卫星通信论文(6篇)

卫星通信论文篇1

关键词：卫星通信；构成；应用；展望

卫星技术和通信技术的大力发展，不仅促进了生产力改革，生产技术的发展，同时还改变了人类交往沟通的方式，使地球连成一个整体，使人类沟通更加方便密切。重视卫星通信技术的发展有着长远意义，不仅有利于科技的进步，同时也利于文明的交往和实现。

1卫星通信系统的基本构成

卫星通信系统的构成是基于通信卫星技术的发展建立起来的，通信卫星在整个系统中起着关键作用。首先太空中的通信卫星接收一个地球站传输的数据，并将这些数据信号进行变频和放大，然后传输给另一个地球站，由此形成一个完整传输回路，进行信息的远距离传输和接收。为了保证整个传输接收系统的稳定性，整个卫星通信系统还备有测控系统和监测管理系统，测控系统用来对整个通信卫星的运行情况进行监控和测量，以保证整个系统运行正常有序；而监测系统则是为了维持系统的安全性而设计的，它能有效的对系统传输、接收的各个信号进行监督和跟踪，从而维持系统的稳定运行。

2卫星通信的特点

2.1卫星通信的优点

卫星通信能实现在长距离、大范围内稳定的进行数据传输、通信。理论上讲，只要发射信号的地球站在卫星信号辐射范围内，并在这个范围内有三颗相对静止的卫星便可以很好的进行数据的传播；卫星通信的主系统――卫星，存在于太空中，其不受地质灾害、自然灾害和认为因素等客观因素的影响，因此，传输系统更加稳定；卫星通信有不同作用，不仅可以进行数据传输，同时还能进行广播覆盖、宽带通信等；卫星通信的使用不受时间、空间限制，更加灵活方便。

2.2卫星通信的缺点

卫星通信处在太空中，虽不受地球客观条件的影响，但如果传输距离过远，可能会导致传输时间延长，当传输信号达到10GHz以上时，数据的传输就可能受到高层大气天气的影响，出现传输问题；另外，卫星通信受太阳的影响也成为一个重要的限制因素，太阳的剧烈活动都可能导致信号的缺失，甚至无法传递等。

3目前卫星通信的应用

3.1卫星固定通信

目前我国的卫星固定通信网主要建设在比较大型的工程上，或者关系到国家安全和建设的方面，比如交通、电力、水利、能源、银行、报社或地震局、气象局等需要实时监测的地方。另外，在国防、公安、警务、公共救援等方面建设的更加健全。目前，我国卫星通信站占已达上万座。

3.2卫星移动通信

卫星移动通信建设的目的就是为了解决陆海空等各类目标相互之间的通信任务。目前我国应用最多的是便携式移动通信系统，并且运营状态良好。比如，在一些特殊偏远地区，可能普通的数据信号系统并不能进行通信，那么就可以利用卫星通信的功能进行沟通，尤其是对于一些喜欢远途旅行的人员来说，当遇到紧急情况时卫星通信功能可能会起到很大帮助。虽然，这些卫星通信网络使用比较方便，安全性高，但是价格要略高于普通通信网络，所以，应用也受到一定限制。另外，我国在航空、水域方面的卫星移动通信还并不健全，还需要进行进一步探索。

3.3卫星电视广播

卫星电视广播应用广泛的原因是其服务区域大、覆盖广、投资小、传播远、收益高，所以，我国卫星电视广播系统一直是卫星通信技术中应用最广的系统，并取得了很好的收益效果。目前，我国独立的卫星通信和电视广播网已初步形成，长远看来，卫星电视广播系统将会在经济、教育、文化等方面发挥巨大的作用。

3.4卫星宽带通信

宽带的发展无疑是20世纪末最伟大的发明，它不仅解决了数据处理传输问题，同时也真正意义上将世界连成了一个“整体”。卫星与宽带的结合可以有效扩展宽带覆盖面积，使宽带的应用更加广泛，同时卫星通信具有可靠、灵活、机动等特点，宽带和卫星的联合还能有效保证宽带网络的安全，实现整个宽带网络的有效运行，当发生紧急事项时，利用宽带卫星进行调度指挥可以保证实效性，同时又提高了工作效率。然而传统的C和Ku频段的卫星通信系统已经不能满足日益发展的宽带通信技术需要，各国都在进行新的卫星通信线路的探索。我国也在不断进行新频段卫星线路的发现，并不断探索完善地面通信设施，以满足社会发展需要。未来的卫星宽带通信系统不但可以满足不同要求的下载、传输、远程医疗等业务，同时还能形成多点广播，真正成为经济社会生活中的一部分。

4卫星通信技术发展展望

随着科技水平的不断提高、社会经济的不断发展，人类对卫星通信技术的要求也越来越高。如何完善卫星通信技术，使卫星通信应用更加广泛，这需要相关科技人员不断进行发现和探索，对于未来卫星通信技术发展，本人有以下几点展望：

4.1卫星通信技术真正成为独立网络，不受区域限制

目前，阻碍卫星通信技术广泛应用的原因有很多，其中，受制于地面电信网成为最主要原因。很多偏远地区并没有建立起完整的通信网络，也就无法实现卫星通信的真正使用。虽然，理论上讲只要地球站发射的信号被三颗以上的卫星接收到，那么就可以进行数据传输，但是，在实际应用中，四颗卫星下组成的卫星通信网络都是不稳定的，存在着信号缺失、传输数据慢等问题。所以，健全卫星通信网络还要不断探索新技术，使卫星通信技术更加完善，真正不受限制。

4.2大容量、高速度成为未来要求

上文中提到，卫星宽带通信中，传统的Ku频段和C频段的卫星已经不能满足现代卫星宽带通信的要求，未来这一趋势将会更加明显。这就需要研发者不断研发新的卫星通信系统，建立多频段的卫星通信网络，从而提高数据传输速度，使卫星通信系统真正融入到生产生活中，提高生产生活质量。

4.3综合卫星服务成为未来对卫星通信系统的要求

目前卫星通信服务很大程度还是利用在地面及高空中，但是在海域的覆盖却明显缺少，因此，要不断延伸卫星通信的功能，拓展其使用范围，使其具有更加全面的功能。除了应用于特殊行业，也要能被广泛的应用在日常的生产生活中，方便生产生活。

5结语

卫星通信具有很多优势和特点，并在日常生活、国防建设、经济发展等众多领域发挥着其独到作用，目前已成为社会建设过程中不可缺少的重要通信工具。然而，在发展卫星通信时，我们同样要关注其中的不足和缺陷，努力进行探索和改善，建立更加完善的、科学的卫星通信系统，这不但是实现经济社会发展的需要，更是实现人类发展的需要。因此，相关科研人员要正确分析现实，客观认识自身不足，不断吸收先进经验，探索完善技术，以促进卫星通信技术的发展，真正使卫星通信技术发挥其最大功效。

[参考文献]

[1]高亚哲.卫星通信的管理与应用探索[J].中国新通信，2013（18）.

[2]沈永言，赵猛.宽带网络的核心价值与卫星通信的重要作用[J].数字通信世界，2013，（10）.

[3]高大兵，许玉昆，张凤晓.浅析卫星通信的商业价值[J].现代商业，2008（18）.

[4]王世强，侯妍.卫星通信系统技术研究及其未来发展[J].现代电子技术，2009（17）.

卫星通信论文篇2

理论计算篇

一锅多星的原理与光学反射原理是相同的，因为二者在本质上都是电磁波，只是波长不一样罢了。根据光学原理，任意平行射向球面镜的光束，其焦点位于与该球面同心、半径为球1/2的球面上。因此在抛物面前任意发出的电磁波信号，都将在此半径为球1/2的球面上产生焦点，如图1所示，黑色抛物线代表天线面，蓝色抛物线代表半径为球1/2的球面，最上面的三个黑点代表三颗卫星，蓝色抛物线上的三个点代表接收三颗卫星信号的高频头。我们可以看出相邻两颗卫星之间的经度约差10°，通常一锅多星应选择位于中间位置（中星6B）卫星作为主收卫星，其它卫星作为偏收卫星。

1.天线三大角的确定

我们一但确定主收的卫星就可以依据数学公式（1）、（2）进行计算。也可以利用计算机进行计算，笔者使用寻星计算程序v2.1(图2)。该软件只需要输入所在地的名子，即可算出亚太上空常见卫星的“三大角”，如果有新的卫星还可以手动增加新卫星。

方位角：

仰角：

式(1)、(2)中λ为卫星经度，λ0φ0、分别为接收站的经度和纬度。

2.偏收馈源位置的确定

式(3)、(4)中∠A、∠B、为主收卫星的方位角和仰角，∠A'、∠B'、为偏收卫星的方位角和仰角，R为天线的球半径。人正对天线面观测，x为正值，表示偏馈源位于主馈源的左侧，反之亦然；y为正值，表示偏馈源位于主馈源的上侧，反之亦然，主馈与偏馈之间的距离。为了简便计算我们可以利用Excel软件，∠A、∠A'、∠B、∠B'可由式(1)、(2)求出或用寻星计算程序得出，利用Excel计算三角函数要将角度乘以π/180转化为弧度，在单元格里输入指定的公式（图3）。表格中单位为米，方位角为负表示南偏东。有了这些理论计算数据我们会在稍后的安装实践中少走许多弯路。

接收实践篇

地点：114.63°E33.63°N

器材：已经使用2年的1.5m华太天线、卓异2500F接收机、高斯贝尔2900A高频头（2006年产品）

主收115.5°E中星6B。根据图2中计算值粗调三大角。实践中气象频道信号较弱，依据气象频道信号细调三大角，使信号质量最大，锁定天线。

偏收125°E鑫诺3号。在偏收中，固定高频头是一个令广大爱好者头痛的问题，市场上购买的多星夹具普遍反映固定牢固但调试不便。笔者使用化学实验室固定铁架台上各种支架的双拧丝（图4）来固定高频头。该夹具是铜制的不易生锈，在化学器材店即可买到。使用双拧丝固定高频头具有调节灵活、固定牢固、价格便宜等特点（图5）。依据理论计算篇的计算结果，利用广西卫视作为引导，手持连接高频头的短杆，在中星6B高频头左上方约10cm-20cm范围内可以很快找到固定点，轻微调节高频头的上下左右方向和极化角，使新疆一组的信号最强，使用双拧丝锁紧高频头即可。

偏收105.5°E亚洲3S卫星。在继续实践中发现无论怎样调节高频头的位置与方向，3S卫星NOW一组信号始终超不过20%，亚洲3S无法稳定偏收。当时天色已晚，遂暂时收工。没想到这次暂时的停工竟然发现了一个有趣的问题，本文后面还要讨论。在后来的日子里笔者多次尝试偏收亚洲3S都以失败告终，笔者甚至产生过放弃“一锅三星”方案实践的念头。在当地星友的鼓励帮助下，通过反复对比实际测量数据和理论计算数据，终于发现了问题――馈源盘的支撑杆正好占据了偏收亚洲3S高频头的位置。笔者想把三根支撑杆逆时针旋转60°，此时接收亚洲3S卫星的高频头恰好落在两根支撑杆之间，但是另外一根支撑杆却把偏收鑫诺3号高频头的位置占了。解决支撑杆遮挡问题是关键，如果把遮挡的支撑杆分成两根来支撑馈源盘，正好可以留出空间安装偏收亚洲3S卫星的高频头(图6)。说干就干……高频头的调节和安装同上，问题就这样在困惑笔者一月后被解决了。

至此，豫东地区“一锅三星”实践成功（图7、图8、图9）。表1、表2、表3分别是安装完毕后三颗卫星上部分转发器的接收机显示信号质量。事实证明主收中星6B的“一锅三星”方案在理论上和实践上都是可行的。

思考讨论篇

自2007年8月1日大规模转星以来，广大烧友写了多篇关于“一锅多星”的文章，理论上讲在我国大部分地区，主收中星6B偏收鑫诺3号和亚洲3S卫星是最佳的方案。曾经在论坛上闻一河北烧友与笔者使用的同是1.5m正馈天线，但是在主收中星6B偏收鑫诺3号成功后偏收亚洲3S却失败了，最后不得不以110.5°E鑫诺1号为主收,其他全作为偏收卫星。笔者分析很可能就是支撑杆遮挡的问题才使这位烧友在最后偏收亚洲3S失败。江苏省一烧友也是使用1.5m正馈天线，采用主收亚洲3S的方案，虽然该方法避免了支撑杆遮挡的问题，但是在偏收鑫诺3号时，由于偏离主星角度过大，有些转发器的信号达不到稳定接收的要求。

在没有意识到支撑杆遮挡问题之前，笔者也一度认为主收中星6B偏收亚洲3S是不能成功的，但是理论计算显示可以的事情，为什么在实践中行不通呢？笔者抱着即使不成功也要找出原因的态度，通过近一个月的试验，终于找到了问题所在。在没有安装亚洲3S高频头的一段时间里笔者记录了鑫诺3号各转发器的信号质量，全部完成后发现未安装3S高频头时鑫诺3号各转发器的信号质量比安装后平均高5%。之所以产生这个有趣的问题，是因为两个偏收高频头关于天线的主轴基本对称，相互遮挡了天线反射面的有效面积，信号质量自然也就下降了。

在确定偏收高频头位置的时候使用公式需要比较准确的天线参数，现在市场上大部分天线实际值与标称值不符，计算也就不准确。实践中我们还是手持高频头寻找偏焦点更直观，但是还要以电磁波反射原理为指导：偏收主星东边卫星的时候，要在主收高频头的西边寻找信号，反之亦然。安装完毕后实际测量偏收鑫诺3号高频头与主馈之间的距离为18cm，偏收亚洲3S高频头与主馈之间的距离为14cm，在允许误差范围内与理论计算值相符。

卫星通信论文篇3

本系统采用LabWindowsCVI来进行设计与开发，系统软件框图如图2所示。软件系统由监控界面、参数设置模块、数据采集模块、程控命令模块、数据处理模块、图像显示模块和数据存储模块组成。各模块功能通过LabWindowsCVI进行模块化设计。计算机通过GPIB通信接口对AV4033的功能控制是通过程控仪器标准指令来实现的，程控指令是可以对频谱仪进行远端控制的一组特殊格式串，包括仪器设置、通道配置、数据扫描方式、控制输出、读取数据、状态报警、接口设置等指令集。这些指令的发送均是字符串形式,所有的频谱仪命令都必须符合特殊的语法规则，在应用高级语言进行编程时，程控指令一般是作为一个独立的参数在调用函数中出现，这类针对远程控制的函数随GPIB接口和采用的高级语言的不同而不同，但其程控指令是相同的，AV4033系列频谱仪的语法命令图如图3所示。本文利用程控指令和频谱仪进行通信时,选择LabWindowsCVI自带的GPIB函数库,可以方便地进行程控命令发送和数据读取操作。

2应用举例

卫星固定通信台站天线口径大波束窄，对天线伺服系统的自动跟踪性能要求较高，为确保通信效果，需定期测量卫星天线系统的自动跟踪性能，传统的测试方法需用频谱仪在射频方舱内测试，且测试结果保持和记录都不方便，利用本系统可以方便进行远程测试，而且可以将测试结果保存在数据存储单元中，方便后续查询和参考。卫星天线跟踪性能测试流程如下：（1）调整卫星天线使其对准通信卫星；（2）在监控主机上按下述过程设置频谱仪；a)按卫星信标频率设置频谱仪中心频率，设置SPAN为0到100KHzb)根据信标信号的电平变化范围设置Sacle/DIV，以使测量过程中的载波电平变化始终落在频谱仪的可显示电平范围内c)根据信标频率稳定度，选择尽可能窄的RBWd)根据载波的峰值频率和功率，调整频谱仪的中心频率和参考电平e)利用键盘调窄SPAN，重复4f)重复5，将SPAN调整到最小g)将SPAN置0，使载波显示谱线作水平运动h)输入扫描时间，确定扫描长度（3）用手控方式调偏卫星天线的方位角和俯仰角，频谱仪显示谱线的电平将随天线偏离卫星而下降（4）启动天线自动跟踪功能，观察卫星信标电平随时间的变化，记录自动跟踪天线的对星过程以及跟踪速度和精度（5）存储记录数据，重复3、4步骤，多记录几次测试结果，分析卫星天线自动跟踪性能。

3结束语

卫星通信论文篇4

关键词：卫星通信；实验教学；卫星广播电视

截至2015年底，中国在轨运行的卫星数量已超过140颗，仅次于美国，位居世界第二。然而，伴随着卫星数量的突破，我国的卫星产业发展却相对滞后，尤其是地面应用系统的发展还不够。除投入不足外，人才缺乏也是一个重要原因。卫星通信课程作为高校电子通信类专业的主干课程在激发学生对卫星通信领域的学习兴趣、培养卫星通信领域的人才等方面有着不可替代的作用。

1实验课程开设背景

由于卫星通信设备昂贵、通信卫星资源紧缺，传统的本科《卫星通信》课程主要以理论教学为主，以实验演示和参观观摩为辅，实践教学的比例非常少。卫星通信的频率很高，常规的仿真平台很难实现全系统仿真，因此,有条件的院校开设的仿真实验仅限于卫星通信的中频部分[1]，让学生观察信号在中频部分的处理与传输过程，深化学生对通信基本理论的认识，但这些改善无法让学生体会到真正的卫星通信过程，也很难激发学生对卫星通信领域的学习热情和兴趣。另外，随着卫星通信技术的迅速发展，《卫星通信》课程的教学内容需要不断更新，与工程实际结合也更加密切，实验教学的重要性越来越突显。与理论教学相比，由于学时有限、实践环节组织困难，实验教学已成为卫星通信教学改革与发展的瓶颈。

2实验教学内容设计

为提高卫星通信课程的教学质量，激发学生的学习热情，对卫星通信课程实验教学的内容和方法进行了探索，在教学实践中取得了一定效果。具体而言，该校在通信工程专业的本科生教学中开设了《卫星通信》课程，在研究生教学中开设了《现代通信新技术》（其中包含了卫星通信的相关内容），针对不同的培养对象，教学的内容、方式方法有很大差异。

2.1本科实验教学

本科教学中学生数量众多，传统的《卫星通信》实验课程受限于实验设备的成本，只能让学生进行卫星通信的演示和观摩，无法让学生切身体会卫星通信的过程。随着技术的发展，作为一种最廉价的卫星通信方式之一——卫星广播电视已进入千家万户，它主要由天线（及其支架）、卫星电视接收机、电视机以及电源等设备组成。该系统属于卫星通信中的单向接收地球站，而卫星通信中的反向发射链路与接收链路相似，因此，该系统完全可以作为学生体验卫星通信过程的实验设备。然而，虽然电视机在该系统中仅作为通信的终端设备，与卫星通信实验课程的教学目的关联性不强，但电视机的成本却占据该套实验系统的70%以上；另外，卫星广播电视实验的开设通常需要在室外开阔地域进行，此时系统的室外供电也将成为课程开设必须考虑的因素；上述两个原因导致卫星电视接收系统在《卫星通信》实验课程的开设过程中无法得到推广。为解决该问题，通过市场调研，将卫星电视接收机和电视机的功能改由寻星仪来实现。寻星仪是融合了卫星电视接收机、电视机以及频谱仪简易功能的一体化设备，采用锂电池供电，不需要市电，便于室外实验的开设。整套系统成本低于1000元，其简易的频谱仪功能还可以开设卫星信标的接收实验。寻星仪的操作界面与常规的卫星电视接收机完全相同，可以设置卫星名称、高频头本振、接收频率、符号率、极化方式等参数；连接卫星电视接收天线后，当天线对准目标卫星时即可接收到该卫星上的信号（即接收的信号强度和信号质量高于卫星接收机门限）；若目标卫星上有公开的电视节目，还可以直接使用该终端收看卫星广播电视。在该系统上开设的实验课程可以让学生熟练掌握卫星通信中天线对星的基本流程与操作技巧，明确天线三维指向的参考基准与天线精确对准卫星的判断标准，使学生对卫星通信的整个过程进行全面、整体认知，锻炼和培养学生的实践动手能力。本科生的实验教学重点在于突出学生的感性认识，通过卫星实验，使学生能够掌握卫星通信的基本原理，明白卫星通信中对星的标准是什么，并掌握对星的常见技巧。对于学有余力的学生，启发他们更深入了解卫星通信发展的新技术、新方向。

2.2研究生实验教学

与本科生相比，研究生具有更大的学习自主性，理论讲授不仅要细而专，还要广而泛。在本科现有卫星通信内容的基础上，重点讲授与卫星通信相关的天线技术、阵列信号处理技术以及通信技术等的发展现状，为研究生下一步的课题选择提供参考。作为小班教学，研究生的卫星通信实验课可以采用完全自主的形式——将固定卫星地球站、便携式地球站、卫星动中通地球站以及宽带无线通信系统、无人机视频采集等设备交给学生进行自主组合，按照系统搭建由简单到复杂，地球站由固定到移动，通信业务由话音到视频的渐进过程，让学生体会卫星通信在实际生活中的各种应用场景以及还存在亟需解决的问题，激发学生投身卫星通信领域技术研究的兴趣。

3结语

卫星通信实验课程的开设可以强化学生对卫星通信基本原理的理解和掌握，激发学生对卫星通信领域的学习兴趣。该文针对本科生和研究生两种教学对象，对卫星通信实验课程的开设内容以及实验条件建设进行了探讨与摸索，在实际的教学过程中取得了良好效果。然而，适合于不同对象、不同接受能力的实验内容和教学方法的改革是永无止境的，如何取得更好教学效果还需要与广大高校的卫星通信课程教师共同探讨。

参考文献

卫星通信论文篇5

1.性能分析

CFDAMA基本接入方式能够实现较好的时延/吞吐量性能。CFDAMA－PA成功的将按需分配和自由分配结合在一起，采用固定预约时隙分配的形式来保证用户接入的公平性和实际业务需求量，在信道负荷较低的时候，其平均时延和固定分配方式保持一致，在信道负荷逐渐增大和接入用户数变化较大时，存在资源利用率下降的问题。CFDAMA－RA在低信道负荷时由于采用的竞争方式进行接入，对信道利用率更高，但对于用户接入的公平性却不能保证，并且存在接入过程中的碰撞，在高信道负荷时碰撞概率逐渐增大，平均时延性能也急剧下降。CFDAMA－PB通过对上行数据帧结构的改进，减小了用户发送预约时隙请求的间隔时间，但随着信道负荷的增大，某些用户会因为其他用户预约请求的资源占用导致无法发出预约时隙请求，同样不能保证接入的公平性。因此，如何保证用户的接入时延和接入过程中的公平性，成为本文的一个研究重点。

2.CFDAMA－PRI

由于当前数据业务大多突发性较强并且业务类型呈现多样性，抽象出来这类数据业务流通常用ON－OFF信源模型来表示［5］。而在此信源模型的情况下，数据业务具有很强的突发特性，用户的预约时隙请求也带有很强的随机性和不确定性。基本的CFDAMA接入方式此时由于多次请求造成的再分配策略和预约请求的冲突概率增大，在信道负荷较高和接入用户数逐渐增大时，其性能受到明显的影响。CFDAMA－PR协议在用户时隙申请阶段对发送队列的堆积状况进行判断，比较当前时刻和上一时刻发送队列中数据分组的差值Δ，如果Δ＞0表示当前发送队列有数据包的堆积，则通过加权的方式向星上调度器发送更多的预约时隙请求［6］。该协议的好处在于实际应用中可以根据用户发送队列的堆积情况获得更多的分配时隙，能在突发数据分组到来情况下实时的将新的数据分组发送出去。因此，本文在CFDAMA－PR的基础上提出了基于用户优先级排序的改进协议CFDAMA－PRI，优化星上调度算法，进一步保证接入的时延性能和接入的公平性。

3.仿真分析

本文采用OPNET仿真平台［7］，将基本的CF-DAMA－PA、CFDAMA－PR和改进的CFDAMA－PRI进行对比仿真。具体的仿真参数设置如表2所示。对信道负荷固定但用户数目变化条件下的仿真结果进行分析，目的是为了得出CFDAMA－PRI的时延性能和在用户接入公平性方面的优越性。选取信道负荷为0．8，用户数目依次为5、10、20、40、80，CFDAMA－PA的预约时隙数为20，得到的仿真结果如图5、图6所示。由仿真结果可以看出，当系统中用户数不断增大时，由于CFDAMA－PA在一个链路帧中仅使用了一部分时隙用作预约请求时隙点，那么更多有请求的用户就无法通过预约时隙点接入链路帧，加之信道负荷较大，突发数据强，用户申请时隙的不确定性也大。如果增大预约请求时隙数的比例也会以牺牲数据时隙为代价，平均时延和队列的分组累积同样会增加。CFDAMA－PRI则采用CFDAMA－PR对信源突发数据分组的计算方法，并使用优先级排序的方法对时隙需求量大的用户给予更高的时隙分配权，确保了用户的可接入次数，降低了时延，提高了接入公平性。

4.结语

卫星通信论文篇6

[关键词]北斗；定位误差；差分修正；伪卫星

中图分类号：P228.1文献标识码：A文章编号：1009-914X（2016）25-0138-01

1引言

中国北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的定位系统。

目前北斗卫星导航系统已经广泛应用于地质调查、测绘、交通、海洋渔业、减灾救灾等多个领域，并产生了显著的经济和社会效益。其中北斗一号卫星导航系统覆盖了中国及周边国家和地区，不仅可为中国也可为周边国家服务；北斗二号将覆盖全球，逐渐发展成为具有全球导航能力的卫星定位系统[1]。

虽然北斗事业在近年来得到迅猛发展，但受目前卫星数量及几何精度衰减因子（GDOP）的影响。采用纯粹的卫星定位算法，其定位精度只能达到10m左右。针对不同的应用背景，可采用不同的北斗卫星体制及误差修正方法，本文针对北斗的主要定位原理及方式，对有源定位、无源定位的测距误差进行分析，并对差分修正、伪基站修正方法进行比较，浅析如何在实际应用场景中选择合适的北斗应用机制。

2北斗定位原理

北斗卫星系统分为北斗一号及北斗二号系统，其定位方式又分为有源定位及无源定位，下面分别就这两种定位方式进行进行论述及比较。

2.1北斗一号定位方式

北斗一号卫星导航系统的定位是基于三球相交原理。即分别以地心和1号、2号工作卫星3个点为球心，以用户机至这3个点的距离（R1、R2、R3）为半径，形成3个相交的球面，3个球面的公共交点有两个（P1、P2），排除位于南半球的另一个交点P2，由已知的3个球心位置和半径可以求解出用户机P1点唯一的三维位置信息。在实际计算中，用户机至地心的距离R1由用户机内高度表测出的用户机至地表的高度H加上用户机对应地面点的高程R替代（即：R1=H+R），用户机至1号、2号工作卫星的距离R2、R3可由信号传递时间乘以光速计算获取，两颗工作卫星的位置可由测轨站精确测出。

R1为用户机至地心的距离，R2为用户机至1号卫星的距离，R3为用户机至2号卫星的距离，R为用户机至地面的高程，H为高度表测出的用户机至地表的高度。

北斗一号导航系统的优点是定位只需要两颗卫星。但北斗双星定位系统是一种主动式双向测距的有源定位（应答式）系统：定位一般由用户机向中心站发出请求。中心站对其响应，解算出用户三维定位数据后再将位置信息发射出去由该用户获取，用户机自身无定位能力，处于被动地位。

这种工作特点带来了以下几方面的应用问题[2]：①用户定位的同时失去了无线电隐蔽性，存在着用户位置容易暴露的缺点，这在军事上相当不利的，会使使用北斗一号有源定位的用户有被暴露出来的危险；②用户数量有限，限制了定位信息的更新频度，不能满足高动态用户的定位需要；③定位数据实时性差，对于高速用户等效于加大了的定位误差；④北斗一号有源定位功能要依赖数字地图，在制作精确数字地图有困难的地区定位误差会增大。这些问题限制了北斗双星定位系统的应用范围。

2.2北斗二号定位方式

北斗二号卫星系统是中国开发的独立的全球卫星定位系统，并不是北斗一号功能的简单延伸，而更类似于全球定位系统和伽利略系统。第二代北斗导航定位卫星在高度为21500km的中圆轨道运行，标志着中国自行研制的北斗卫星导航系统进入新的实际应用发展建设阶段。其定位原理与GPS类似。

3北斗误差修正处理

现实中采用的北斗误差修正处理算法主要包括两种：差分修正和伪卫星修正，本节将对其进行分析比较。

3.1伪距差分原理

伪距差分是使用最为广泛的差分技术之一。地面校准基站坐标已经精确测量，通过校准基站接收机对北斗卫星信号进行测量，比较星站距与测量伪距的差值作为伪距修正量，然后将其播发给位于差分服务范围内的用户接收机，从而就实现了消除公共误差的目的[4]。

伪距差分能将测距误差降低到米级以内，但建立差分北斗校准基站需要较高的成本且基站覆盖范围受限，因此校准基站的建立与维护一般由大公司运营，普通用户想要利用该差分校正信息需要运营公司交费或购买这些公司的指定设备。用差分修正技术的另一种手段是基于单差或双/多差分的修正手段。

3.2伪卫星系统原理[3]

伪卫星，实际上是一个发射与真卫星测距导航信号（与北斗卫星信号同步）类似的地面站，位置是精确测量的，它类似导航卫星，所以加入了伪卫星的导航系统定位原理与普通的四星定位原理基本相同。在GDOP值较大区域或某一卫星出现故障时，伪卫星可代替该卫星来改善GDOP，提高导航精度。

在地面合适位置上安置伪卫星基站，伪卫星站通过授时技术与北斗卫星精确时间同步后，按类似于北斗卫星的信号格式发射导航信号，用户接收机同时接收北斗卫星和伪卫星信号并进行定位解算。然而时间同步是实现伪卫星站正常工作的前提，因此必须提供一套完整可靠的时统系统。伪卫星站由高稳定度恒温晶振（频率准确度小于10-9产生系统基准时钟，通过北斗卫星系统对该时钟进行对时。北斗授时机输出1pps脉冲信号，伪卫星站原子钟亦输出1pps脉冲信号，两信号同时输入到数据处理系统进行比对，测量出时间间隔，得到输出原子钟相位调整控制量，然后对伪卫星站原子钟进行调整，即可实现伪卫星主站时钟与北斗系统的时钟同步。

4总结

本文就北斗一号及北斗二号的定位原理进行描述，总结北斗终端伪距定位的误差源及误差大小。在此基础上介绍了常用的北斗误差修正方法：伪距差分修正及伪卫星修正方法。

实际应用中对于公共交通等领域可结合地图信息采用单站直接空间解算的办法实现精度较低的定位，或利用单差方式辅助提高精度。对机着陆、地质勘探等等领域可采用地面站校准或伪基站的方式进行误差修正以满足高精度要求。

参考文献

[1]陈军.北斗卫星导航定位系统应用综述[C].第九届全国信号和智能信息处理与应用学术会议专刊，2015：115-118.

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