卫星通信的基本原理范文第1篇

【关键词】TDCS 隐蔽通信 卫星

隐蔽通信指的是特定环境中，用表面上为正常形态的信息作为载体进行掩护性通信，类似掩护载体有音频、视频和图像等，其中隐藏的隐秘信息可以实现基本可靠的隐蔽信息传递。隐蔽通信技术是信息隐藏领域中极为重要的分支。以上所言隐蔽通信技术主要是借助TDCS把信号重叠构建于他方或己方通讯卫星的通信链路之上，以此实现可视性空间区域中卫星转发器做隐蔽通信传输。

一、变换域通信系统探析

变换域通信系统是TDCS在给定频谱范围中动态的改变发射信号频谱用来避免和干扰信号产生互相干扰。该技术最初诞于1988年German在给罗马实验室的一份技术报告中。在该技术报告中German首次阐明借助频谱分布信息时对其收发端做同步变换域处理的信息通信系统。1991年Andren申请和German相类似技术的低截获概率通信系统专利，1996Radcliffe在该技术基础之上正式阐明变换域通信系统的全新概念。变换域通信系统于发射端应用Andren框架做波形生成与环境采样，并进行German信号发射处理，在接收端使用传统最大似然检测与时域匹配滤波技术。

二、TDCS卫星隐蔽通信的可行性解析

现代军事较量中，高科技含量军事技术的较量越来越多，在军事斗争中合理设计卫星隐蔽通信能够借助卫星通信的优点进行高效战斗通信联络，而卫星通信优势是能够高效构建通信链路和能够覆盖较大面积进行通信。原系统业务信道上叠加的隐蔽信号极为微弱，确保隐蔽通信基本价值的情况下，侦察接收机不能做可靠性检测时，隐蔽信号则不会轻易泄露，而在卫星隐蔽通信中面临数量庞大的信道选择，摧毁难度也上升到难以想象的地步，故而卫星信道可以有效避免物理性毁坏、截获或人为干扰。TDCS采用卫星进行隐蔽通信可以有效发挥TDCS高强度的抗干扰能力，而且该隐蔽通信的隐蔽性效果良好。TDCS卫星隐蔽通信是一种特殊的具有较高保密性且通信效果良好的非一般通信方式。实现TDCS卫星隐蔽通信必须具备下列基本条件方能实现，这些条件主要是：

1、良好的抗干扰能力。卫星中原通信系统业务信号在接受隐蔽信号信息中其实质是一种干扰信号，故而TDCS做隐蔽信号通信时要确保通信可靠性，低发射功率条件下该通讯过程必须要求具有良好的抗干扰能力。

2、良好的隐蔽能力。在卫星通信链路内衡量重叠信号所具有隐蔽性的性能指标，第一隐蔽通信的信号不能被轻易发现，也就是说隐蔽信号存在不能对卫星通信中正常通讯造成太大的干扰，具体而言就是不引起信噪比过量变化，其实质就是卫星隐蔽通信在隐蔽通信中具有良好的不可感知性能，第二则是特定情况中下行链路在地面的侦察接收机不能检测隐蔽信号所具有的可靠性，其实质就是说卫星通信中隐蔽通信具有不可检测的特性。

三、TDCS抗干扰性能分析

当存在干扰条件，解调器输出信号干扰噪声比决定着系统所具有的抗干扰性能，故而能够对TDCS隐蔽解调信号干扰噪声比进行理论推导来判定系统所具有的抗干扰性能。

TDCS隐蔽信号基函数幅度谱矢量必须建立在原系统业务信号基础之上进行信号结构构造，故而假设指定转发器带宽上原系统业务信号是J（t），对等效基带信号采样的表达公式则是：

卫星通信的基本原理范文第2篇

关键词 卫星导航原理 课程建设 导航工程专业

中图分类号：g424 文献标识码：a

the preparation for the construction of the course theory of satellite navigation for the specialty of navigation engineering

xu xiaohua， huang jinsong， zhou xiaohui， zhang xiaohong

（school of geodesy and geomatics， wuhan university， wuhan， hubei 430079）

abstract this paper is focused on the constructions for the new specialty "navigation engineering". the task of the course "theory of satellite navigation" is presented and the relationship between this course and "theory and application of gps" of the specialty of geomatics is analyzed. the preparation status for the textbook of this course is shown.

key words theory of satellite navigation； course construction； the specialty of navigation engineering

0 引言

导航工程专业作为一门新增设的本科专业，其各门主干课程的教学实施需要进行大量的探索和总结。笔者在对该专业的设立背景进行介绍的基础上，针对其中一门专业基础课程卫星导航原理的建设，围绕该课程的建设目标、与已有相关成熟课程的联系和区别、教材的主要内容等方面进行思考和讨论，以期为该课程的教学实施做好充分准备。

1 导航工程专业

导航工程专业是武汉大学于2011年向国家教育部成功申请增设的新专业。该专业旨在培养从事导航定位技术研发及应用的复合型高层次人才。作为一门多学科交叉的边缘性学科，导航工程专业与测绘工程专业有着紧密联系。武汉大学测绘学院是建设导航工程本科专业的主要依托单位之一。我院在全国测绘学科的综合实力上处于领先地位，在测绘工程专业的多年建设中已积累了大量经验和丰富资源，并在上世纪九十年代就以开设导航班的形式对导航人才的培养方式进行了探索。但测绘工程专业强调的是如何利用各种测量设备进行地理空间数据的采集和处理。卫星导航定位技术作为一种测量手段是测绘工程专业关心的对象，但主要局限于卫星定位在测量上的应用，在导航方面的内容则非常有限。

依托已成熟的测绘工程专业来开展新兴的导航工程专业的建设，如何继承与创新是需要解决的问题。导航工程专业主干课程大部分与原测绘工程已开设的课程之间有着密切关系，在课程建设上要把握好新开课程与已有相关课程各自的定位，在已有课程的基础上切实把新开课程建设好。

2 卫星导航原理课程的建设

2.1 课程目标

卫星导航原理是针对导航工程专业所开设的一门专业基础课程，目的是通过该课程的学习，使学生全面掌握卫星导航的基本原理、技术和方法。学生在进行本课程学习之前，已修完了导航概论、导航学、最优估计等专业基础课程，对导航的基本概念、基础理论、导航技术、导航涉及的主要数学方法已经有了明确的整体认识。卫星导航、惯性导航、组合导航等不同导航技术的具体内容则在后续课程中逐一展开。与卫星导航技术有关的系列课程包括本课程、卫星导航数据处理方法、嵌入式系统与程序设计。在该系列课程中学生最先接触的是本课程，完成对基本原理方法的学习。其后进一步通过卫星导航数据处理方法这一门课掌握与工程实践密切相关的数据处理技术；通过嵌入式系统与程序设计这一门课培养与卫星导航有关的软件开发能力。

2.2 本课程与gps原理及其应用的联系与区别

gps原理及其应用是测绘工程专业的主干课程。作为测绘工程专业卫星导航定位系列课程的第一门，该课程着重介绍以gps为代表的卫星导航定位系统在测量定位应用中的基本理论与方法。完成该课程的学习之后，测绘工程专业的学生可根据具体方向选修gps数据处理、gps程序设计等后续课程。卫星导航定位系列课程经过多年建设，已取得丰硕的成果。该教学团队荣膺部级教学团队，gps原理及其应用也被评为国家精品课程。目前导航工程专业卫星导航系列课程的建设正是由该团队来

担。凭借在卫星导航定位技术方面多年的经验积累，团队有足够实力做好这一工作。而原有已成熟的优质课程也为相关新课程的开设打下了坚实基础。其中gps原理及其应用就是卫星导航原理这门课程的先行者。

gps原理及其应用这门课程的主要内容包括卫星导航系统组成、gps信号结构、gps测量的误差来源、gps定位模型、gps应用。这些内容在卫星导航原理中都将涉及，因此就课程建设而言，原有教材内容、课件以及教学方法等资源在新课程建设中均可继承使用。但是继承并不等于完全照搬，虽然两门课程之间关系密切，但由于导航工程专业与测绘工程专业的培养目标不同，两个专业培养方案中课程体系的总体设计不同，卫星导航原理和gps原理及其应用两门课程涵盖的具体内容和讲授重点均各有不同。总的来说，gps原理及其应用侧重于卫星导航定位系统与定位有关的基本原理和应用，而卫星导航原理侧重于与导航有关的基本原理。后者将涉及导航数据协议、导航完备性相关理论和方法，而这些内容在gps原理及其应用中鲜有提及。另外，gps原理及其应用主要针对美国的gps系统介绍卫星导航定位技术。而近年来我国自主建设的北斗卫星导航定位系统已逐渐成熟并在国防和国民经济建设中发挥重要作用。北斗和gps系统在星座设计、信号结构等方面有较显著的区别。虽然原有课程也包含了对除gps之外的其他卫星导航定位系统的介绍，但内容相对简略。随着北斗系统建设的进一步推进，其在未来导航市场上将占据与gps、galilieo等系统分庭抗礼的地位。导航工程专业学生未来的就业机会将与如何有效利用北斗导航定位系统，基于该系统开发相关应用服务平台等有关。在校学习期间有必要对北斗系统有深入的认识，因此卫星导航原理这门课程应该增加全面介绍北斗系统的内容。

2.3 本课程的教材建设

编写内容全面、体系合理的教材在课程建设中占有举足轻重的地位。目前部级规划教材《gps测量与数据处理》很好地满足了测绘工程专业gps原理及其应用以及gps数据处理两门课程的授课需求。考虑到卫星导航原理和gps原理及其应用两门课程虽然在内容覆盖上有一定重复度，但讲授对象、课程内容各有不同，在原《gps测量与数据处理》编著者的组织下，卫星导航原理教材的编写工作被提上议程。

卫星导航原理教材内容包括卫星导航的发展及应用前景、现代卫星导航系统的基本组成、基本信号结构及工作原理、卫星导航信号的生成、捕获和跟踪方法、主要误差源，常见误差处理方法、卫星导航定位的数学模型和数据处理方法、卫星导航系统增强的基本方法，高精度gnss定位与定姿、卫星导航定位中常用的协议及数据格式、卫星导航系统的完备性等。目前教材编写工作正在紧张进行中，完成之后有望为国内导航工程专业的人才培养提供重要的借鉴与参考。

3 结束语

综上所述，卫星导航原理课程的建设将以测绘工程专业的精品课程gps原理及其应用为基础，结合导航工程专业人才培养目标以及课程体系进行。其教材内容将覆盖卫星导航基本理论方法，并反映国内外卫星导航技术最新发展状况。

项目资助：武汉大学测绘学院2012年本科专业综合改革教学研究项目（编号：201212）；湖北省教学研究项目“测绘工程专业课程体系综合改革”

卫星通信的基本原理范文第3篇

关键词：卫星定位；北斗导航系统；移动定位终端；设计

1.移动终端定位导航系统的研究与分析

目前，多是按照移动终端使用范围对移动终端定位导航系统进行分类，主要包括室外定位和室内定位。室外定位技术可分为卫星定位技术与惯性导航器定位技术两种。室内定位系统多采用无线移动通信网络进行定位可分为超声波、红外、蓝牙、射频识别（Radio Frequency Identification，RFID），WiFi、超宽带定位技术等。

根据定位策略可把定位技术分为网络定位和移动终端定位技术两种。网络定位系统包括接收信号方向定位（AOA）、场强信号定位（RSS）、信号传播时间定位（TOA等），这些技术主要依靠强大的网络通信能力，在网络端接收移动终端发射的信号，利用算法估算移动终端的定位信息，通过移动通信网络把其位置信号再发送给移动终端系统。移动终端定位技术包括基站定位（Cell ID）、卫星定位，通过移动终端接收基站发射的带有基站位置等特征信息的信号，按照约定的算法估算出移动终端的定位等信息。

而根据定位原理又可分为临近关系定位、三角测量定位和场景分析定位等定位技术。三角测量定位技术又可细分为传播时间定位、能量衰减定位、角度定位等。

2.北斗卫星定位系统定位原理

卫星定位技术依据同一坐标系空间内己知的多个点的位置坐标数据，利用空间距离交会的方法计算未知点的坐标值，实现定位、导航功能。2000年，北斗卫星定位系统采用中国大地坐标系（China Geodetic Coordinate System，CGCS2000），CGCS200C唑标系以地球质心作为原点，x轴指向国际地球自转服务机构制定的参考子午面和垂直于z轴的赤道面交点的方向，z轴也是由x轴、Y轴利用右手法则确定，指向国际地球自转服务机构指定的地球参考极方向。如图1所示。

公式（2）中，δtu表示移动终端的接收时间差，p表示误差修正系数。根据数学计算要求，在卫星数n≥4时，可以计算出δtu的值以及A点的准确定位坐标（z、y、z），从而实现卫星定位及导航功能。

北斗卫星定位系统结构分为空间段、地面段、用户段三部分。空间段由5颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星和3颗倾斜同步轨道卫星，共计35颗卫星构成。其中，中地球轨道卫星约在21600km高度运行；静止轨道卫星在约为35810km高度运行，定点分布在赤道面的58.75°E，80°E，110.5°E，140°E，160°E位置上，27颗中地球轨道卫星均匀分布在3个轨道面上，相邻轨道面之间的夹角为120°；3颗倾斜同步轨道卫星约在35900km高度运行，且分布在3个轨道面上。空间段卫星主要接收地面段注入站注入的导航电文、卫星星历、差分完好性等信号信息，计算处理为北斗卫星信号，并持续不断地把这些信号发送给地面接收端。

地面段由主控站、注入站、监测站组成。主控站时系统的核心，负责管理和控制北斗定位导航系统，其功能是从监测站接收地面环境参数，进行计算处理后生成北斗卫星的导航电文及差分完好性信息，最后发送给注入站。注入站负责发送导航电文、差分完好性信息等给北斗卫星，控制管理北斗卫星的正常工作。监测站负责跟踪、监测、接收北斗卫星信号，并转发给地面主控站，同时提供北斗卫星时间同步参考。用户段即移动北斗卫星定位导航终端，负责接收、处理北斗卫星信号，获得用户需要的高度、经纬度、速度、时间等定位、导航信息。

3.北斗定位导航系统移动导航定位终端设计

3.1北斗定位导航系统移动导航定位终端结构

北斗定位导航终端采用移动式设计开发，采用独立的操作系统和良好人机界面设计，其特点为体积小、重量轻、交互友好、安全性高，能够实现全天候准确定位、通信等。子模块功能包括用户界面、通信、定位、地图显示、地图搜索、电子地图、系统加密、系统维护等。用户界面采用表单或字符输入方式接收用户指令，并以图形、文字等方式返回数据。通信功能主要是接收卫星信号，向主控模块传递信息等。根据用户选择的定位方式得到移动终端所出的准确坐标。地图显示可以提供区域地图、用户当前位置地图等地图信息，在用户进行方向选择、动态移动、拉近拉远等操作时，实时动态进行信息变化；系统可以根据用户输入的某一地点的信息，搜索该点位置并精准显示，在用户输入出发地和目的地后，通过路由算法找到最短路径，提供导航地图。电子地图模块在于存储地图文件等信息。系统可以使用AES等算法对发送数据进行加密，确保数据的安全性。系统能够根据用户需要对导航终端进行必要的设置，定期备份、更新地图数据，提供所有的地图文件下载接口，设置用户各种操作权限，在软件出现新版本时出现版本更新提示等等。

3.2系统硬件设计

本文设计的硬件系统主要包括射频信号处理模块、数字基带信号处理模块和天线接口。射频信号处理模块由射频信号处理芯片电路、噪声放大器（LNA）电路、温补晶振（TCXO）和声表面波滤波器（SAW）电路等电路组成。射频信号处理芯片与温补晶振电路对卫星高频信号进行放大、混频、滤波、ADC转换，输出数字中频信号；噪声放大器实现对卫星信号功率放大；声表面波滤波器电路滤除带外干扰等杂散信号。数字基带信号处理模块主要由数字基带信号处理芯片、串行接口电路、RTC晶振电路等构成，接收上一级数字中频信号并进行解调，获得卫星的伪距、载波相位、导航电文等信息，通过算法进行计算，输出符合标准协议的数据信息；卫星天线接口负责连接北斗卫星信号的接收天线。硬件电路结构如图2所示。

3.3操作系统设计

导航定位终端系统操作系统采用Linux网络系统，具有兼容性、可移植性、开放性、精简性、可定制等特点。嵌入式Linux系统通过引导程序、Linux微内核、初始化进程等进行系统初始化，通过下载源码、建立交义编译环境，配置编译内核，制作文件系统，下载和调试内核LS等环节，方便地将嵌入式Linux移植到硬件平台上，时动态进行操作系统更新和操作。

卫星通信的基本原理范文第4篇

卫星移动天线系统

卫星移动天线系统是特种天线，是由军事转为商业用途的高科技的天线，是由一整套卫星移动通信技术和设备组成的系统。

卫星移动天线系统是运动中接收卫星信号或发射、接收双向通信的天线。卫星移动天线系统采用激光制导、遥测天控技术、GPS卫星定位等技术，能自动捕获目标卫星；采用先进的自跟踪技术，能在载体运动的情况下，对卫星进行高精度的自动跟踪。

根据接收方式不同，分为：在固定地点、自动寻星的卫星移动天线系统―――静中通；运动中自动寻星、接收卫星电视信号的卫星移动通信天线系统―――动中通。

根据通信方式不同，分为：单向接收卫星电视信号的天线系统―――单向卫星移动天线系统；可进行双向移动通信的天线系统―――双向卫星移动通信天线系统。

单向卫星移动天线系统可以接收卫星电视、卫星广播、图文资料等多媒体信息，广泛应用于汽车、火车、轮船、气垫船、海上石油平台、物探船、军舰。

双向卫星移动通信天线系统可进行移动通信。通过卫星在移动过程中直接通信，不间断地双向传输图象、数据、语音等多媒体信息，进行电视直播、电视转播、语音通讯、视频会议、远程调度管理，应用于电视直播、卫星通信、转播车、电视台、银行、军队、军舰、气垫船、水陆两用坦克、公安、以及大型调度管理系统。

卫星移动天线系统还可以利用基本的原理，在功能上进行扩展，将移动载体的通信进行广度和深度的充分应用。卫星移动天线系统可广泛应用于电视台、电视直播、电视转播、长途客运、野外地质、勘探、测绘、公安巡逻、指挥、消防现场指挥车、飞机 、地勤车辆、铁道列车、内河船舶、海洋客货渔轮、海洋石油钻井平台及后勤船舶、海军战舰及后勤给养运输船、 油轮、银行、金融系统、公交、交通管理、救援和坦克、装甲摩托化战车、以及其他大型调度管理系统。如图1 悍马车载天线、图2 船载天线所示。

卫星移动通信系统

卫星移动通信系统是多项尖端科技的结晶。1962 年，美国利用微波中继通信技术成功地发射了“电星一号”能动型通信卫星，开始了卫星通信的历史。

当第一颗通信卫星发射升空之后，卫星通信专家、军事通信专家和军事战略家就瞄准了卫星移动通信的巨大、广泛的潜力和深远的军事意义。现代战争是信息的战争。卫星是信息战中的重要信息平台和信息支援。卫星、卫星通信、卫星移动通信关系到信息战的胜负。卫星通信与信息战之间存在着密切的联系。

在运动中传输图像、语音、数据是各国卫星通信的难题。卫星移动通信系统面临极大的挑战。一般天线、通信站（编者注：即用户终端）都是固定或定点的，或是移动式通信车将车辆开到固定地点，然后进行卫星通信作业。但这种方式越来越不能满足现代通信的要求。卫星通信的优点是覆盖范围广，缺点就是不能像无线通信一样可以移动通信。所以不论商业通信、军事通信等总受到限制。

卫星移动通信系统要解决传输速率、通信质量和保证运动中进行通信的难题。传输速率要高于低轨道卫星移动通信的传输速率，并可捷变；传输图像、语音、数据等高速信号，而信号质量要与静止通信一样；载体在路面、海面等不稳定的运动速度、运动方向下，要保证通信的速率和质量；载体和天线在随机行进的情况下，受到电波干扰、电子干扰；高楼、桥洞、森林、山体遮挡；雨衰、大浪强风、磁场等干扰，要尽快恢复通信中断。

由于技术和时代的限制，卫星移动通信技术没有多大进步。进入九十年代，数字技术、通信技术、计算机技术、激光陀螺技术、激光陀螺制导控制技术、遥测天控技术、全球GPS定位技术等高科技的诞生和发展，卫星宽带移动通信系统应运而生。

卫星宽带移动通信系统SMCS（Smooth Mobile Communication System）―――动中通，成为各国研制开发的重要目标，并研发出多种动中通。

卫星移动通信系统的动中通最早装备美军。为使快速前进的部队与指挥官及其它军种、司令部之间保持连续通信，而装备在美国陆军的车辆、装甲车、坦克通信车上；而在海军的各类军舰、航空母舰上增添了一个个绿色、黑色、白色、乳白色和迷彩色的半球型、半圆头柱体型的动中通。动中通以轻便、快速为主要特点，部队中途停下来架设天线的作战方式，已成为过去，已不适应当今的作战速度。

美国的“凤凰计划”其中一个重要项目就是研制保密、移动、抗干扰、可靠的、简单和大容量通信战术终端（SMART-T），作为单向透明战略的重要、必要的技术和设备。

美国的Mosaic ATD计划是将美国DARPA资助的GloMo、SUO SAS、ACN（空中通信节点）项目技术与陆军通信及电子司令部（CECOM）研究发展中心（RDEC）的几项研究技术结合在一起，进行移动通信演示。通过验证和筛选，把商用产品和国防部的研究成果集成在一起，目标是满足未来战斗系统（FCS）和目标部队（Objective Force）的通信需求以及战场指挥系统基础结构的可移动性，形成一个战场所需的无缝隙通信体系结构。Mosaic是多功能的动中通、抗毁、抗扰、自适应综合通信系统。

美国已开发出用于“悍马”车使用的新型更小更轻便的动中通。位于麻省的沃尔瑟姆雷声公司制造的安装在“悍马”车上的动中通―――SMART-T，同时还适用于高级极高频飞机。

SMART-T首次应用于伊拉克战争。美国动用了GPSIIR-8和国防卫星通信系统IIIA-3卫星在内的数十颗军用卫星和部分商用卫星，卫星总数多达 100 多颗。10多颗侦察卫星以及伊诺克斯-2 等商用遥感卫星对伊方的军事行动进行严密监视；KH-12光学成像卫星、“长曲棍球”雷达成像卫星等俯视整个伊拉克战场；“大酒瓶”等电子侦察卫星监测伊拉克无线电信号。

在伊拉克战场上，美国借助于卫星，信息化战场变得高度透明。美英联军能迅速获取各类静态和动态的作战信息，并实时地传递和处理。信息的获取达到了精确化、实时化。美英的动中通利用信息打击、瓦解、欺骗伊军，伊军迅速土崩瓦解。动中通的功能、威力引起各国军方的注意。

2004年10月，位于美国西盐湖城的L-3通信公司设计开发出为多功能卫星移动通信终端，也属于“凤凰”计划的一部分。该设备十分小巧，首期装备美国陆军，并将装备海军陆战队、空军、预备役部队和国民警卫队。

加州阿纳海姆的波音作战管理C3分部和麻省马尔伯勒的雷声网络中心系统机构负责研究生产卫星移动通信以及各军种间地对地，地对空卫星通信的更新一代的通用终端。

英国的Thales公司参与了美军JTRS计划和英国的Bowman 计划，开发出系列增强型数字卫星移动终端，支持战时的信息传输；法德两国联合研制的多模式多用途高级演示模型MMR-ADM提出了未来战术通信系统。

美国SeaTel公司专门研发海上移动通信，为军舰、潜艇、航空母舰、大型商船、货轮、油轮提供海上无间断的通信和电视服务。

空中移动通信，最典型的是美国应用于无人机全球鹰―――Global Hawk，全球鹰的卫星移动通信，凭借卫星覆盖范围广的优势，将侦查的图像、照片实时回传司令部。

卫星、卫星通信已经越来越成为各种武器的“神经”。数字化部队、数字化战场、非线性作战、全维作战、立体空间作战、信息战争、机器人战士、智能战争等都离不开卫星、卫星通信、卫星移动通信。

在军事领域发挥作用的同时也广泛应用于民用。俄罗斯、印度、中国、日本、以色列、意大利、澳大利亚等20多个国家对卫星移动通信展开深入研制。全球领先的卫星移动天线和通信解决方案供应商 RaySat(TM)，Inc.推出了全球最小的卫星电视车辆天线 TeleRay(TM)。TeleRay天线是为日本国内汽车市场而开发的。TeleRay 厚度为 2.5CM，直径为 40CM，是一种小尺寸车顶天线，行驶车辆中的乘客能够观看现场直播的日本 BS/CS 卫星电视广播。

卫星移动通信系统技术

1．卫星移动通信系统可以通过任何一颗地球同步卫星或空中平台，超越时间和空间的限制，实现点对点、点对多点卫星移动多媒体通信，并能迅速将移动载体中的多媒体数据瞬时传到世界各地和接收世界各地的多媒体信息。但卫星移动通信系统要克服电波在运动传输时的各种致命的影响。

（1）陆地卫星移动通信：陆地卫星移动通信的电波在运动传输时，会遇到各种物体，经反射，散射、绕射、到达接收天线时，已成为通过各个路径到达的合成波。各传输路径分量的幅度和相位各不相同，造成合成信号起伏很大，形成多径衰减。电波经建筑物、树木等阻挡被衰减，对车载等陆地卫星移动通信系统的信号传输造成极大威胁。

（2）海上卫星移动通信：海上卫星移动通信的传输，有来自近处的正常反射波镜面反射，也有来自前方较广范围的非正常反射波杂射波。

（3）航空卫星移动通信：航空卫星移动通信由于速度的关系，有来自更多、广泛的非正常反射波杂射波。当飞机移向卫星时，频率变高，远离卫星时，频率变低，而且由机的速度十分快，就会产生“多普勒效应” ”。

1842年，奥地利物理学家、数学家多普勒•克里斯琴•约翰(Doppler Christian Johann) 在文章 “On the Colored Light of Double Stars” 首先提出了“多普勒效应"(Doppler Effect)这一理论。多普勒频移，也称多普勒效应，是为纪念多普勒而命名的。

多普勒发现声波频率在声源移向观察者时变高，而在声源远离观察者时变低。把声波视为有规律间隔发射的脉冲，可以想象为你每走一步，便发射了一个脉冲，在你之前的每一个脉冲都比你站立不动时更接近你自己；而在你后面的声源则比原来不动时远了一步。或者说，在你之前的脉冲频率比平常变高，而在你之后的脉冲频率比平常变低了。

多普勒效应不仅仅适用于声波，适用于所有类型的波形，包括光波。科学家Edwin Hubble使用多普勒效应得出宇宙正在膨胀的结论。他发现远处银河系的光线频率在变高，即移向光谱的红端。这就是红色多普勒频移，或称红移。若银河系正移向他，光线就称为蓝移。

在卫星移动通信中，当飞机移向卫星时，频率变高，远离卫星时，频率变低，而且由机的速度十分快，就会产生“多普勒效应”。非静止卫星本身也具有很高的速度，两个高速移动的物体进行通信，难度很大，所以航空卫星移动通信系统是由静止卫星提供，尽量消除“多普勒效应”。

2．卫星移动通信系统可与区域网和地域网实现有线或无线接入，组成天地合一的无缝通讯网，使信息得到广度和深度的传播与利用，是众多顶尖高科技综合运用综合研发的方向

3．卫星移动通信系统运用了激光陀螺制导控制系统、遥测天控技术、全球GPS定位技术等高科技。

惯性导航制导系统简称惯导系统：

最早应用惯性制导武器系统的是二战时期德国的V－2火箭。经过半个多世纪的发展，惯性制导系统的应用被扩展到海陆空各大军事民用领域，已经成为高科技武器装备不可缺少的子系统，广泛运用在海、陆、空各种运载工具，在国防科技上占有十分重要的地位，也是世界各军事强国重点发展的技术领域之一。

惯导系统的主要组成部分包括：陀螺、加速计和计算机。

陀螺是关键部件。陀螺主要分为机电陀螺和光学陀螺，光学陀螺分为激光陀螺与光纤陀螺。光学陀螺是对机电陀螺的重大突破，激光陀螺已逐步替代了机电陀螺。

激光陀螺的原理是利用光程差来测量旋转角速度（Sagnac 效应）。激光在闭合光路中，由同一光源发出的沿顺时针方向和反时针方向传输的两束光和光干涉，利用检测相位差或干涉条纹的变化，就可以测出闭合光路旋转角速度。激光陀螺仪的基本元件是环形激光器，环形激光器由三角形或正方形的石英制成的闭合光路组成，内有一个或几个装有混合气体（氦氖气体）的管子，两个不透明的反射镜和一个半透明镜。用高频电源或直流电源激发混合气体，产生单色激光。为维持回路谐振，回路的周长应为光波波长的整数倍。用半透明镜将激光导出回路，经反射镜使两束相反传输的激光干涉，通过光电探测器和电路输入与输出角度成比例的数字信号。

光纤陀螺三轴惯测仪是由三个光纤陀螺仪和三个石英挠性摆式加速度计组成，可以实时地输出载体的角速度、线加速度、线速度等数据，具有对准、导航和航向姿态参考基准等多种工作方式，用于移动载体的组合导航和定位，同时为随机运动的天线的机械控制装置提供准确的数据。主要性能：加表精度 1×10-4g；光纤陀螺精度(漂移稳定性)≤1°/h；标度固形线性度≤5×10-4。

激光陀螺除导航功能外，还可为舰艇上的武器控制和作战管理系统提供精确的姿态和航向数据。

由激光陀螺、线加速度计和控制线路等组成的系统称为激光陀螺捷联惯性导航系统，简称激光制导系统、激光惯导系统或激光陀螺惯导系统。激光惯导系统能实时解算出车辆、舰船、飞机、导弹、火箭等载体的航向姿态、速度和位置变化并输送到控制系统，从而实现自主导航、精确制导，是理想的导航平台、发射平台、通信平台和测量平台。

我国某航天军工公司的激光陀螺捷联惯性导航系统技术指标表1。

激光陀螺、激光陀螺惯性制导系统作为精确制导和精确定位的关键技术，已得到大量装备和使用。

1982年，美国开始在“战斧”式空对舰巡航导弹上用激光陀螺替代原来的扰性陀螺。

1986年，激光陀螺系统在“阿里亚娜”运载火箭上试飞成功。激光陀螺迅速应用到几乎所有型号的导弹惯导系统中。

1997年，以激光陀螺为核心的第二代标准惯导系统。在美国已被大量应用到各类军用飞机上，如F－117A隐形战斗机。采用激光陀螺/GPS导航的飞机的导航精度平均达到了5.2米。

近年来，美国和北约海军军舰近年来用激光陀螺惯导系统取代用于潜艇和各种水面船只的扰性陀螺仪。

美国陆军对炮兵多管火箭系统进行增程，射程从32公里提高到45公里，随着射程的提高，投放误差也将增加，采取了激光陀螺制导系统，不但提高射程还提高了火箭命中率。

美军已大量装备了激光陀螺惯性制导系统，复杂山路上运动中的地面通信车、海面上运动中的舰艇、各种战机和导弹能在运动中时刻精确对准军用卫星，进行无障碍通信。

激光陀螺惯导系统的优越功能决定了首要的应用领域是在军事上，同时也迅速应用与民用方面，用途甚广。

1980年，激光陀螺被美国波音公司选中，最早用于新研制的波音757客机、767客机的导航系统中。

1981年，欧洲的空中客车A310也采用了该系统。激光陀螺惯导系统不但在导航精度上大大提高，同时它比常规的惯导系统的可靠性提高5倍以上。

激光陀螺惯导系统在“动中通”上的应用，能为商船、火车、汽车提供运动中卫星通信、导航以及在运动中接收卫星电视信号。

卫星移动通信系统组成

卫星移动通信系统是由卫星自动跟踪系统和卫星通信系统两部分组成。

1．自动跟踪系统：卫星自动跟踪系统是天线在载体运动时对卫星的准确指向。

（1）天线系统：卫星天线的工作状态是三维运动的。采用卸载和储力方式减小天线传动时的负载惯量。由于各种运动力的影响，卫星的位置在不断地漂移，其姿态也在细微地改变，天线能减少指向误差。

（2）伺服系统：采用位置环或速度环控制方式，使用模拟硬件提高电路响应速度，减小伺服跟踪系统的动态滞后误差。

（3）数据处理：计算平台，对误差信号、载体的动态信号进行处理，计算出天线的控制信号。

（4）载体测量：

卫星移动通信系统对运动载体与卫星的测量提出极高的要求。

捷联式惯性导航系统测量出载体的变化量，天线根据跟踪参数实时调整指向。捷联式惯性导航系统的主要设备是激光陀螺，激光陀螺是在光学干涉原理基础上发展起来的新型导航仪器 能对物体进行精确定位。

石英挠性摆式加速度计是由熔融石英制成的敏感元件，挠性摆式结构装有一个反馈放大器和一个温度传感器，用于测量沿载体一个轴的线加速度。

2．卫星通信系统：卫星通信系统是将上行信号传输到卫星，卫星转发器传送下行信号到地面卫星接收系统；或单方向接收卫星信号设备。卫星电视双向传输的主要设备有：编/解码器、调制/解调器、上/下变频器、高功率放大器、双工器和低噪声放大器。如图5 美国Rantec 微波系统公司飞机卫星天线内部所示。

卫星移动通信系统工作原理

载体在运动过程中，由于姿态和地理位置发生变化，会使卫星天线的指向偏离卫星，造成通信中断。必须对载体的这些变化进行隔离，使天线始终对准卫星。这是天线稳定系统要解决的主要问题，也是移动载体进行不间断卫星通信的前提。

位置的经度和纬度及相对水平面的初始角。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。

载体运动过程中，测量出载体姿态的变化，通过数学平台的运算，变换为天线的误差角，通过伺服系统调整天线方位角、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。

跟踪方式有自动跟踪和惯导跟踪两种。自动跟踪是依靠卫星信标进行天线闭环伺服跟踪；惯导跟踪是利用陀螺惯导组合敏感载体的变化进行天线跟踪。这两种跟踪可根据现场情况自动切换。

当系统对星完毕转入自动跟踪后，以自动跟踪方式工作；同时，惯导系统也进入工作状态，并不断输出天线极化、方位和俯仰等数据。

当由于遮挡或其它原因引起天线信标信号中断时，系统自动切换到惯导跟踪方式。同时，利用先进的卫星移动通信系统传输广播电视信号，可完全达到现场转播效果。

载体可在20～100km/h的行驶速度下通过卫星双向传送或接收卫星信号、电视信号，运动载体在运动过程中不间断进行卫星通信。

卫星移动通信系统的评价

1．卫星移动通信系统的优点

（1）自主跟踪。采用自主跟踪方式跟踪卫星，充分利用了卫星通信覆盖区域大、抗干扰能力强、线路稳定的特点，可实现点对点、点对多点、点对主站的卫星移动通信；

（2）灵活机动。能确保快速、实时的静态、动态的现场通信；

（3）自动重捕时间短。驶出通信盲区后能快速恢复通信；

（4）通信质量可靠。信号传输过程的节点少，提高通信质量和可靠性；

2．卫星移动通信系统的缺点

（1）通信盲区：在环境比较复杂的情况下，高楼、桥洞、树林、山体遮挡；雨衰、大浪强风等干扰，会出现信号中断现象；

卫星通信的基本原理范文第5篇

关键词：GPS；工程测量；应用实例

Abstract: This paper described the global positioning system (GPS) of the basic structure and the measurement principle, summarizes the characteristics of GPS used in engineering measurement is introduced, application of GPS in engineering survey.

Keywords: GPS; engineering measurement; application

中图分类号：TV87文献标识码A 文章编号

引言：近年来，随着社会经济以及时代的发展，世界的各项科学技术也开始有了决定性的提高。其中有位应用广泛的是美国与20世纪70年代研制的卫星导航与定位系统，也就是如今俗称的全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）。而GPS简单而言，其就是以卫星最为基础的无线电卫星导航定位系统，其特点是具有全能性以及全球性、全天候以及连续性和实时性的精密三维卫星导航以及定位的功能。不仅如此，其还具有极好的抗干扰性以及保密性，因而，使得其在如今国家的大地测量以及工程测量，航空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得到了极大的应用［1］。本文就简单的介绍和分析了GPS在山区工程测量中的应用，并提出几点体会。1GPS简介1．1GPS构成GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。（1）GPS空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道平面的倾角为55°，卫星的平均高度为20 200 km，运行周期为11 h 58 min。卫星用L波段的两个无线电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号，导航定位信号中含有卫星的位置信息，使卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻，在高度角15°以上，平均可同时观测到6颗卫星，最多可达到9颗。 （2）GPS地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。主控站根据各监 测站对GPS卫星的观测数据，计算各卫星的轨道参数、钟差参数等，并将这些数据编制成导航电文，传送到注入站，再由注入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。

（3）GPS用户设备由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备（如计算机）等组成。GPS接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，跟踪卫星的运行，并对信号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相应软件，经基线解算、网平差，求出GPS接收机中心（测站点）的三维坐标。1．2GPS定位原理GPS定位是根据测量中的距离交会定点原理实现的［2］。如图1所示，在待 测点Q设置GPS接收机，在某一时刻tk同时接收到3颗（或3颗以上）卫星S1、S2、S3所发出的信号。通过数据处理和计算，可求得该时刻接收机天线中心（测站点）至卫星的距离ρ1、ρ2、ρ3。根据卫星星历可查到该时刻3颗卫星的三维坐标（Xj，Yj，Zj），j＝1，2，3，从而由下式解算出Q点的三维坐标（X，Y，Z）：

1．3GPS测量的特点相对于常规测量来说，GPS测量主要有以下特点：①测量精度高。GPS观测的精度明显高于一般常规测量，在小于50 km的基线上，其相对定位精度可达1×10－6，在大于1 000 km的基线上可达1×10－8。②测站间无需通视。GPS测量不需要测站间相互通视，可根据实际需要确定点位，使得选点工作更加灵活方便。③观测时间短。随着GPS测量技术的不断完善，软件的不断更新，在进行GPS测量时，静态相对定位每站仅需20 min左右，动态相对定位仅需几秒钟。④仪器操作简便。目前GPS接收机自动化程度越来越高，操作智能化，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录。⑤全天候作业。GPS卫星数目多，且分布均匀，可保证在任何时间、任何地点连续进行观测，一般不受天气状况的影响。⑥提供三维坐标。GPS测量可同时精确测定测站点的三维坐标，其高程精度已可满足四等水准测量的要求。

2应用实例2．1工程概况本文涉及的工程由某集团公司投资建造，是一个集休闲、娱乐、旅游、渡假等功能于一体的综合项目。工程位于城郊，占地66．7 hm2多，属两山夹一沟地形，山地面积约占三分之二。最高处约90 m。山上树木茂盛，地形复杂，通视困难，行走不便。为了该工程的设计和施工，需建立首级控制网。考虑到工程复杂，工期较紧，测区通视困难，地形起伏大等因素，决定采用GPS测量。2．2GPS测量的技术设计（1）设计依据GPS测量的技术设计主要依据1999年建设部的行业标准《城市测量规范》、1997年建设部的行业标准《全球定位系统城市测量技术规程》［3］及工程测量合同有关要求制定的。（2）设计精度根据工程需要和测区情况，选择城市或工程二级GPS网作为测区首级控制网。要求平均边长小于1 km，最弱边相对中误差小于1／10 000，GPS接收机标称精度的固定误差a≤15 mm，比例误差系 数b≤20×10－6。

（3）设计基准和网形如图2所示，控制网共12个点，其中联测已知平面控制点2个（I12，I13），高程控制点5个（I12，I13，105，109，110，其高程由四等水准测得）。采用3台GPS接收机观测，网形布设成边连式。 专业的3S站 （4）观测计划根据GPS卫星的可见预报图和几何图形强度（空间位置因子PDOP），选择最佳观测时段（卫星多于4颗，且分布均匀，PDOP值小于6），并编排作业调度表。2．3GPS测量的外业实施（1）选点GPS测量测站点之间不要求一定通视，图形结构也比较灵活，因此，点位选择比较方便。但考虑GPS测量的特殊性，并顾及后续测量，选点时应着重考虑：①每点最好与某一点通视，以便后续测量工作的使用；②点周围高度角15°以上不要有障碍物，以免信号被遮挡或吸收；③点位要远离大功率无线电发射源、高压电线等，以免电磁场对信号的干扰；④点位应选在视野开阔、交通方便、有利扩展、易于保存的地方，以便观测和日后使用；⑤选点结束后，按要求埋设标石，并填写点之记。（2）观测根据GPS作业调度表的安排进行观测，采取静态相对定位，卫星高度角15°，时段长度45min，采样间隔10 s。在3个点上同时安置3台接收机天线（对中、整平、定向），量取天线高，测量气象数据，开机观察，当各项指标达到要求时，按接收机的提示输入相关数据，则接收机自动记录，观测者填写测量手簿。2．4GPS测量的数据处理GPS网数据处理分为基线解算和网平差两个阶段，采用随机软件完成。经基线解算、质量检核、外业重测和网平差后，得到GPS控制点的三维坐标，其各项精度指标符合技术设计要求。

3结束语通过上文对GPS在工程测量中的应用，得到如下体会。（1）GPS控制网的特点。其主要特点是选点灵活和布网方便，而且基本能够不受通视、网形的限制，这对于在地形复杂以及通视困难的测区，具有无可拟比的优越性。（2）GPS接收机观测。就其观测而言，其基本实现自动智能化，而且随着技术的提高其观测时间也在不断减少，这样使得作业强度降低了。另外值得注意的是其观测的质量问题，其主要是受观测时卫星的空间分布以及卫星信号的质量影响。（3）GPS测量的数据传输和处理。对于其数据的传输和处理基本是采用随机软件完成，这也即是只要保证接收卫星信号的质量以及已知数据的数量、精度，即可方便地求出符合精度要求的控制点三维坐标。

参考文献

［1］管国斌．对中小城镇GPS控制网中几个问题的探讨［J］．浙江测绘，2003，（2）：45－46．