卫星通信论文图解

卫星通信论文图解

Logistics Sci—Tech No．10，2008
· 军事物流·
物流科技2008年第1O期
摘 要：现代军事物流是信息化战争后勤保障的重要支
撑。随着信息技术的不断发展， 卫星定位系统逐渐应用于军
事物流领域，成为现代军队战斗力的倍增器。文章介绍了卫
星定位系统概况， 阐述了卫星定位系统在军事物流领域的应
用现状，对军事物流领域应用卫星定位系统的前景及思路进
行了探讨。
关键词：卫星定位系统；军事物流；应用
中图分类号：E075 文献标识码：A
文章编号：1002—3100 f2008) 10—0071—03
Abstract： Modern military logistics is one of the important
pans of logistics under informationization war． Nowadays，
satellite positioning system is applied in the field of military
logistics gradually with the development of information technology．
This paper introduces the general situation of satellite
positioning system，analyses its current and future application
in the field of military logistics， discusses the development
ideaS of applying satellite positioning system in the field of
military logistics．
Key words：satellite positioning sy stem；military logistics；application
军事物流是指军事物资经由筹措、运输、储存、包装、维修保养、配送等环节，从供应地向部队用户有序流动的过程ll】。
卫星定位系统作为当今最先进的信息设施之一，是提高军事物流信息化建设水平，增强部队战斗力不可缺少的技术工具和手段 。
在现代军事物流活动中，重视这～ 技术的创新和推广应用，将快速实现对军事物流的实时监控，从而有效提高信息化战争的后
勤保障效能
1 卫星定位系统概况
卫星定位系统是利用多颗人造地球卫星、地面控制设备和信号接收设备，对地面静态或动态目标进行定位和导航的系统。
目前，全球正在运行或研制中的卫星定位系统有美国全球定位系统(Global Positioning System．GPS)、俄罗斯全球卫星导航系
统(GLONASS)、欧盟伽利略导航卫星系统计划(GALILEO)和中国“北斗一号” 卫星导航定位系统。
GPS是美国军方20世纪70年代研制的军民两用卫星定位系统，军用加密，民用降低定位精度后在全球使用，在用户数量
上处于霸主地位。GLONASS是由原苏联(现由俄罗斯)国防部独立研制和控制的第二代军用卫星导航系统， 其建立目的主要
是避免在军事上受制于美国。由于种种原因， 目前处于“半可用”状态，市场中GLONASS设备极少，产品多是内置GLONASS
和GPS两种接收装置， 以提高精度和可用性。同样出于避免受制于美国的目的．欧盟2003年也开始了GALILEO计划．建造世
界上第一个非军方控制和管理的民用』J星导航定位系统．预计2010年正式投入商业运行 这3个系统都是全球卫星导航定位
系统，导航范围覆盖全球。中国“北斗一号” 系统则是覆盖我国本土的区域导航定位系统， 目前拥有5颗导航卫星，除具有导
航功能外，还具有短报文通信和精密授时功能。在2008年南方抗击雨雪冰冻和四川特大地震灾害中初露锋芒．在北京奥运会
期间将为交通调度和场馆监控提供服务。
GPS导航系统是被动式伪码单向测距三维导航，采用的是无源定位。定位数据由用户设备独立解算， 因此不能提供通讯服
务。 “北斗” 系统是主动式双向测距二维导航，采用的是有源定位．定位数据由地面控制中心解算后提供给用户，用户需要通
过地面中心站联系及地面中心站的传输；因此可以提供通讯服务，通讯不必通过其他的通讯卫星．实现了一星多用。
GPS、GLONASS、GA[ ILEO和“北斗” 系统对比见表1
2 卫星定位系统在军事物流领域的应用现状
卫星定位系统的建立源于军事目的，美国GPS在近几场局部战争中应用于指挥控制、兵力投送、精确制导、目标侦察、战
场救援、军事物流等各个方面，成为美军战斗力的倍增器。尤其在伊拉克战争中，超大量战争物资运输保障，战时补给，大兵
团诸军兵种的专用装备保障，没有GPS 的导航和定位，军事物流则难以实现适时、快速、精确的保障，也就很难在短时间内
结束战斗并取得战斗的胜利 。近几年，我国加紧研发中国“北斗” 系统，引进对GPS的应用．逐渐将卫星定位系统应用于军
收稿日期：2008～06—24
作者简介： 白 娟(1973一)，女，山东济南人，后勤指挥学院研究生五队硕士研究生，研究方向：军事物流信息化建设。
卫星定位系统在军事物流领域应用现状及前景探讨
表1 GPS、GLONASS、GALILEO和“北斗” 系统对比表
美国GPS 俄罗斯GL0NASS 欧盟GALILE0 中国“北斗” 系统
研制时间 20世纪70年代 20世纪70年代中期 1999年2月 2000生
卫星个数 28 24 30 5
轨道高度(KM) 20 186 l9 l00 23 222 36 0o0
运行周期 l1：15：44 l1：15：00 14：22：00 l1：58：00
民用单频CA码 民用单频CA码 CA码
调制码 军用双频P码 军用双频P码
P码
定位精度 CA码约l2米 水平方向约l6米 水平定位精度优于10米 约30米
P码小于10米 垂直方向约25米
覆盖范围 全球 全球 全球 中国及周边地区
主要功能 定位导航导航定位、短报文通信、
． 精密授时 定位导航，精密授时 定位导航．精密授时 精密授时
优点优点：投资小、用户设
： 全天候： 全球覆盖； 三维 由于GL0NASS卫星发 该系统提供三种导航定 备价廉
。定速定时高精度缺点： 不能覆
：快速省时高效 射的载波频率不同． 可 位信号
率： 免费信号、收 盖两极地区． 赤道附近
系统特点 ： 应用广泛多功能。缺点：信 以防止整个卫星导航系 费加密信号
、号存在易损性和丢失性满足更高 定位精度差：不能满足
． 抗干扰 统同时被敌方干扰． 因 要求的收费加密信号
， 能力差高动态和保密的军事用
： 定位精度受美国军方限 而具有更强的抗干扰能 供各种不同的用户使用 户要求
． 书1 力 用户数量受一
定限制
民用领域： 用于航空／航海导航、
大地测量、石油勘探、地震测量、 由于种种原因． 目前处
野外救生、探险、森林防火、飞 于“半可用” 状态． 市
机播种、农田耕种、车辆自动导 场中GL0NASS设备极 2010年正式投入商业运 使用者基本是军队等国
应用现状 航监控、机场，港13'交通管理等诸 少， 而且多是美国产品， 行 家用户． 市面上很少有
多方面军用领域： 美军用于指挥 内置GL0NASS和GPS 北斗星的接收机出售
控制．兵力投送、精确制导、目 两种接收装置． 以提高
标侦察、战场救援、军事物流等 精度和可用性
方面
主动式双向测距二维导
定位原理 被动式伪码单向测距三维导航航。定位数据由地面控
， 定位数据由用户设备独立解算 制中心解算后提供给用
事物流领域，但仍处于初级阶段，其应用主要体现在以下几个方面
2．1 对军事物资运输的监控调度
通过将卫星定位系统的用户接收机安装在军用车辆、飞机、舰船上实现对军事物资运输的监控调度。利用卫星定位系统和
电子地图GIS可实时显示出运输工具的实际位置与轨迹，从而对其进行实时、有效的定位、监控和调度。实现方式是运输工具
通过终端接收导航定位信息，经处理后，将数据按一定格式由无线电收发机传送到指挥中心，指挥中心接收机将接收到的数据
输入计算机，经处理，在电子地图中显示运输工具和物资位置。
2．2 对军事运输路线的导航规划
选择正确、便捷的运输路线，是实现军事物流快速保障的前提条件。运用卫星定位系统的导航规划功能则充分满足了这一
需求。卫星导航系统的路线规划功能包括自动、手动和指令式3种。自动式路线规划是由驾驶员确定起点和终点，由计算机软
件按照要求自动设计最佳路线。手动式路线规划是驾驶员根据自己的目的地设计起点和终点等，系统在电子地图上设计路线，
同时显示运行途径和方向。指令式路线规划是指指挥中心对行驶站点的时间和路线能作出有效反应，提出路线的规划，并给运
输工具发出导航指令。实现方式是将卫星定位终端与计算机相连接，实现数据的实时传输，以电子地图的形式显示导航数据。
2-3 对需求信息的查询
在军事运输途中，卫星定位系统可以提供主要物标，在电子地图上根据需要进行查询，显示其位置。同时指挥中心可以利
用监测控制台对所在位置进行查询，车辆及物资信息则以数字形式在指挥中心的地图上显示出来。此外，利用卫星定位系统记
录和储存保障物资详细的运输内容和信息，消除了很多需要人工处理的环节，使得整个军事物流系统中所有程序及信息系统实
现信息传输的快速、准确、一致。
2 4 对险情、事故的紧急救援
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卫星定位系统在军事物流领域应用现状及前景探讨
通过卫星系统定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生事故的地方进行紧急援助。监控台的电子地图显示求助信息和报
警目标，规划最优援助方案，并以报警声光提醒监控人员进行应急处理。我国自主研制的“北斗一号”卫星定位系统在四JIl汶
JIl地震救援中不仅实时监测到了救援部队的行进状态，而且在通信中断的情况下充分发挥了其短报文通信的功能，保障了救援
的顺利展开。
3 卫星定位系统在军事物流领域的应用前景
3．1 应用于建立网络化军事物流保障体系
军事物流保障网络化是信息化条件下一体化联合作战的要求，是指通过多种信息技术将各个物资保障网点(如物流中心、
后方基地、仓库等)集成为军事物流保障网，实现物流配送实体网络和信息网络的“无缝链接”，从而在战争中以实时的快速
反应、精确的投向投量和灵敏高效的指挥调度实现适时、适地、适量的后勤保障。卫星定位系统在军事物流网络化建设中具有
不可替代的作用，主要体现在功能多、精度高、覆盖面广，是构建网络的最佳技术设施和应用平台； 二是构筑在卫星定位系
统的网络公共平台，具有开放度高、资源共享程度高等优点，无地域性限制的信息获取，提高了定位系统的利用率。
3．2 应用于军事物流资产可视化管理
信息化条件下，战场透明度越来越高，物资储存和运输的可见性变得至关重要。物流资产可视化管理是依赖计算机技术、
网络技术、数据库技术、自动识别技术、卫星定位技术等多种信息技术，实现物资在储、在运、在处理全过程的数据跟踪可
视．使得部队指挥官可以不问断、可视化地掌握全部后勤资源的动态情况，全程跟踪“人员流”、 “装备流” 和“物资流”，并
指挥和控制其接收、分发和调换。在运资产通常是装载于某种运输工具，如火车、飞机、轮船、汽车等。实现在运资产可视
化，首先要掌握运输工具的实时位置，而掌握移动中的运输工具的实时位置离不开卫星定位系统。卫星定位系统在军事物流资
产可视化的应用，集中在两个主要方面：其～ 。卫星定位系统用于提供运输工具的位置数据。其二，卫星通信可使控制站和驾
驶员实现双向信息交流。有效运用卫星定位系统，形成有力的统一组织指挥中心，能够提高物流管理的透明度，为优质、高效
的物流保障提供坚实的技术平台。
3-3 应用于实现精确主动配送式保障模式
精确主动配送式保障是指在精确预测部队需求的前提下，打破过去那种逐级前送、被动等待的后勤保障运行机制，通过将
所需物资主动配送到战斗单位乃至士兵，使补给速度发生质的变化，是现代化军事物流保障模式的研究方向。物流配送的过程
是实物的空间位置转移过程，在物流配送过程中，涉及到货物的运输、仓储、装卸、送递等处理环节，对各个环节涉及的问题
如运输路线的选择、仓库位置的选择、仓库的容量设置、合理装卸策略、运输车辆的调度和投递路线的选择等进行有效的管理
和决策分析将有助于物流配送有效地利用现有资源， 降低消耗，提高效率。卫星定位系统解决了物流配送过程中运输车辆调度
和投递路线选择、精确定位部队用户等诸多问题，有利于提高物资的补给速度，从而实现精确主动配送式保障。
4 军事物流领域应用卫星定位系统的发展思路
目前．卫星定位系统在军事物流信息化建设的应用基本上还处于起步阶段，要实现这项技术的全面推广和运用．建立适应
我军后勤发展的军事物流系统，可以从以下几个方面着手：
(1)加强卫星定位系统在军事物流领域推广应用的组织领导。由总部牵头统一组织规划、统一技术体制、统一信息标准、
统一软件开发，并与作战指挥系统兼容，从研究开始就杜绝卫星定位系统在军事物流领域应用中各自为政、互不统一、缺乏系
统集成等问题的出现。再就是加强军地合作，把军队的资源优势和地方的技术优势整合起来，共同研制、发展新技术，以保证
其在军事物流领域应用的有效性
(2)开展规划研究、突破关键技术。从顶层对研究项目进行规划设计，并根据我军现状确定当前及今后一段时期内卫星
定位系统在军事物流领域应用的重点和难点。必须立足于新技术引进后的自主开发和创新，形成自己的技术．组织科研力量协
力攻关，力争解决自主技术与外军技术相结合、抗干扰、精度限制、加密技术等关键难题，为卫星定位系统在军事物流信息化
建设中的进一步应用做好准备。
(3)研发基于卫星定位系统等先进信息技术的军事物流应用平台， 建设相关实验室，着眼未来信息化战争实际．跟踪国
内外、军内外卫星定位系统应用研究发展动态，积极探索卫星定位系统在我军军事物流领域的应用研究．以带动全军后勤信息
化的发展。
(4)在后勤保障部队试点后推广。选择部分后勤保障部队进行实验试点，使得卫星定位系统的应用真正与部队建设的实
际结合起来，通过解决实际中遇到的各种问题，不断完善卫星定位系统在军事物流建设的应用研究。从而最大限度地挖掘整个
军事物流系统的保障潜力，使我军后勤保障实现质的飞跃。
参考文献：
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卫星通信双线极化天线馈源阵列分析的论文

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

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[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.

卫星如何实现通信 怎么做到的

1、卫星通信简单地说就是地球上(包括地面和低层大气中)的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信。卫星通信主要是利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波，从而实现两个或多个地球站之间的通信。卫星通信的主要目的是实现对地面的“无缝隙”覆盖。

2、卫星通信系统包括通信和保障通信的全部设备。一般由通信卫星、通信地球站、跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统等四部分组成。跟踪遥测及指令分系统----主要负责对卫星进行跟踪测量，控制其准确进入静止轨道上的指定位置。待卫星正常运行后，要定期对卫星进行轨道位置修正和姿态保持。监控管理分系统----主要负责对定点的卫星在业务开通前、后进行通信性能的检测和控制，以保证正常通信。通信卫星----主要包括通信系统、遥测指令装置、控制系统和电源装置等几个部分。通信卫星的主要作用就是中继站。通信地球站----通信地球站是微波无线电收、发信站，用户通过它接入卫星线路，进行通信。

什么是卫星通信？

在地球的卫星家族中，除月亮外，便是种类繁多的人造卫星。目前，人们利用卫星进行通信、侦察、导航和气象观测等工作，已经是常事了。

那么，为什么要用卫星进行通信呢？

我们知道，微波通信采用接力的办法，通过建立中继站实现了远距离的通信。但是，这种方式也有很大的缺点。因为地球上有些地方是无法建立中继站的。比如，从我国的北京到美国的纽约，距离有上万千米，中间隔着波涛汹涌的太平洋，如果每隔四五十千米，建立一个中继站，就得在海上建两百多个站，这是不可能做到的。

利用卫星进行通信的思想，最早是由英国科学家、预言家克拉克提出的。1945年2月，克拉克发表了一篇《地球外的中继站》的科学预言论文。他提出利用人造地球卫星作为传送微波信息的中继站，将卫星放到赤道上空约36000千米的同步轨道上。这样，一颗卫星上的中继站所转发的微波，可以覆盖大约三分之一的地球表面。如果布放三颗等距离同步卫星，全球卫星通信即可实现。

卫星通信网络覆盖全球

1965年4月6日，第一颗通信卫星发射成功。从此，人类真正在天上建立了“中继站”。

卫星通信是由一个地面站向卫星发射信号，经过卫星的放大、变频等处理，再转发给另一个地面站。一般来说，经卫星的这一“跳”，最远的通信距离可达13000千米，三“跳”即可绕地球一周。通信卫星居高临下，因而不受任何地形条件的限制，即使是在荒漠、高山、海洋和岛屿等，只要有一个直径零点几米的“甚小地面站”，就可以通信，而且通信的费用与通信距离无关。有人作过计算，从一颗卫星发射出来的微波信号，能够覆盖地球面积的40％，相当于在地面架设300多个微波接力站。在卫星覆盖区内，任意两点或多点，都可以实现卫星通信。卫星通信的容量也大得惊人，一颗通信卫星可以容纳6万多人同时打越洋电话，并可进行许多路电视通信，还可以进行数据、文字、图像和移动通信。