xiàn)發(fā)往衛星。衛星轉發(fā)器對所接受的上行信號提供足夠的增益，還將上行頻率變換為下行頻率，之后衛星發(fā)射天線(xiàn)將信號經(jīng)下行鏈 路送至接受地球站。

　　地球站將接受的微弱信號送入低噪聲模塊和下變頻器。低噪聲模塊前端是具有低噪聲溫度的放大器，保證接收信號的質(zhì)量。下變頻、解調器和解碼與發(fā)送端的編碼、調制和上變頻相對應。

　　圖1 衛星通信系統基本工作原理

　　2 關(guān)鍵技術(shù)

　　2.1 姿態(tài)角提取及坐標變換

　　在機載衛星通信地球站工作過(guò)程中，天線(xiàn)伺服控制分系統的作用是使天線(xiàn)的波束中心自動(dòng)、快速、準確地對準衛星，從而使通信系統保持正常工作。伺服控制分系統要完成這一任務(wù)，必須知道天線(xiàn)波束中心和所要對準衛星的方位角、仰角和極化角。

　　目 前，國內典型機載衛星通信系統天伺系統是采用數字引導和自跟蹤功能相結合的機制，即通過(guò)捷聯(lián)慣導(IMU)提供的載機姿態(tài)信息解算天線(xiàn)指向的引導方式和通 過(guò)天線(xiàn)饋源網(wǎng)絡(luò )和接收機提供的角差信號控制天線(xiàn)指向目標的自跟蹤方式。首先，根據載機定位信息和預選設定的衛星信息，運用以下公式可以計算出大地仰角 (E)及方位角(A)。

　　式中：φ1 為接收站經(jīng)度(度);φ2 為衛星的軌位經(jīng)度(度);β 為接收站緯度(度)。

　　Re/(Re+H)=0.15，Re 為地球半徑(6 378 km)，H 為同步衛星距地球表面的高度(35 786 km)

　　由于繞定點(diǎn)轉動(dòng)的兩個(gè)坐標系之間的關(guān)系可以用方向余弦矩陣來(lái)表示，且載體坐標系與地理坐標系之間存在著(zhù)姿態(tài)變化，所以，對天線(xiàn)穩定系統來(lái)說(shuō)，可以根據慣導提供的姿態(tài)信息(橫滾R、俯仰P 和航向H)，實(shí)現從地理坐標系到載機坐標系的角度變換。具體變換如下：

　　MR、MP、MH 分別為3 個(gè)姿態(tài)變換矩陣。

　　2.2 抗遮擋技術(shù)

　　信號丟失正常情況下不外乎兩種原因：一由于劇烈的外部作用天線(xiàn)伺服未能快速的克服隨 動(dòng)，導致天線(xiàn)指向偏離衛星。二由于載機所處的環(huán)境陰影遮擋，如高樓、天橋、樹(shù)木、山脈等，此處系統的處理方法是，當信號丟失后，默認為由于陰影遮擋，先保 持當前的天線(xiàn)姿態(tài)一定的時(shí)間( 保持時(shí)間)，在此過(guò)程中不斷進(jìn)行信號的采集和比較，如果在到達保持時(shí)間之前信號大于門(mén)限，則恢復跟蹤狀態(tài)，如果保持時(shí)間達到后，信號仍然小于門(mén)限，則進(jìn)入 搜索狀態(tài)。這種信號丟失的處理方式有利于鏈路的快速建立，特別是在載機快速的運動(dòng)過(guò)程中，偶爾出現遮擋物時(shí)( 樹(shù)木，高樓等) 的現實(shí)環(huán)境中。