淺談衛(wèi)星通信技術(shù)的應(yīng)用

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淺談衛(wèi)星通信技術(shù)的應(yīng)用:衛(wèi)星通信技術(shù)及其應(yīng)用探討

[摘 要]衛(wèi)星通信技術(shù)是以衛(wèi)星作為中繼的一種通信技術(shù)，具有通信距離遠(yuǎn)、覆蓋范圍廣、不受地面條件的約束、建站成本與通信距離無(wú)關(guān)、靈活機(jī)動(dòng)、能多址連接且通信容量大等優(yōu)點(diǎn)。本文以我國(guó)為例，主要從衛(wèi)星固定通信、衛(wèi)星移動(dòng)通信、衛(wèi)星直播以及衛(wèi)星寬帶通信四個(gè)方面探討了衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]衛(wèi)星固定通信 衛(wèi)星移動(dòng)通信 衛(wèi)星直播 衛(wèi)星寬帶通信

一、衛(wèi)星通信技術(shù)概述

1.衛(wèi)星通信的概念

衛(wèi)星通信是指利用人造衛(wèi)星做中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電信號(hào)，在多個(gè)地球站之間進(jìn)行通信。衛(wèi)星通信是地面微波接力通信的繼承和發(fā)揚(yáng)，是微波接力的一種特殊形式。

2.衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成

衛(wèi)星通信系統(tǒng)由空間段和地面段兩部分組成。

（1）空間段。以衛(wèi)星為主體，并包括地面衛(wèi)星控制中心（SCC）、跟蹤、遙測(cè)和指令站。衛(wèi)星星載的通信分系統(tǒng)主要是轉(zhuǎn)發(fā)器，現(xiàn)代的星載轉(zhuǎn)發(fā)器不僅能提供足夠增益，而且具有處理和交換功能。

（2）地面段。地面段包括了支持用戶訪問(wèn)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，并實(shí)現(xiàn)戶間通信的所有地面措施。衛(wèi)星地球站是地面段的主體，它提供與衛(wèi)星的連接鏈路，其硬件設(shè)備與相關(guān)協(xié)議均適合衛(wèi)星信道的傳輸。如圖1

二、衛(wèi)星通信中的主要技術(shù)

1.CDMA技術(shù)。CDMA（碼分多址）系統(tǒng)通過(guò)采用話音激活技術(shù)、前向糾錯(cuò)（FEC）技術(shù)、功率控制技術(shù)、頻率復(fù)用技術(shù)、扇區(qū)技術(shù)等技術(shù)手段，可使CDMA系統(tǒng)容量大幅擴(kuò)大，同時(shí)，它還具有抗多徑干擾能力、更好的話音質(zhì)量和更低的功耗以及軟區(qū)切換等優(yōu)點(diǎn)。CDMA以其本身所具有的特點(diǎn)及優(yōu)越性而廣泛應(yīng)用于數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)中。特別是近年來(lái)，小衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)全球移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信提供了條件，利用分布在中、低軌道的許多小衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)全球個(gè)人通信，已在國(guó)際上逐漸形成完善的體系。

CDMA移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)根據(jù)導(dǎo)頻信號(hào)的幅度實(shí)現(xiàn)功率控制， 減少用戶對(duì)星上功率的要求從而增加系統(tǒng)的容量，減少多址干擾；CDMA移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)可利用多個(gè)衛(wèi)星分集接收，大大降低多徑衰落的影響，改善傳輸?shù)目煽啃浴４送猓捎贑DMA多址方式具有優(yōu)越的抗干擾性能、很好的保密性和隱蔽性、連接靈活方便所等特點(diǎn)，決定了它在軍事衛(wèi)星通信上具有重要的意義。

2.抗干擾技術(shù)。衛(wèi)星通信抗干擾主要通過(guò)傳輸鏈路抗干擾、軟硬件設(shè)備抗干擾以及建立綜合智能抗干擾體系等措施實(shí)現(xiàn)。

傳輸鏈路抗干擾主要有DS/FH混合擴(kuò)頻、自適應(yīng)選頻、自適應(yīng)頻域?yàn)V波、猝發(fā)通信、時(shí)域適應(yīng)干擾消除、基于多用戶檢測(cè)的抗干擾、跳時(shí)（TH）、自適應(yīng)信號(hào)功率管理、自適應(yīng)調(diào)零天線、多波束天線、星上SmartAGC、分集抗干擾、變換域干擾消除、糾錯(cuò)編碼和交織編碼抗干擾技術(shù)等。

3.基于MPLS的移動(dòng)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)架。MPLS（多協(xié)議標(biāo)簽交換）技術(shù)由于可將IP路由的控制和第二層交換無(wú)縫地集成起來(lái)，具有IP的許多優(yōu)點(diǎn)，又可很好地支持QoS和流量工程，是目前最有前途的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)之一。近年來(lái)，在地面固定網(wǎng)MPLS技術(shù)逐漸成熟后，該技術(shù)已向光通信、無(wú)線通信和衛(wèi)星通信等領(lǐng)域擴(kuò)展。現(xiàn)有的寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要采用衛(wèi)星ATM 技術(shù)，研究表明該技術(shù)可給不同的業(yè)務(wù)提供很好的QoS保證，并可利用面向連接的虛通路設(shè)計(jì)以及流量分類(lèi)等方法為網(wǎng)絡(luò)提供有效的流量工程設(shè)計(jì)。

衛(wèi)星MPLS體系結(jié)構(gòu)分為用戶層、接入層、核心層三部分，其中，用戶層包括衛(wèi)星手持移動(dòng)終端（直接接入移動(dòng)衛(wèi)星網(wǎng)）、小型專(zhuān)用局域網(wǎng)用戶（通過(guò)小型地面移動(dòng)終端接入衛(wèi)星網(wǎng)）、其他網(wǎng)絡(luò)用戶（通過(guò)地面網(wǎng)關(guān)站接入衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)）等。接入層由標(biāo)簽邊緣交換路由器（LER）組成，完成衛(wèi)星MPLS網(wǎng)同其他網(wǎng)絡(luò)以及衛(wèi)星手持移動(dòng)終端的連接，其主要功能包括實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)的分類(lèi)、建立FEC和標(biāo)簽之間的綁定、約束LSP的計(jì)算、分發(fā)標(biāo)簽、剝?nèi)?biāo)簽以及用戶QoS接納管理和相應(yīng)的接入流量工程控制等。核心層由標(biāo)簽交換路由器（LSR）組成，完成信息按MPLS標(biāo)簽進(jìn)行交換轉(zhuǎn)發(fā)，其上主要運(yùn)行MPLS控制協(xié)議和第三層路由協(xié)議，并負(fù)責(zé)與其他標(biāo)簽交換路由器交換路由信息來(lái)建立路由表、分發(fā)標(biāo)簽綁定信息、建立和維護(hù)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表等工作。如圖2

三、衛(wèi)星通信技術(shù)的應(yīng)用

1.衛(wèi)星通信技術(shù)在廣播電視領(lǐng)域中的應(yīng)用。我國(guó)是一個(gè)人口眾多的國(guó)家，由于人口的基數(shù)較大，這就導(dǎo)致我國(guó)電視機(jī)擁有量達(dá)到3.5億臺(tái)，并且我國(guó)還有數(shù)千家各種各樣的電視媒體機(jī)構(gòu)，有線電視的用戶量也已經(jīng)達(dá)到9000萬(wàn)戶。我國(guó)的電視節(jié)目雖然數(shù)量眾多，但是規(guī)模偏小，是處于發(fā)展的前期，潛力巨大。我國(guó)各類(lèi)電視數(shù)目雖然較多，但是供于村村通的節(jié)目也就44套，和美國(guó)相比，雖然他們?nèi)丝诨鶖?shù)只有兩億但是人家的有線電視用戶量已經(jīng)達(dá)到了6000萬(wàn)戶，衛(wèi)星電視直播的用戶也有近2000萬(wàn)。雖然我國(guó)現(xiàn)在處于發(fā)展階段，和一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比有很大的差距，但是隨著我國(guó)發(fā)展的不斷深入，我國(guó)一定也會(huì)達(dá)到、甚至超過(guò)這樣的水平，所以我國(guó)衛(wèi)星通信技術(shù)在電視廣播領(lǐng)域中的應(yīng)用的前景是巨大的。目前，我國(guó)政府以及一些電視領(lǐng)域中的專(zhuān)家普遍表示我國(guó)發(fā)展衛(wèi)星電視直播的業(yè)務(wù)已經(jīng)成熟，我國(guó)已經(jīng)獲得了發(fā)展DBs的軌位和頻道，而且我國(guó)在發(fā)展村村通的時(shí)候又有了一定的衛(wèi)星廣播的經(jīng)驗(yàn)，并且得到了廣大人民的支持，現(xiàn)在我國(guó)自行研制的RD已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)。如圖3

2.衛(wèi)星通信技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中的應(yīng)用。衛(wèi)星通訊技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用主要就是提供寬帶網(wǎng)絡(luò)。而提供網(wǎng)絡(luò)寬帶屬于衛(wèi)星固定通信業(yè)務(wù)。目前國(guó)際上衛(wèi)星寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，第一就是在原有的VSAT技術(shù)的基礎(chǔ)上研發(fā)新的產(chǎn)品并利用現(xiàn)有的頻段衛(wèi)星資源，快速的建立起寬帶連接，以滿足用戶的需求，這一種是在和地面寬帶業(yè)務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)中來(lái)獲得自己的生存空間；而另外一種是積極的發(fā)展高頻段的新型衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)，來(lái)適應(yīng)新業(yè)務(wù)的要求，這一種是和地面相輔相成的。我國(guó)目前的狀況，就是首先要積極的發(fā)展衛(wèi)星寬帶通信業(yè)務(wù)，國(guó)內(nèi)的電信經(jīng)營(yíng)商應(yīng)該根據(jù)不同客戶的需求提供不同的業(yè)務(wù)；其次就是跟蹤國(guó)外再見(jiàn)的新型的衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)；最后建立起自己的衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)。

結(jié)束語(yǔ)

衛(wèi)星通信已經(jīng)成為世界電信結(jié)構(gòu)眾多的重要組成部分，并一直在為全球幾十億人提供電話、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)。盡管具有更高容量、更低比特費(fèi)用的光纖系統(tǒng)仍在不斷發(fā)展，但衛(wèi)星通信仍然生存了下來(lái)，并隨著它的新應(yīng)用、新業(yè)務(wù)的形成，而為人們帶來(lái)更大的財(cái)富和便利。

淺談衛(wèi)星通信技術(shù)的應(yīng)用:衛(wèi)星通信技術(shù)在電力應(yīng)急通信中的應(yīng)用探析

摘 要當(dāng)前自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，使得受災(zāi)地區(qū)電力通信網(wǎng)絡(luò)被破壞，而對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，在這種情況下，電力通信中建立衛(wèi)星通信系統(tǒng)對(duì)電力應(yīng)急搶修來(lái)說(shuō)具有重要的意義。本文在對(duì)衛(wèi)星通信的必要性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的3種傳輸體制進(jìn)行分析，并結(jié)合電網(wǎng)應(yīng)急通信的要求，簡(jiǎn)要對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)行實(shí)際分析。

【關(guān)鍵詞】衛(wèi)星通信 電力應(yīng)急通信 應(yīng)用 探討

1 衛(wèi)星應(yīng)急通信建設(shè)的必要性

因?yàn)樾l(wèi)星通信具有不受到實(shí)踐地點(diǎn)以及環(huán)境等影響的限制，其在傳輸上具有遠(yuǎn)距離傳輸、容易開(kāi)通以及組建網(wǎng)絡(luò)方式靈活，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)地址之間的連接，同時(shí)可對(duì)圖像數(shù)據(jù)以及語(yǔ)音進(jìn)行雙向傳輸?shù)葍?yōu)勢(shì)，越來(lái)越受到應(yīng)急通信的歡迎。在突發(fā)性災(zāi)害發(fā)生時(shí)，地面通信系統(tǒng)到致命的破壞，外界需要對(duì)災(zāi)區(qū)信息進(jìn)行了解，就需要借助于衛(wèi)星應(yīng)急通信手段對(duì)重要信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，使得相關(guān)部門(mén)或者指揮中心可以得到更為準(zhǔn)確的情報(bào)，這對(duì)救援工作的順利執(zhí)行具有重要的意義，因此衛(wèi)星通信系統(tǒng)為主的應(yīng)急通信系統(tǒng)的建立具有重要的作用。

2 VSAT衛(wèi)星通信傳輸技術(shù)簡(jiǎn)介

目前，國(guó)內(nèi)有三類(lèi)傳輸體制被應(yīng)用到衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，其分別是：TDM/TDMA、MF-TDMA和SCPS/DAMA。

2.1 TDM/Aloha TAMA

TDM/Aloha TAMAZ體制作為一個(gè)純星狀的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，其系統(tǒng)中心站是利用出向廣播TDM載波，在遠(yuǎn)端站進(jìn)行接收，并在其中選擇信息進(jìn)行發(fā)送，使得可以有出境的信道；同時(shí)在主站進(jìn)入境內(nèi)的方向，借助于Aloha機(jī)制進(jìn)行遠(yuǎn)端站以競(jìng)爭(zhēng)的方式進(jìn)行TDMA載波發(fā)送，以有入境信道的產(chǎn)生，這種信道的建立方式借助于碰撞后對(duì)信息的重新發(fā)射來(lái)保證通信的可靠性的。其主要特點(diǎn)在于：第一，多個(gè)遠(yuǎn)端站點(diǎn)以競(jìng)爭(zhēng)和碰撞的形式進(jìn)行重新發(fā)射，因此并不適用于通信效率低、系統(tǒng)通信時(shí)間延長(zhǎng)以及對(duì)信息實(shí)時(shí)要求很好的情況；第二，由于這種體制使得每一個(gè)端站都要占據(jù)一個(gè)帶寬，于是無(wú)論有沒(méi)有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的處理都要占用信道，使得信道復(fù)用效率會(huì)大大降低；第三，由于此類(lèi)衛(wèi)星系統(tǒng)是單一的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，因此要借助于龐大的中心站進(jìn)行廣播信道傳播以及小站進(jìn)行信號(hào)接收，這存在著帶寬比較大以及建設(shè)成本高等問(wèn)題。

2.2 MF-TDMA

MF-TDMA是在傳統(tǒng)的時(shí)分多址方式的基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的，其原理是將原來(lái)系統(tǒng)中一個(gè)高速TDMA載波以不同速率的小TDMA載波進(jìn)行分解后，網(wǎng)絡(luò)的所有站點(diǎn)可以根據(jù)實(shí)際通信對(duì)這些小載波進(jìn)行選擇通信。這種方式的特點(diǎn)有：第一，系統(tǒng)可以進(jìn)行跳頻和調(diào)速處理，這是由于多址方式對(duì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中不通速率和不通頻率的載波進(jìn)行信息接收和發(fā)射的支持，使得網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在處理信息時(shí)變得更加靈活方便；第二，單一平臺(tái)上可以進(jìn)行單跳、全網(wǎng)狀以及星型和混合型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這是MF-TDMA的TDMA體制的優(yōu)勢(shì)顯示出來(lái)的，其可以適用于全網(wǎng)狀業(yè)務(wù)的應(yīng)用以及同時(shí)可以配置成星狀業(yè)務(wù)的應(yīng)用等，但不是十分適用于樹(shù)狀業(yè)務(wù)的應(yīng)用；第三，系統(tǒng)是借助于TDMA的成幀格式對(duì)信息進(jìn)行傳輸?shù)模托枰獙?duì)幀同步要有嚴(yán)格的建立；第四，系統(tǒng)的固定突發(fā)包以及固定幀的設(shè)計(jì)，使得對(duì)于帶寬的利用上效率變低；第五，TDMA載波的速率不能過(guò)低，目的在于使得TDMA幀的效率得以提高；第六，純TDMA體制比較昂貴，因此在選擇衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)時(shí)要注重價(jià)格的選擇。

2.3 SCPC/DAMA

在對(duì)原來(lái)的FDMA技術(shù)進(jìn)行改造后的SCPC/DAMA，可以使得每個(gè)信道上按照占用需求進(jìn)行載波方式上對(duì)2個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信。在該系統(tǒng)中，設(shè)置有專(zhuān)門(mén)對(duì)系統(tǒng)中信道的建立與釋放的信令廣播信道。遠(yuǎn)端站點(diǎn)支持對(duì)DAMA按照需要進(jìn)行分配來(lái)對(duì)信息回傳，可以借助于SCPC方式對(duì)任意兩點(diǎn)進(jìn)行通信處理。這種方式也具有一些特點(diǎn)，第一，SCPC/DAMA體制采用的是頻分多址的處理方式，比TDMA通信的效率高很多；第二，SCPC/MADA體制的系統(tǒng)可以借助于DAMA按照需求進(jìn)行反向回傳分配，使得衛(wèi)星帶寬可以節(jié)約和提高對(duì)空間信道資源的使用率；第三，業(yè)務(wù)信道采用連續(xù)的載波方式，使得載波進(jìn)行中斷后恢復(fù)以及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行加密更加便利；第四，SCPC體制的中心站建網(wǎng)初期費(fèi)用比較低；第五，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)置對(duì)信道的申請(qǐng)分配自動(dòng)的實(shí)現(xiàn)；第六，適用于星型、多級(jí)星型等網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。

2.4 各種傳輸技術(shù)的比較

三種傳輸技術(shù)中，從對(duì)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的可以擴(kuò)展性以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)對(duì)位置業(yè)務(wù)的能力提升和對(duì)拓?fù)浣ㄔO(shè)性能等方面進(jìn)行綜合分析，SCPC/DAMA系統(tǒng)具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性和靈活性，因此對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建設(shè)時(shí)應(yīng)該主要采用SCPC/DAMA系統(tǒng)。

3 衛(wèi)星應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)某大型電網(wǎng)公司對(duì)衛(wèi)星應(yīng)急通信建設(shè)的要求，采用SCPC/DAMA系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)建設(shè)，使得其中的每一個(gè)站點(diǎn)都能夠和上一級(jí)節(jié)點(diǎn)站之間進(jìn)行通信，并且可以根據(jù)業(yè)務(wù)上的不同需求對(duì)衛(wèi)星信道鏈接進(jìn)行自動(dòng)的建立和斷開(kāi)，可以基于使用業(yè)務(wù)的傳輸流量的大小關(guān)系使得衛(wèi)星帶寬可以隨時(shí)自動(dòng)的調(diào)整。各個(gè)站點(diǎn)之間都要發(fā)射一個(gè)SCPC載波來(lái)建立雙方向的衛(wèi)星信道。當(dāng)然，衛(wèi)星的鏈路也能夠采用非對(duì)稱(chēng)的信道方式，也即上行速率和下行的速率可以不一樣的。

電網(wǎng)應(yīng)急通信建設(shè)方案中，可以對(duì)電網(wǎng)的調(diào)度中心建立其一個(gè)“一發(fā)射和六十接收”的中心站點(diǎn)，在各個(gè)廠站點(diǎn)上建立其“一發(fā)射和兩接收”的遠(yuǎn)程端站點(diǎn)，各個(gè)廠站點(diǎn)之間可以直接的進(jìn)行通信。加入后期需要在一個(gè)遠(yuǎn)端站和另一個(gè)遠(yuǎn)端站之間建立直接通信關(guān)系，只需要在原有的遠(yuǎn)端站上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)處理即可，采用系統(tǒng)臨時(shí)分配的子載波進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

4 結(jié)束語(yǔ)

在借助于衛(wèi)星通信技術(shù)的電網(wǎng)應(yīng)急通信系統(tǒng)使得應(yīng)急搶修指揮中心對(duì)應(yīng)急指揮更能夠很好的發(fā)揮指揮的優(yōu)勢(shì)，綜合各方面的技術(shù)手段，及時(shí)的恢復(fù)電網(wǎng)系統(tǒng)通信。在通信技術(shù)的快速發(fā)展下，衛(wèi)星通信技術(shù)將作為電力系統(tǒng)通信的一個(gè)很重要的方式，對(duì)電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的保障具有十分重要的意義。

作者單位

國(guó)網(wǎng)嘉興供電公司 浙江省嘉興市 314033

淺談衛(wèi)星通信技術(shù)的應(yīng)用:無(wú)線電多媒體通信技術(shù)及其在衛(wèi)星通信中應(yīng)用

摘 要：無(wú)線電多媒體通信技術(shù)是基于對(duì)信息多樣性的需求，利用通用可編程數(shù)字信號(hào)處理器，采用高效的數(shù)據(jù)壓縮算法，減小系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)量，實(shí)現(xiàn)多媒體信息的窄帶傳輸，窄帶無(wú)線電多媒體通信技術(shù)具有高效的傳輸效率，其在衛(wèi)星通信等無(wú)線電通信領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：多媒體通信技術(shù) 衛(wèi)星通信 MPEG-4

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)單一通信媒體已很難適應(yīng)當(dāng)今多元化信息的發(fā)展需求。高速設(shè)備、大容量存儲(chǔ)裝置和高性能計(jì)算機(jī)快速發(fā)展為多媒體通信技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，多媒體通信是一種新興的信息科學(xué)技術(shù)，是多媒體、通信、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)等相互滲透和發(fā)展的產(chǎn)物，它為文字、數(shù)據(jù)、圖形、圖像、視頻和音頻等不同格式的諸種消息和信息的存儲(chǔ)、傳輸和處理提供支撐環(huán)境和手段。

1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

無(wú)線電多媒體通信終端由視頻采集模塊、緩沖控制模塊、圖像壓縮編碼模塊、通信控制模塊和電源模塊等組成，系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

模擬視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D采樣編碼后，變成YUV數(shù)字視頻信號(hào)后，然后以16位數(shù)據(jù)總線寬度寫(xiě)入視頻緩存器，視頻緩沖控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻緩存器的讀、寫(xiě)、刷新等控制功能。視頻緩沖器選用SRAM或SDRAM，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)緩存。視頻緩沖控制模塊，采用Xilinx公司的Virtex II pro系列FPGA控制SDRAM實(shí)現(xiàn)。

圖像壓縮編碼模塊，采用TI公司的TMS320DM642，該芯片是TI公司C6000系列高速定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理芯片，它具有靈活的指令系統(tǒng)和操作性能，支持匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言的單獨(dú)或混合編程。TMS320DM642采用改進(jìn)的哈佛處理結(jié)構(gòu)，指令流水線操作，并行處理，計(jì)算和處理速度很高，并行運(yùn)行速度達(dá)到1600MIPS。在片內(nèi)提供128K字節(jié)的RAM用作程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，其最大可擴(kuò)展尋址空間為1M字。TMS320DM642提供的多信道緩沖串口和DMA數(shù)據(jù)傳送方式極大地方便了它在圖像領(lǐng)域的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)。

通信模塊采用PowerPC或ARM實(shí)現(xiàn)，根據(jù)信道狀況變化，控制實(shí)現(xiàn)圖像格式、分辨率、壓縮數(shù)據(jù)傳輸碼率調(diào)整。由于現(xiàn)代基于IP的通信網(wǎng)，已經(jīng)成為主流，因此通信接口采用UART和Ethernet接口，在與窄帶無(wú)線電臺(tái)接口是采用UART接口，在與基于IP的數(shù)傳電臺(tái)中采用Ethernet接口。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

多媒體通信技術(shù)最為嚴(yán)重的瓶頸問(wèn)題是有大量的數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)、處理和傳輸，其中，最大的數(shù)據(jù)量來(lái)自數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，如30幀/s的活動(dòng)圖像數(shù)據(jù)量達(dá)2 748Kbps，傳輸速率需要2.8Mbps，顯然，沒(méi)有圖像壓縮技術(shù)的進(jìn)步，就難以實(shí)現(xiàn)真正意義上的多媒體通信。無(wú)線電多媒體通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)的核心是圖像壓縮技術(shù)，圖像輸入幀格式采用YCbCr4：2：0，TMS320DM642根據(jù)接收到的命令及發(fā)送數(shù)據(jù)速率等通信狀態(tài)，從視頻緩存區(qū)讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，然后發(fā)往信道進(jìn)行傳輸，圖像壓縮采用MPEG-4國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)算法，圖像數(shù)據(jù)壓縮率最低可達(dá)到4～64Kbps。當(dāng)信道為帶寬較寬（>128kb/s），傳輸實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖像。

MPEG-4是由MPEG（Moving Picture Esperts Group）開(kāi)發(fā)的IEO/IEC標(biāo)準(zhǔn)。其視頻部分提供了基于自然對(duì)象、合成對(duì)象、自然/合成對(duì)象編碼的幾個(gè)層次。其中Simple Visual Profile主要應(yīng)用于低比特率移動(dòng)通信，其他幾個(gè)層次可應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)、實(shí)時(shí)多媒體監(jiān)控?cái)?shù)字電視制作與播出等方面。MPEG-4在視頻檢驗(yàn)層中引入了視頻對(duì)象面的概念VOP，它充分利用視覺(jué)生理特性和圖象信源的各種特征，實(shí)現(xiàn)從波形編碼到模型編碼的轉(zhuǎn)變。VOP編碼采用第一代混合編碼方法，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在圖像傳輸過(guò)程中，如果預(yù)測(cè)參考幀是I圖像，則經(jīng)過(guò)DCT變換和量化的編碼的I圖像可以通過(guò)反量化和反DCT變換存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器中，作為預(yù)測(cè)編碼的參考幀。如果預(yù)測(cè)參考幀是P圖像，則經(jīng)過(guò)DCT變換和量化編碼的該幀殘差數(shù)據(jù)，通過(guò)反量化和反DCT變換再和原來(lái)的參考圖像相加，也形成了預(yù)測(cè)參考幀存入幀存儲(chǔ)器中。

在編碼實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，用射像頭捕捉到的為640×480的422YUV數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)把它處理成320×240的數(shù)據(jù)，然后對(duì)其按MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓縮編碼，最后再把編碼后的數(shù)據(jù)填充成640×480的數(shù)據(jù)顯示。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)DSP中的相關(guān)模塊修改數(shù)據(jù)類(lèi)型、使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)、數(shù)據(jù)打包處理、編寫(xiě)匯編代碼、調(diào)用圖像庫(kù)、人工干預(yù)軟件流水等方式對(duì)程序代碼進(jìn)行優(yōu)化，可把原來(lái)實(shí)時(shí)壓縮處理視頻圖像速率為1～2幀/秒的代碼，優(yōu)化為25幀/秒，大大提高了代碼的運(yùn)行速率，達(dá)到實(shí)時(shí)壓縮處理的效果。

3 在衛(wèi)星通信中應(yīng)用舉例

衛(wèi)星通信具有通信距離遠(yuǎn)，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，其在國(guó)防通信、應(yīng)急救生等領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，但隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，有限的通信衛(wèi)星資源和日益擴(kuò)大的需求之間的矛盾日漸突出，針對(duì)此問(wèn)題，可將無(wú)線多媒體通信技術(shù)應(yīng)用到衛(wèi)星通信中，其應(yīng)用框圖如圖3所示。發(fā)送方把從攝像頭中捕獲到的圖像，應(yīng)用多媒體通信終端進(jìn)行視頻壓縮，壓縮后的碼流通過(guò)衛(wèi)星多功能復(fù)接設(shè)備接入調(diào)制解調(diào)器，然后通過(guò)變頻和放大設(shè)備經(jīng)衛(wèi)星天線發(fā)送到通信衛(wèi)星，接收方將從通信衛(wèi)星接收到的信號(hào)，經(jīng)低噪聲放大、變頻、解調(diào)和多媒體通信終端解壓縮后送音視頻顯示設(shè)備，進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示。

4 結(jié)語(yǔ)

無(wú)線電多媒體通信技術(shù)是一種新興的綜合通信技術(shù)，應(yīng)用此技術(shù)可以滿足窄帶條件下信息傳輸多樣化的需求，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)視頻傳輸。無(wú)線電多媒體通信技術(shù)可應(yīng)用于衛(wèi)星實(shí)時(shí)視頻通信系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

淺談衛(wèi)星通信技術(shù)的應(yīng)用:淺談衛(wèi)星通信技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)

摘要：衛(wèi)星通信是以衛(wèi)星作為中繼的一種通信方式，是在地面微波中繼通信和空間電子技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，具有通信距離遠(yuǎn)、覆蓋范圍廣、不受地面條件的約束、建站成本與通信距離無(wú)關(guān)、靈活機(jī)動(dòng)、能多址連接且通信容量較大等優(yōu)點(diǎn)，在全球許多領(lǐng)域應(yīng)用效果很好，尤其在軍事上具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信 主要技術(shù)

一、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的定義

衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電波，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)地面站之間通信的網(wǎng)絡(luò)。其中，地面站是指設(shè)在地球表面（包括地面、水面和大氣層）的通信站，也稱(chēng)為地球站。通信衛(wèi)星的作用相當(dāng)于離地面很高的中繼站。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)分為延遲轉(zhuǎn)發(fā)式通信網(wǎng)絡(luò)和立即轉(zhuǎn)發(fā)式通信網(wǎng)絡(luò)。

當(dāng)衛(wèi)星的運(yùn)行軌道屬于低軌道時(shí)，對(duì)于相對(duì)較遠(yuǎn)的地面站而言，要進(jìn)行遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)通信，除采用延遲轉(zhuǎn)發(fā)方式（利用一顆衛(wèi)星）外，也可以利用多顆低軌道衛(wèi)星進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，這種網(wǎng)絡(luò)就是通常所說(shuō)的低軌道移動(dòng)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。

二、衛(wèi)星通信中的主要技術(shù)

1. CDMA技術(shù)

CDMA(碼分多址)系統(tǒng)通過(guò)采用話音激活技術(shù)、前向糾錯(cuò)（FEC）技術(shù)、功率控制技術(shù)、頻率復(fù)用技術(shù)、扇區(qū)技術(shù)等技術(shù)手段，可使CDMA系統(tǒng)容量大幅擴(kuò)大，同時(shí)，它還具有抗多徑干擾能力、更好的話音質(zhì)量和更低的功耗以及軟區(qū)切換等優(yōu)點(diǎn)。CDMA以其本身所具有的特點(diǎn)及優(yōu)越性而廣泛應(yīng)用于數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)中。特別是近年來(lái)，小衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)全球移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信提供了條件，利用分布在中、低軌道的許多小衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)全球個(gè)人通信，已在國(guó)際上逐漸形成完善的體系。

CDMA移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)根據(jù)導(dǎo)頻信號(hào)的幅度實(shí)現(xiàn)功率控制, 減少用戶對(duì)星上功率的要求從而增加系統(tǒng)的容量，減少多址干擾；CDMA移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)可利用多個(gè)衛(wèi)星分集接收，大大降低多徑衰落的影響，改善傳輸?shù)目煽啃浴４送猓捎贑DMA多址方式具有優(yōu)越的抗干擾性能、很好的保密性和隱蔽性、連接靈活方便所等特點(diǎn)，決定了它在軍事衛(wèi)星通信上具有重要的意義。

2. 抗干擾技術(shù)

現(xiàn)代軍事斗爭(zhēng)中，敵我雙方對(duì)衛(wèi)星通信干擾與抗干擾技術(shù)對(duì)抗越來(lái)越激烈。未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中電磁環(huán)境將變得越來(lái)越復(fù)雜，衛(wèi)星通信因其固有的特點(diǎn)而面臨極大的威脅。由于通信衛(wèi)星始終暴露在太空中，且信道是開(kāi)放的，易于受對(duì)方攻擊。因此，軍事衛(wèi)星通信中干擾和抗干擾是斗爭(zhēng)雙方關(guān)注的焦點(diǎn)，研究在復(fù)雜電磁環(huán)境下衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)體制已成為提高軍事通信裝備生存能力、確保軍事指揮順暢的關(guān)鍵。

衛(wèi)星通信抗干擾主要通過(guò)傳輸鏈路抗干擾、軟硬件設(shè)備抗干擾以及建立綜合智能抗干擾體系等措施實(shí)現(xiàn)。

傳輸鏈路抗干擾主要有DS/FH混合擴(kuò)頻、自適應(yīng)選頻、自適應(yīng)頻域?yàn)V波、猝發(fā)通信、時(shí)域適應(yīng)干擾消除、基于多用戶檢測(cè)的抗干擾、跳時(shí)(TH)、自適應(yīng)信號(hào)功率管理、自適應(yīng)調(diào)零天線、多波束天線、星上SmartAGC、分集抗干擾、變換域干擾消除、糾錯(cuò)編碼和交織編碼抗干擾技術(shù)等。軟硬件設(shè)備抗干擾主要有光電隔離、硬件濾波、屏蔽、數(shù)字濾波、指令冗余、程序運(yùn)行監(jiān)視等技術(shù)。建立綜合智能抗干擾體系可以通過(guò)建立軟件化抗干擾硬件平臺(tái)、建立智能化抗干擾軟件應(yīng)用系統(tǒng)，如：智能抗干擾系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)、專(zhuān)家策略支持系統(tǒng)等措施實(shí)現(xiàn)。

特別值得一提的一種抗干擾、抗搜索、抗截獲的技術(shù)是跳頻通信技術(shù)，它是在現(xiàn)代信息對(duì)抗日益激烈的形勢(shì)下迅速發(fā)展起來(lái)的。各國(guó)軍方對(duì)這一先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用十分重視，不斷加強(qiáng)對(duì)跳頻抗干擾通信的研究和推廣應(yīng)用。目前，跳頻技術(shù)裝備正朝著寬頻帶、高速率、數(shù)字化、低功耗的方向快速發(fā)展，其信息戰(zhàn)潛力巨大。

3. 基于MPLS的移動(dòng)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)架

MPLS（多協(xié)議標(biāo)簽交換）技術(shù)由于可將IP路由的控制和第二層交換無(wú)縫地集成起來(lái)，具有IP的許多優(yōu)點(diǎn)(如擴(kuò)展性、兼容性好)，又可很好地支持QoS和流量工程，是目前最有前途的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)之一。近年來(lái)，在地面固定網(wǎng)MPLS技術(shù)逐漸成熟后，該技術(shù)已向光通信、無(wú)線通信和衛(wèi)星通信等領(lǐng)域擴(kuò)展。現(xiàn)有的寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要采用衛(wèi)星ATM 技術(shù)，研究表明該技術(shù)可給不同的業(yè)務(wù)提供很好的QoS保證，并可利用面向連接的虛通路設(shè)計(jì)以及流量分類(lèi)等方法為網(wǎng)絡(luò)提供有效的流量工程設(shè)計(jì)。

衛(wèi)星MPLS體系結(jié)構(gòu)分為用戶層、接入層、核心層三部分，其中，用戶層包括衛(wèi)星手持移動(dòng)終端(直接接入移動(dòng)衛(wèi)星網(wǎng))、小型專(zhuān)用局域網(wǎng)用戶(通過(guò)小型地面移動(dòng)終端接入衛(wèi)星網(wǎng))、其他網(wǎng)絡(luò)用戶(通過(guò)地面網(wǎng)關(guān)站接入衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò))等。接入層由標(biāo)簽邊緣交換路由器(LER)組成，完成衛(wèi)星MPLS網(wǎng)同其他網(wǎng)絡(luò)以及衛(wèi)星手持移動(dòng)終端的連接，其主要功能包括實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)的分類(lèi)、建立FEC和標(biāo)簽之間的綁定、約束LSP的計(jì)算、分發(fā)標(biāo)簽、剝?nèi)?biāo)簽以及用戶QoS接納管理和相應(yīng)的接入流量工程控制等。核心層由標(biāo)簽交換路由器(LSR)組成，完成信息按MPLS標(biāo)簽進(jìn)行交換轉(zhuǎn)發(fā)，其上主要運(yùn)行MPLS控制協(xié)議和第三層路由協(xié)議，并負(fù)責(zé)與其他標(biāo)簽交換路由器交換路由信息來(lái)建立路由表、分發(fā)標(biāo)簽綁定信息、建立和維護(hù)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表等工作。

三、衛(wèi)星通信的發(fā)展趨勢(shì)

在目前的通信衛(wèi)星中，已采用許多代表當(dāng)今世界通信衛(wèi)星的先進(jìn)技術(shù)，如氙粒子發(fā)動(dòng)機(jī)、高能太陽(yáng)電池和蓄電池、大天線和多點(diǎn)波束（如：THURYU、ASES、TORSS、GALILEO等衛(wèi)星天線）、衛(wèi)星星上處理器（如：窄帶信道化器、數(shù)字波束成形網(wǎng)絡(luò)和BUTLER矩陣放大器）以及射頻功率動(dòng)態(tài)按需分配等技術(shù)，這些技術(shù)的發(fā)展，對(duì)通信衛(wèi)星和衛(wèi)星通信的發(fā)展產(chǎn)生了深刻的影響。

1. 通信衛(wèi)星向大、小兩極發(fā)展

現(xiàn)代衛(wèi)星通信的發(fā)展趨勢(shì)之一就是衛(wèi)星星體本身正在向大型化和微型化兩個(gè)方向發(fā)展。一方面，各國(guó)為了提高衛(wèi)星的靈敏度和星上處理能力，以及實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的一星多能，把衛(wèi)星星體造得越來(lái)越大，重量也越來(lái)越重。衛(wèi)星大了也有弱點(diǎn)，易受電磁干擾和敵方反衛(wèi)星武器的破壞，而小衛(wèi)星、微小衛(wèi)星卻能克服這種弱點(diǎn)。如果用多顆小衛(wèi)星組網(wǎng)來(lái)代替單顆大衛(wèi)星，就可以提高衛(wèi)星系統(tǒng)的生存能力。

2. 衛(wèi)星通信向衛(wèi)星移動(dòng)通信方向演進(jìn)

衛(wèi)星移動(dòng)通信是指利用衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶間或移動(dòng)用戶與固定用戶間的相互通信。隨著技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星的功能逐漸增強(qiáng)，許多原來(lái)由地球站執(zhí)行的功能被轉(zhuǎn)移到衛(wèi)星上去完成，從而使地面設(shè)備變得越來(lái)越簡(jiǎn)單，天線尺寸也隨之大幅度減小。隨著頻譜擴(kuò)展、數(shù)字無(wú)線接入、智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星移動(dòng)通信在向衛(wèi)星個(gè)人通信方向演進(jìn)，用手持機(jī)可實(shí)現(xiàn)在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間與世界任何地方接入衛(wèi)星移動(dòng)通信網(wǎng)的用戶進(jìn)行雙向通信。

3. 衛(wèi)星通信與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合

由于衛(wèi)星通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)生了衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。目前衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的連接方式主要有兩種：一種是利用寬帶衛(wèi)星的雙向傳輸；另一種則是利用衛(wèi)星的高速下載和地面網(wǎng)絡(luò)反饋的外交互通信方式，即將衛(wèi)星鏈路作為下行數(shù)據(jù)鏈路，而將電話撥號(hào)、局域網(wǎng)等其他通信鏈路作為上行數(shù)據(jù)鏈路，這種方式是基于當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)信息流量的非對(duì)稱(chēng)性提出來(lái)的，它是衛(wèi)星通信的一個(gè)熱點(diǎn)。

4.通信寬帶化

為了滿足衛(wèi)星通信系統(tǒng)用戶對(duì)帶寬的需求，衛(wèi)星通信技術(shù)已向Ka、Q等波段發(fā)展。一些國(guó)家衛(wèi)星系統(tǒng)已拓展直EHF頻段。采用EHF頻段有很多現(xiàn)有其他頻段無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，一是擴(kuò)大EHF頻段的容量，大大減輕現(xiàn)有頻譜擁擠現(xiàn)象；二是EHF的波束窄，可減少受核爆炸影響出現(xiàn)的信號(hào)閃爍和衰落，抗干擾和抗截收能力強(qiáng)。三是EHF 頻段系統(tǒng)使用的部件尺寸和重量都可大大縮小和減輕。

四、小結(jié)

在Internet、衛(wèi)星寬帶多媒體業(yè)務(wù)、衛(wèi)星IP傳輸業(yè)務(wù)、衛(wèi)星ATM和地面蜂窩業(yè)務(wù)發(fā)展的推動(dòng)下，衛(wèi)星通信將獲得更大發(fā)展。尤其是光開(kāi)關(guān)、光交換、光信息處理、智能化星上網(wǎng)控、超導(dǎo)、新的發(fā)射運(yùn)載工具和新的軌道技術(shù)等各種新技術(shù)、新工藝的實(shí)現(xiàn)，將使衛(wèi)星通信產(chǎn)生革命性的變化。衛(wèi)星通信作為全球信息化網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的重要組成部分，將對(duì)我國(guó)和世界經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、軍事的發(fā)展產(chǎn)生重大的促進(jìn)作用。

淺談衛(wèi)星通信技術(shù)的應(yīng)用:試述北斗衛(wèi)星通信技術(shù)在水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：本文介紹了北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)特點(diǎn)，組成，并對(duì)北斗衛(wèi)星軟件設(shè)計(jì)、通信機(jī)制設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng);北斗衛(wèi)星;通信技術(shù);監(jiān)控中心

1 北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)特點(diǎn)及建設(shè)目標(biāo)

北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)憑借自身特點(diǎn)，解決了衛(wèi)星測(cè)報(bào)系統(tǒng)存在的缺陷，能滿足水情自動(dòng)測(cè)報(bào)的需求。北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有速度快、支持多用戶等特點(diǎn)，與水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)所要求的特性正好可以吻合。它的短通信功能完全符合短數(shù)據(jù)、大容量信息傳輸?shù)囊螅苡晁ヒ鸬膿p耗及噪聲的影響都非常小。

工程項(xiàng)目水情、墑情測(cè)報(bào)系統(tǒng)是一個(gè)水情、墑情數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、傳輸、接收處理及時(shí)的實(shí)時(shí)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，其系統(tǒng)功能應(yīng)符合水利部《水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)規(guī)范)的要求，功能如下：系統(tǒng)在暴雨、洪水等惡劣條件下也能夠進(jìn)行工作，設(shè)備可靠性要達(dá)到設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)中各設(shè)備應(yīng)符合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、低耗的原則，并要有防雷措施，遙測(cè)站要在無(wú)人的條件下工作。遙測(cè)站能在環(huán)境溫度C10~45℃及相對(duì)濕度 90%。遙測(cè)站能自動(dòng)采集實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)并自動(dòng)定時(shí)將水情、流量、墑情數(shù)據(jù)發(fā)送至中心站，數(shù)據(jù)精度應(yīng)滿足《規(guī)范》要求。中心站后臺(tái)微機(jī)實(shí)時(shí)接收水情、流量、墑情數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索、修改、顯示、打印。當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí)，數(shù)據(jù)處理設(shè)備仍能連續(xù)工作 4 h 以上

2 基于北斗衛(wèi)星通信技術(shù)的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)

基于北斗衛(wèi)星通信技術(shù)的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)由北斗衛(wèi)星水情自動(dòng)測(cè)報(bào)站、北斗衛(wèi)星通信鏈路和監(jiān)控中心組成。

2.1 北斗衛(wèi)星水情自動(dòng)測(cè)報(bào)站

北斗衛(wèi)星水情自動(dòng)測(cè)報(bào)站由北斗通信模塊、遙測(cè)終端機(jī)、前端傳感器、電源等組成。北斗衛(wèi)星水情自動(dòng)測(cè)報(bào)站與監(jiān)控中心采取點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式傳輸，定時(shí)向監(jiān)控中心發(fā)送位置信息，在緊急情況下及時(shí)的向監(jiān)控中心發(fā)送水情數(shù)據(jù)。

2.1.1 北斗通信模塊

北斗通信模塊選用北斗衛(wèi)星用戶終端。用戶終端天線設(shè)備和主機(jī)設(shè)備體積都很小，操作方便，安裝維護(hù)也簡(jiǎn)便易行。用戶終端整機(jī)功耗小，其發(fā)射機(jī)理為瞬間突發(fā)，使終端的功率消耗得到有效地控制，對(duì)工作環(huán)境惡劣的野外測(cè)站而言具有很好的實(shí)用性。

2.1.2 遙測(cè)終端機(jī)

遙測(cè)終端機(jī)可連接多種傳感器，支持多種通信方式，如北斗衛(wèi)星、GSM/GPRS等。保證在無(wú)人值守情況下長(zhǎng)期穩(wěn)定地運(yùn)行。靈活配置的模塊化結(jié)構(gòu)能適應(yīng)各種不同的需求，為各級(jí)部門(mén)的防汛決策提供了及時(shí)、有效的水情信息。

2.1.3 前端傳感器

前端傳感器包括水位傳感器、雨量傳感器、流量傳感器、水質(zhì)傳感器等各種傳感器。

2.1.4 電源

電源采用密封免維護(hù)蓄電池，選用太陽(yáng)能板浮充。水情自動(dòng)測(cè)報(bào)站的遙測(cè)終端機(jī)具備一個(gè)可控的電源輸出，可控制蓄電池電壓的輸出與切斷。遙測(cè)終端機(jī)在野外采用蓄電池、太陽(yáng)能板充電。為減少遙測(cè)站的功耗，在發(fā)送完數(shù)據(jù)后，將切斷衛(wèi)星用戶終端的電源。僅在滿足發(fā)射條件的情況下開(kāi)啟，并發(fā)送數(shù)據(jù)。由于采用了節(jié)省功耗的工作模式，可以滿足全年7@24h不間斷供電的要求。

2.2 北斗衛(wèi)星通信鏈路

北斗衛(wèi)星通信鏈路由北斗衛(wèi)星、北斗衛(wèi)星網(wǎng)管中心組成。主要功能是將對(duì)所有水情自動(dòng)測(cè)報(bào)站發(fā)送的水情數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，可登錄到北斗網(wǎng)管中心下載相應(yīng)的水情數(shù)據(jù)。

2.3 北斗衛(wèi)星監(jiān)控中心

北斗衛(wèi)星監(jiān)控中心由衛(wèi)星指揮型終端、數(shù)據(jù)接收服務(wù)器、數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)器、水情數(shù)據(jù)庫(kù)等組成。監(jiān)控中心是系統(tǒng)數(shù)據(jù)的匯合點(diǎn)和控制中心，具有控制系統(tǒng)運(yùn)行方式與過(guò)程的功能。

2.3.1 衛(wèi)星接收終端

北斗衛(wèi)星指揮型終端除了具有普通用戶機(jī)功能外，同時(shí)監(jiān)收下轄用戶機(jī)的定位和通信信息，并可以向下屬用戶機(jī)發(fā)送通播信息。特有功能如下：(1)兼收功能。可同時(shí)兼收500個(gè)用戶，包括用戶的所有通信及定位情況。（2）內(nèi)置電池。內(nèi)置大容量鋰電池，在斷電情況下仍可持續(xù)使用，保證指揮機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定。（3）大數(shù)據(jù)處理能力。指揮機(jī)硬件配置高，采用高性能處理單元，處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通終端，可同時(shí)處理100多條數(shù)據(jù)。（4）全信道鎖定。可以同時(shí)鎖定北斗系統(tǒng)全部6個(gè)信道，普通終端只能鎖定2個(gè)。全信道鎖定可大大增強(qiáng)通信的成功率，保證在任何一個(gè)信道上的數(shù)據(jù)都可接收至指揮機(jī)。（5）通播功能。可向下轄用戶發(fā)送通播信息，發(fā)送一條通播數(shù)據(jù)后所有下轄都可以同時(shí)接收。

2.3.2 數(shù)據(jù)接收服務(wù)器

數(shù)據(jù)接收服務(wù)器從2個(gè)信道進(jìn)行接收。第1信道:互聯(lián)網(wǎng)。數(shù)據(jù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)接收服務(wù)器通過(guò)TCP/IP協(xié)議和北斗網(wǎng)管中心建立穩(wěn)定連接，實(shí)時(shí)接收野外站點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。第2信道：衛(wèi)星系統(tǒng)。通過(guò)北斗衛(wèi)星系統(tǒng)實(shí)時(shí)地將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)接收服務(wù)器，數(shù)據(jù)接收服務(wù)器通過(guò)RS232協(xié)議接收數(shù)據(jù)。

2.3.3 水情數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)接收服務(wù)器接收到數(shù)據(jù)之后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓縮、解碼、分析入庫(kù)處理，將水雨情數(shù)據(jù)寫(xiě)入實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)庫(kù)，提供給數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)器分析使用。

2.4 北斗衛(wèi)星軟件設(shè)計(jì)

2.4.1 北斗衛(wèi)星測(cè)站控制軟件

北斗衛(wèi)星監(jiān)控中心與北斗衛(wèi)星水情自動(dòng)測(cè)站構(gòu)成一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的傳輸模式。北斗衛(wèi)星水情自動(dòng)測(cè)報(bào)站將本地水情數(shù)據(jù)發(fā)送到北斗衛(wèi)星監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心發(fā)送相應(yīng)的回執(zhí)確認(rèn)信息，北斗衛(wèi)星水情自動(dòng)測(cè)報(bào)站根據(jù)不同的回執(zhí)采取相應(yīng)的行動(dòng)，或自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠或重新發(fā)送水情數(shù)據(jù)。

2.4.2 北斗衛(wèi)星信息處理軟件北斗衛(wèi)星信息處理軟件的功能是接收北斗衛(wèi)星傳送的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理后進(jìn)行發(fā)送。

2.5 北斗衛(wèi)星通信機(jī)制設(shè)計(jì)

采用北斗衛(wèi)星與遙測(cè)終端機(jī)連接，主要解決通信頻度控制策略、信息格式設(shè)計(jì)的問(wèn)題。

2.5.1 通信頻度控制策略

由于北斗衛(wèi)星短信單次收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)高于移動(dòng)短信收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的5倍以上，因此，一般不采用與移動(dòng)短信通信遙測(cè)站相同的發(fā)送策略。水雨情數(shù)據(jù)只在必要時(shí)發(fā)送。根據(jù)北斗衛(wèi)星通信費(fèi)用較高(015元/次)的特點(diǎn)，一般設(shè)置發(fā)送間隔為1次/h，如無(wú)變化(不下雨)時(shí)不發(fā)送數(shù)據(jù)。每天08B00無(wú)條件發(fā)送平安報(bào)，作為與接收(分)中心之間的/心跳0信號(hào)。

2.5.2 信息格式設(shè)計(jì)

北斗衛(wèi)星單條短信字節(jié)數(shù)分為A、B、C三檔，對(duì)應(yīng)的字節(jié)長(zhǎng)度分別為43， 70， 98字節(jié)。其收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)相差較大，分別為015， 018， 110元。另外，北斗衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商還提供包年的收費(fèi)方式。在滿足應(yīng)用要求的前提下，合理設(shè)計(jì)，盡可能降低費(fèi)率。綜合考慮包年方式以及實(shí)際需求，系統(tǒng)中北斗短信采用98字節(jié)長(zhǎng)度。

3 北斗衛(wèi)星水情自動(dòng)測(cè)報(bào)站通信暢通率應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證基于北斗衛(wèi)星的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)技術(shù)的工作性能，選取了溫州市已建成的19個(gè)北斗衛(wèi)星水情自動(dòng)測(cè)報(bào)站點(diǎn)，設(shè)定數(shù)據(jù)向位于監(jiān)控中心的北斗衛(wèi)星指揮型終端發(fā)送。19個(gè)北斗衛(wèi)星水情自動(dòng)測(cè)報(bào)站均設(shè)置為15 min定時(shí)自報(bào)，中心站72 h (2013年1月16)18日)接收。實(shí)驗(yàn)證明，19個(gè)北斗衛(wèi)星水情自動(dòng)測(cè)報(bào)站的平均暢通率達(dá)到97199%，滿足了設(shè)計(jì)要求。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，北斗衛(wèi)星的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)站點(diǎn)的建立，彌補(bǔ)了移動(dòng)信號(hào)覆蓋范圍不全的缺陷，為水利部門(mén)掌握全流域的水雨情數(shù)據(jù)提供了有力的技術(shù)支持。