發布時間：2023-02-27 11:13:28
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了8篇的衛星通信論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。
衛星信號復用模塊的功能是：將船載北斗收發設備與其原配的控制終端設備進行分離；將信號根據不同策略復用為兩路數據信號；提供與數據采集終端的接口。圖1給出了衛星信號復用模塊與系統的其他部分的連接的方式。其中的北斗衛星通信天線完成北斗信號的收發、導航信號的接收以及雙向數字接口的信號交互；北斗控制終端是國內北斗星通公司開發的多用途控制設備，其功能涵蓋了導航、軌跡錄、報文收發和緊急情況下的報警呼救等；數據采集終端是本系統中的采集數據的收發系統，利用人工輸入海洋資源數據，并通過衛星信道將數據發回北斗整列控制中心。衛星信號復用模塊是各個模塊的通信中樞，完成設備對信道的申請和釋放，并且為各個工作子系統供電，系統對其工作穩定性和可靠性提出了較高的要求。圖2給出了衛星信號復用模塊的內部結構圖。其中RXD_T和TXD_T分別表示RS232電平的北斗衛星天線的數據收發信號；RXD_K和TXD_K表示北斗控制終端的RS232數據收發信號；RXD_C和TXD_C表示數據采集終端的數據收發信號。其結構比較簡單，但是在前期的設計和測試中發現了一系列可靠性問題。長時間地將數據采集終端以在線方式工作會造成衛星天線或者控制終端無法收發數據，因此在設計上采用了回饋電源模式，即當采集器不工作時，切換電路工作于信號直接切換模式，信道不受數據采集器控制。同時還發現當數據采集器不工作時，地線連接會造成數據串擾，所以在設計中采用了地線切換模式，當采集器不工作時將地線斷開。為了進一步提高可靠性，降低干擾，信號切換沒有采用有源的電子器件，而采用了電磁式繼電器，當采集器不工作時系統的信號處于機械切換模式。采取上述措施后，系統無響應和數據通信失敗的現象基本沒有出現。
2控制終端設計
控制終端是數據采集人員的操作設備，其功能是輸入采集的數據并且將數據發送。控制終端采用了ARM9架構的S3C2440作為核心處理器，利用自主開發的嵌入式操作系統，采用面向對象技術進行開發。其設計的模塊結構圖見圖3。S3C2440核心板上有SDRAM與NANFLASH，分別用于應用程序的執行和程序的存儲；北斗控制終端接口包含了北斗天線的串行控制口和電源；智能液晶顯示接口通過串口2將核心板的顯示控制數據傳遞給智能液晶模塊；陣列式掃描接口讀取操作人員的輸入鍵值用于數據控制。控制終端的軟件結構圖見圖4。掃描鍵盤處理模塊驅動陣列式鍵盤，讀取用戶的輸入鍵值，并提交系統處理；智能終端GUI模塊負責用戶的圖形界面處理，主要功能包括控件界面繪制，事件響應以及消息傳遞；GPIO電路驅動模塊用于控制衛星信號復用模塊的北斗信號切換，以及北斗系統電源的管理；偽漢字空間的轉換模塊負責將采集到的數字信號映射到GB2312的漢字空間，以適應北斗衛星通道的數據傳輸；稀疏數組壓縮模塊解決了北斗數據包短，而采集數據量較大的問題，通過自定義的無損壓縮算法，將采集的數據高效率壓縮以適應北斗數據通道的特點；北斗數據編碼解碼模塊負責將處理好的數據以北斗規定的格式編碼和解碼；系統參數管理模塊負責管理存儲在智能終端中的系統參數，以配置不同的應用方案。
3偽漢字編碼方案
北斗衛星通信系統對用戶的級別做了嚴格限制，民用的北斗運營商普遍采用了內容過濾程序，即當發現傳輸內容為GB2312國標碼時，允許數據通過，當發現傳輸內容為非GB2312國際碼時不允許數據通過。數據采集的數據格式不符合GB2312編碼標準，因此在系統設計上遇到了數據無法傳遞的困難。為了解決上述問題，設計了偽漢字編解碼方案。其基本思路是：編碼時將原始的數據流進行分解，分配到多個漢字空間，解碼時從漢字空間提取出數據流，并且將拆分的數據進行合并。GB2312是北斗采用的漢字通信系統，用于民用終端的數據發送。GB2312中每個漢字由2個字節組成，第一個字節的范圍為176~247，而第二個字節的范圍為160~254。因此第一個字節的有效編碼空間為0~71，而第二個字節的編碼空間為0~94。為了簡化算法，將兩個字節的編碼空間都設置在0~63即2的6次方范圍內。實際上將數據看成一個Bit流，將8Bit為單位分解為6Bit為單位，其示例圖見圖5。圖中上方的8Bit的3個字節被看成24Bit的數據，在圖中部分解到4個字節，每個字節為6位，高2位補零。實際上上方的數據與中部的數據從Bit流看來都是24Bit。得到4個字節的6Bit數據后，在每個字節上加上176得到圖5中下部的數據，即偽漢字編碼。該編碼的范圍位于GB2312的范圍內，可用于北斗信號的數據傳送。解碼的過程與編碼的過程相反，不再敘述。在編碼的過程中還會遇到實際問題：圖5中演示的情況屬于比較特殊的情況，輸入的數據的字節數量是3的倍數，輸出的字節數量為4的倍數。現實的數據流不一定滿足上述要求，例如如果輸入的數據是4個字節，輸出需要的字節數是6個字節；如果輸入的是5個字節輸出的需要6個字節。這樣會給編解碼帶來巨大的困難。為了簡化編解碼，可以將數據進行特殊的處理，辦法是在傳遞的數據中增加一個數據的長度指示，并且將數據進行整數倍拼湊。其過程見圖6。在數據的頭部附加了一個長度指示器，其作用是當收到的數據后部附加的有PAD時可以將原始的數據提取出。PAD是附加在有效數據后面的無效數據，PAD的數量根據原始數據長度變化，其數量為0~2個。數據擴展的原則是將數據的整體長度擴展為3的倍數。這樣得到的偽漢字編碼的數據長度就是4的倍數，如此擴展的目的是有利于編碼和解碼。
4北斗數據通訊陣列與系統整體架構
由于北斗系統是軍民兩用系統，并且隨著用戶數量的增加，通信帶寬日益緊張，為了保障系統中的高級用戶權限，對用戶的收發信息的頻度做了限制，平均一分鐘才能發送一條信息。而對于接收信息的頻度卻沒有限制，所以信息的接收相對較快。由于北斗的信息通道采用了無驗證的協議，發送方無法得知接收方是否成功接收數據。為了保證通信的可靠性，本數據采集系統對北斗通信協議進行了改進。具體方法為：發送方發送消息后，從系統中獲取一個隨機變量用于產生延時，如果在規定的時間長度內沒有收到對方發來的驗證數據就繼續發送，直到成功收到接收方的驗證數據報。采用上述協議后，系統通信的可靠性得到了提高，但卻給北斗的通信系統帶來的嚴重負擔。特別是隨著采集系統數量的增加，控制中心的通信負擔日益加大，采集終端數據發送的成功率也大幅下降，嚴重影響了系統的正常工作。為了提高系統的數據吞吐率，利用北斗系統收發速率不平衡的特點設計了北斗衛星陣列，采用了單點接收設備以及多點發送的通信模式。當接受北斗設備收到采集系統來自海上的信息后，根據負載平衡的算法，從發送陣列中選擇一個空閑設備完成數據發送。如果沒有空閑設備就根據負載最少原則獲取北斗發送設備并將數據壓入發送消息隊列。采用北斗陣列和負載平衡算法后，數據的吞吐率提高，系統的反應速度加快，也提高了采集設備的用戶體驗。系統的整體結構見圖7。多個北斗設備通過統一的網關接入北斗應用服務器，相關的控制軟件運行在其上，負載解析和實現北斗設備的控制協議，系統的負載平衡以及將采集的數據回寫到數據庫服務器。系統決策服務器上運行的軟件負責解析數據，分析相關的資源信息，以及GIS的控制信息。Web服務器對通過VPN網關的遠程用戶提供了數據訪問服務，由于數據，對不同的用戶采用了硬件加密的認證模式，數據的傳輸也經過了加密通道的處理。
5實際應用
該研究項目經過多年的研發已經在海洋漁業資源、海洋生態和海洋安全方面得到廣泛應用。為了分析海洋漁業資源，在本終端上設計了漁業捕獲實時報告系統。具體方法是針對漁業捕撈的的各種船型，每種船型選擇常見的50種魚類，將魚類的名稱和圖片寫入終端。船員在捕撈結束后利用本終端將各種魚類的產量通過北斗發送給控制中心。其中的數據不僅有漁獲產量，而且還有捕撈的時間和地點，控制中心將數據記錄入數據庫后，結合相關的港口漁獲數據，以及海洋衛星遙感數據，可以分析海洋魚類的巡游規律，并且指導漁業生產。漁業管理部門也可以了解海洋整體上的生產情況，以便合理地進行生產管理。目前已經在南海生產漁船上安裝了近300套設備，大部分設備工作正常。圖8給出了第二代漁獲采集終端實物，圖9給出了GIS軟件上的安裝了設備的漁船的作業分布圖。該系統還用于漁場預測，結合衛星遙感信號得到的溫度、洋流和葉綠素等相關因素，根據終端傳回的數據，分析漁場并將得到的預報信息通過控制中心發送到終端上，從而指導漁業生產，減少資源消耗，提高經濟效益。圖10給出了漁場預報的樣圖。該設備還用于增值放流工作的檢測：為了保證漁業資源的穩定，需要人工放流魚種。為了跟蹤放流魚種的生長和巡游情況，放流前在部分魚種上留有標志，并且在放流前將標志與魚種信息記錄在數據庫中，當魚被裝有終端的漁船捕獲后，船員將魚的參數和標志編號輸入終端，通過北斗發回控制中心，相關的放流數據就可以進入軟件分析，從而得到放流的效果評估。目前本終端還具有了天氣預報信息的發送以及他國漁船越界捕魚事件報告的功能，可以在漁業安全和保護國家漁業資源等方面發揮作用。
6結束語
1.性能分析
CFDAMA基本接入方式能夠實現較好的時延/吞吐量性能。CFDAMA－PA成功的將按需分配和自由分配結合在一起，采用固定預約時隙分配的形式來保證用戶接入的公平性和實際業務需求量，在信道負荷較低的時候，其平均時延和固定分配方式保持一致，在信道負荷逐漸增大和接入用戶數變化較大時，存在資源利用率下降的問題。CFDAMA－RA在低信道負荷時由于采用的競爭方式進行接入，對信道利用率更高，但對于用戶接入的公平性卻不能保證，并且存在接入過程中的碰撞，在高信道負荷時碰撞概率逐漸增大，平均時延性能也急劇下降。CFDAMA－PB通過對上行數據幀結構的改進，減小了用戶發送預約時隙請求的間隔時間，但隨著信道負荷的增大，某些用戶會因為其他用戶預約請求的資源占用導致無法發出預約時隙請求，同樣不能保證接入的公平性。因此，如何保證用戶的接入時延和接入過程中的公平性，成為本文的一個研究重點。
2.CFDAMA－PRI
由于當前數據業務大多突發性較強并且業務類型呈現多樣性，抽象出來這類數據業務流通常用ON－OFF信源模型來表示［5］。而在此信源模型的情況下，數據業務具有很強的突發特性，用戶的預約時隙請求也帶有很強的隨機性和不確定性。基本的CFDAMA接入方式此時由于多次請求造成的再分配策略和預約請求的沖突概率增大，在信道負荷較高和接入用戶數逐漸增大時，其性能受到明顯的影響。CFDAMA－PR協議在用戶時隙申請階段對發送隊列的堆積狀況進行判斷，比較當前時刻和上一時刻發送隊列中數據分組的差值Δ，如果Δ＞0表示當前發送隊列有數據包的堆積，則通過加權的方式向星上調度器發送更多的預約時隙請求［6］。該協議的好處在于實際應用中可以根據用戶發送隊列的堆積情況獲得更多的分配時隙，能在突發數據分組到來情況下實時的將新的數據分組發送出去。因此，本文在CFDAMA－PR的基礎上提出了基于用戶優先級排序的改進協議CFDAMA－PRI，優化星上調度算法，進一步保證接入的時延性能和接入的公平性。
3.仿真分析
本文采用OPNET仿真平臺［7］，將基本的CF-DAMA－PA、CFDAMA－PR和改進的CFDAMA－PRI進行對比仿真。具體的仿真參數設置如表2所示。對信道負荷固定但用戶數目變化條件下的仿真結果進行分析，目的是為了得出CFDAMA－PRI的時延性能和在用戶接入公平性方面的優越性。選取信道負荷為0．8，用戶數目依次為5、10、20、40、80，CFDAMA－PA的預約時隙數為20，得到的仿真結果如圖5、圖6所示。由仿真結果可以看出，當系統中用戶數不斷增大時，由于CFDAMA－PA在一個鏈路幀中僅使用了一部分時隙用作預約請求時隙點，那么更多有請求的用戶就無法通過預約時隙點接入鏈路幀，加之信道負荷較大，突發數據強，用戶申請時隙的不確定性也大。如果增大預約請求時隙數的比例也會以犧牲數據時隙為代價，平均時延和隊列的分組累積同樣會增加。CFDAMA－PRI則采用CFDAMA－PR對信源突發數據分組的計算方法，并使用優先級排序的方法對時隙需求量大的用戶給予更高的時隙分配權，確保了用戶的可接入次數，降低了時延，提高了接入公平性。
4.結語
根據預失真器所處的位置，可將預失真分為基帶預失真、中頻預失真和射頻預失真。隨著數字信號處理技術的飛速發展，預失真技術可在數字域內實現，具有電路靈活、成本低等優點；而且可利用自適應算法來跟蹤補償功放因環境因素改變而產生的特性變化。圖1是數字基帶預失真技術結構框圖。數字預失真分為查找表法和非線性函數法2大類。其中，非線性函數法包括Volterra級數法和神經網絡法。考慮到Volterra級數的計算復雜度較高，一般采用其簡化形式（如記憶多項式法）來實現預失真。
1．1查找表法
查找表法是通過建立查找表來離散地描述功放的反向特性，傳統的基于查找表法的預失真實現過程如下：1）測試功放的輸入／輸出信號，獲取功放的即時非線性特性；2）找出功放的理想增益，即功放在線性區工作時的最大增益；3）將功放的輸入特性／輸出特性反轉，由此生成查找表，為每一個輸入信號提供一個相應的預失真信號。建立查找表之后，須考慮查找表的量化誤差問題。由于查找表的表項是有限的，查找表輸入端信號量化時，必然會引起誤差，此時，采用不同的索引技術會對預失真性能產生不同的影響。作為查找表法的核心，查找表地址索引技術闡釋了如何有效地從查找表中找到有用的補償數據。查找表預失真的內部結構如圖2所示，表示輸入信號的幅度，Q模塊為量化器。查找表的地址索引方法包括均勻量化法和非均勻量化法。均勻量化是以輸入信號的幅度為指針，均勻分配其整個變化域以生成查找表。功率法是最常見的均勻量化手段，其把輸入信號功率作為指針，在變化域內均勻量化。但對小信號而言，功率法表項分布稀疏，量化間隔較大，引起的誤差和失真也很大，因此，該方法不適用于小信號較多的功放預失真系統。傳統的查找表法僅根據輸入信號幅度，找出表中最接近該幅度值的一項，該項對應的輸出值即為相應預失真信號的輸出值，不過此方法存在量化誤差。采用插值技術可在一定程度上改善系統的量化誤差，線性插值法是最簡單常用的插值方法。均勻索引的實現過程比較簡單，但存在2個重要問題：輸入信號的統計特性和各區間信號的非線性程度。常見的非均勻索引有功率索引、最優法索引及μ率法索引等。這些方法雖考慮了信號各區間非線性程度的不同，但卻忽視了輸入信號的統計特性。由此可知，查找表建立簡單，實現容易，但是也存在缺點：1）存在量化效應；2）精度要求越高，對查找表的尺寸要求越高，即表項越多，意味著速度性能會下降；3）不能補償功放的記憶效應；4）自適應能力較差。為了盡可能減小這些問題對預失真器性能的影響，文獻［2－3］對無記憶預失真器進行了改進，分別構造二維查找表和分段預均衡器。但當功放記憶效應較強時，二維查找表的線性化效果不太理想。另外，可根據信號的特性，制定相應的改進查找表法，文獻［4］提出了一種改進查找表法，該算法根據OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiple－xing，正交頻分復用）信號的分布特性，對出現概率較小的大幅值信號增加迭代次數，提高了查找表法的收斂速度。
1．2多項式法
由于查找表法結構簡單、易實現，早期多采用該方法對功放進行預失真處理，但其預失真性能的優劣取決于表項的多少，性能改善越好，所需表項越多，相應地，所需的存儲空間也就越大，查找表項的數據和更新表項所需時間、計算量也就越大，因此，對情況復雜的系統，該方法不可取。非線性函數法是常用的預失真方法，其將輸出信號的采樣值與輸入信號一一對應起來，用非線性函數把輸入和輸出信號進行擬合，得到功放的工作函數曲線，由于預失真器的特性與功放特性相反，由功放的非線性函數可得預失真器的非線性工作函數。非線性函數預失真方法已成為近年研究的熱點。功放的建模及模型參數的辨識是功放預失真技術的2個重要組成部分。對于功放的建模，常用的無記憶模型包括Saleh模型、Rapp模型和冪級數模型；有記憶模型包括Volterra級數模型、Winner模型、Hammerstein模型和MP（MemoryPolynomial，記憶多項式）模型。分數階記憶多項式抑制了高階交調分量，但對強記憶效應的功放預失真性能沒有改善；廣義記憶多項式明顯提升了對強記憶效應的抑制能力，但計算量大，復雜度高。文獻［8］在廣義記憶多項式的基礎上，去掉其滯后部分，降低模型系數數量，去掉偶數階次，引入分數階次，提出了一種改進型的廣義分數階記憶多項式模型。仿真表明這種改進模型在系數數量、計算復雜度和線性化能力等方面取得了良好的折中。除上述模型外，增強型Hammerstein模型、EMP（EnvelopeMemoryPolynomial，包絡記憶多項式）模型及DDR（DynamicDeviationReduction，動態偏差）模型都是Volterra級數模型的簡化形式，這些簡化模型可在很大程度上降低計算復雜度。模型建立和模型辨識是記憶多項式預失真的2個重要內容，模型是否合適直接決定預失真方法性能的優劣，如果沒有合適的模型，再好的算法也不會取得精確的預失真結果。模型確定之后，選擇的模型辨識算法是否得當決定著預失真技術的計算復雜度、收斂速度和性能。系統學習結構很大程度上決定了預失真系統的復雜度，須根據具體情況折中選擇學習結構。根據學習器訓練方式的不同，可將學習結構分為直接學習結構和間接學習結構，如圖3所示。從圖3可以看出：直接學習結構簡單，是一個完整的閉環，實時性好，且參數不受系統引入噪聲的影響［7］。自適應算法得到的權值是否是全局最優值會受到初值的影響，可能不唯一［8］。不同于直接學習結構的逆，間接學習結構采用的是后逆，學習器在訓練時，對信號參數的敏感度降低，對實時閉環系統和自適應算法要求不再苛刻，較易于工程實現［9］。預失真訓練器的訓練過程即預失真模型參數的提取過程，核心是自適應算法不斷更新得到的權值最終達到收斂目標值。自適應算法的復雜度和參數提取準確度決定了預失真器的性能及系統實現難易程度。目前參數提取算法大致可分為3類：LS（Least－Squares，最小二乘）算法、LMS（LeastMeanSquare，最小均方）算法和RLS（RecursiveLeastSquares，遞歸最小二乘）算法。在LMS和RLS的基礎上，相繼出現了較多的改進算法，比如變步長LMS算法和QR－RLS算法［10－12］。相比查找表預失真，多項式預失真準確度更高、自適應性能更好，但是其計算復雜度卻比查找表法高得多，線性化性能優劣也嚴重受功放模型描述功放特性精確程度的影響。
1．3神經網絡法
隨著生物仿真學的發展，神經網絡算法日益得到人們的廣泛關注，引起研究者的探索熱情。由于該方法能對功放的非線性特性函數進行擬合，可將其引入預失真器的設計中［13］。神經網絡是根據生物學神經元網絡的原理建立的，它的自適應系統由許多神經元的簡單處理單元組成，所有神經元通過回饋或前向方式相互作用、相互關聯。文獻［14］首先提出了采用神經網絡的方法對功放進行預失真處理。目前最為常用的神經網絡是Minsky和Papert所提出的前向神經元網絡。神經網絡法被廣泛應用在函數逼近和模式分類中，文獻［15］證明了由任意多個隱層神經元組成的多層前向神經網絡可逼近任意連續函數。因此，可利用神經網絡來擬合預失真器的工作曲線，且可用改進的反向算法自適應地更新工作函數的系數。文獻［16］提出一種單入／單出的神經網絡方法，仿真結果表明：該方式能較好地改善三階、五階互調分量，與一般的多項式擬合技術相比，其收斂性能和硬件實現都有一定優勢。文獻［17］提出了一種基于動態神經網絡的幅相分離的方法，核心是對衛星信號的幅度和相位進行分離。由于現有的神經網絡預失真方法的延時效應較大，文中對網絡的系數矩陣進行實時調整，有效減小了計算復雜度，較好地消除了功放非線性和記憶效應，具有較大的實用價值。文獻［18－20］也對神經網絡法做了相關研究，結果表明：與查找表法和記憶多項式法相比，神經網絡有效地提升了功放的預失真精度。目前，在幾種參數辨識方法中，神經網絡法預失真性能最好，最具有研究價值。
1．4聯合查找表和多項式法
在窄帶通信系統中，不須考慮功放的記憶效應，但在進行寬帶通信時，不可忽略功放的記憶效應，但此時基于查找表法的預失真不能補償功放的記憶效應，基于記憶多項式的預失真方法可以補償功放記憶效應。當功放的非線性程度較高時，記憶多項式的預失真性能會有所下降。為解決這個問題，聯合使用查找表法和記憶多項式法來補償功放的非線性和記憶效應。QualidHammi在文獻［21］中提出TNTB（TwinNonlinearTwo－Box，雙非線性兩箱）模型。這種模型由1個MP單元和1個查找表單元構成，按照2個單元位置的不同可分為前向TNTB、后向TNTB和并聯TNTB模型。這種方法的核心思想是：將有記憶效應功放引起的信號非線性失真分解為無記憶的非線性部分和記憶部分，根據查找表法和記憶多項式法各自的特點，采用查找表法補償失真的無記憶非線性部分，采用記憶多項式法來解決失真的記憶效應。文獻［22－28］對結合查找表法和記憶多項式法的應用方法做了實驗驗證，仿真結果證明該方法的預失真性能優于查找表法和多項式法，且并聯TNTB模型預失真性能最好。文獻［29］在上述聯合算法的基礎上，推導出最優分段方法，并將這種基于最優分段數的聯合預失真算法同上述聯合算法進行對比，結果證明最優分段方法能取得更優的效果。為降低TNTB模型的復雜度，MayadaYounes提出一種更精確，同時又能降低復雜度的PLUME（Parallel－LUT－MP－EMP）模型［30］，它由LUT（Look－upTable，查找表法）、MP和EMP并聯組成，實驗證明PLUME模型精度高于TNTB模型，在保證和GMP同樣精度的條件下，能減少45％的系數數量。
2信號處理技術結合預失真技術
為了在有限的頻段內實現更多的數據傳輸，寬帶、高峰值平均功率比信號〔如MCM（MultipleCar－rierModulation，多載波信號）〕得到越來越廣泛的應用，FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess，頻分復用）信號就是多載波傳輸信號的一種。多載波調制的原理是把高速傳輸的數據流轉換為N路速率較低的子數據流進行傳輸，符號周期為原來的N倍，遠大于信道的最大時延擴展。此時，將1個頻率選擇性信道劃分成N個窄帶平坦衰落信道（均衡要求降低），使其具備很強的抗多徑和抗干擾能力，適用于高速無線數據傳輸。但FDMA技術的缺陷在于它的峰均功率比高，因此放大器的非線性特性給通信傳輸帶來的各種問題會更加突出。在數字預失真效果改善的基礎上，為進一步提高線性化功放的線性度效率，可根據信號特性采取相應的信號處理技術與預失真項組合方案。針對高峰均比信號，文獻［30－32］還提出了以下幾種組合方案：DPD與CFR（CrestFactorReduc－tion，削峰技術）的結合，DPD、CFR與Doherty技術的結合，以及DPD、CFR與ET（EnvelopeTrack－ing，包絡跟蹤）技術的結合等。對CFR的研究已有20多年，隨著最近十年現代移動通信的飛速發展，CFR的研究成為熱點。相關文獻著作中也給出了許多CFR實現方案，可歸結如下：限幅濾波法、峰值加窗法及部分序列傳輸法等。相關的實驗仿真已證明，對進入預失真器前的高峰均比信號進行削峰處理，可以提高系統的預失真性能。
3結論
論文摘要：在通信行業中，人們通常把電源比喻為通信系統的心臟。近年來，電信網全方位快速發展，同時也給從事電源維護管理工作的人員提出了許多新的問題。由于電源設備正處在新老并存、逐步更新換代的時期。基于此，本文就通信電源的維護和管理方面談幾點想法。
引言
由于歷史發展的原因，當前通信電源供電體制基本上是以集中放置、集中供電方式為主，有人值守、故障維修為主。而電源的負載，如傳輸、交換、數據、移動等專業的維護方式正朝著集中監控、集中維護、少人或無人值守方向發展。通信基站是通信網絡系統中的重要組成部分，保證任何情況下的正常供電，是保證通信網絡安全運行的重要環節。為此各通信基站內均配備了較先進的電力電源供電系統，包括開關整流設備、免維護蓄電池、油機等。這些設備是保障供電穩定和連續性的重要設備，對這些設備維護的好壞，不僅影響電源系統設備的壽命和故障率，而且直接涉及通信網絡的平穩運行。
一、通信電源概述
從遠古時代以來，陽光、空氣、食物和水一直是人們賴以生存的必需品，而今在科學技術飛躍發展的時代，電也已成為人們的必需品。因為有了電，我們的生活才有了歡樂。正是由于通信系統的安全優質運轉，無處不在的通信電源則是堅實的基礎和根本保障。實施集中監控管理是網絡技術發展的必然趨勢，是現代通信網的要求，也是企業減員增效的有效措施。各種電源設備要智能化、標準化，符合開放式通信協議。若電源系統不能輸出規定電流，電壓超出允許波動范圍，雜音電壓高于允許值時間并持續10s以上者均判定為系統故障。原交流系統中的電壓、頻率或波形畸變超出規定范圍持續時間大于60s者均判定為故障。為此，要保證通信電源系統的可靠性，有條件的通信部門應盡量從兩個不同的地方引入2路市電輸入，并設置2路市電電能自動倒換裝置；所用設備要選用可靠性高的高頻開關整流設備，采用模塊化、熱插拔式結構以便于更換，并合理配置備份設備。任何新技術、新設備未經充分驗證、試運行前均不得進入供電系統。供電方式要大力推廣分散供電，使用同一種直流電壓的通信設備采用兩個以上的獨立供電系統，這也是今后通信網絡容量和規模不斷擴大、各種新業引入的新要求。為了盡量縮短設備的平均故障修復時間，要經常分析運行參數，預測故障發生的時間并及時排除。還要提高技術維護水平，采用集中維護、遠程遙信、遙測維護。在實施過程中，三遙點的設置要合理，絕不是越多越好，要以可靠性、實用性為基本原則，宜簡勿繁。
二、電源系統使用中應重視的問題
電源系統目前廣泛使用高頻開關電源系統設備，其智能化程度高，電池采用了免維護蓄電池，這雖給用戶帶來了許多便利，但在使用過程中還應在多方面引起注意，確保使用安全。
2.1按電源系統的使用要求和功率余量大小來分，在使用中要避免隨意增加大功率的額外設備，也不允許在滿負載狀態下長期運行。工作性質決定了電源系統幾乎是在不間斷狀態下運行的，增加大功率負載或在基本滿載狀態下工作，都會造成整流模塊出故障，嚴重時將損壞變換器。自備發電機的輸出電壓、波形、頻率和幅度應滿足電源系統對輸入電壓的要求，另外發電機的功率要大于開關電源設備的額定輸入功率，否則，將會造成電源系統設備工作異常或損壞。
2.2電池應避免大電流充放電，理論上充電時可以接受大電流，但在實際操作中應盡量避免，否則會造成電池極板膨脹變形，使得極板活性物質脫落，電池內阻增大且溫度升高，嚴重時將造成容量下降，壽命提前終止。在任何情況下都應防止電池短路或深度放電，因為電池的循環壽命和放電深度有關。放電深度越深循環壽命越短。在容量試驗或放電檢修中，通常放電達到容量的30％－50％就可以了。
2.3鉛酸蓄電池的容量和電解液的比重是線性關系，通過測量比重可以了解電池的存儲能量情況。閥控式密封蓄電池是貧液電池，且無法進行電解液比重測量，所以如何判定它的好壞，預測貯備容量已成為當今業界的一大難題。用電導儀測電池的內阻是判定蓄電池好壞的一種有參考價值的方法，但尚不能準確測定電池的好壞程度。目前，最可靠的方法還是放電法。在可靠性、經濟性、可使用性、維護性等方面綜合比較，應選用四沖程油機為原動機發電機組。四沖程油機結構簡單，采用多缸均衡做功、增壓等一系列成熟技術適合于大容量機組的要求。其噪音小、污染小、性價比高。使用中把機組產生的熱量排到室外，保證機組周圍環境濕度不超過指標要求。
三、電源系統的維護與檢修
當電源系統出現故障時，應先查明原因，分清是負載還是電源系統，是主機還是電池組。雖說開關電源系統主機有故障自檢功能，但它對面而不對點，對更換配件很方便，但要維修故障點，仍需做大量的分析、檢測工作。另外如自檢部分發生故障，顯示的故障內容則可能有誤。對主機出現擊穿、斷保險或燒毀器件的故障，一定要查明原因并排除故障后才能重新啟動，否則會接連發生相同的故障。再好的設備也有壽命期，也會出現各類故障，但維護工作做得好可以延長壽命并減少故障的發生，不要因為高智能、免維護而忽略了本應進行的維護工作，預防在任何時候都是安全運行的重要保障。高頻開關電源設備在正常使用情況下，主機的維護工作量很少，主要是防塵和定期除塵。特別是氣候干燥的地區，空氣中的灰粒較多，灰塵將在機內沉積，當遇空氣潮濕時會引起主機控制紊亂造成主機工作失常，并發生不準確告警。另大量灰塵也會造成器件散熱不好。一般每季度應徹底清潔一次。其次就是在除塵時檢查各連接件和插接件有無松動和接觸不牢的情況。由于整流器對瞬時脈沖干擾不能消除，整流后的電壓仍存在干擾脈沖。蓄電池除有存儲直流電能的功能外，其等效電容量的大小與蓄能電池容量大小成正比。因此，維護檢修蓄電池的工作是非常重要的，雖說蓄電池組目前都采用了免維護電池，但這只是免除了以往的測比、配比、定時添加蒸餾水的工作。但因工作狀態對電池的影響并沒有改變，不正常工作狀態對電池造成的影響沒有變，所以蓄電池的工作全部是在浮充狀態，在這種情況下至少應每年進行一次放電。放電前應先對電池組進行均衡充電，以達全組電池的均衡。放電過程中如有一只達到放電終止電壓時，應停止放電，繼續放電須先排除落后電池后再放。核對性放電不是追求放出容量的百分比，而是關注并發現和處理落后電池，經對落后電池處理后再作核對性放電實驗。這樣可防止事故，以免放電中落后電池惡化為反極電池。平時每組電池至少應有8只電池作標示電池，作為了解全電池組工作情況的參考，對標示電池應定期測量并做好記錄。在日常維護中需經常檢查的項目有：清潔并檢測電池兩端電壓、溫度；連接處有無松動腐蝕現象，檢測連接條壓降；電池外觀是否完好，有無殼變形和滲漏；極柱、安全閥周圍是否有酸霧逸出；主機設備是否正常等。免維護電池要做到運行、日常管理周到、細致和規范，保證設備保持良好的運行狀況，從而延長使用年限；保證直流母線經常保持合格的電壓和電池的放電容量；保證電池運行和人員的安全可靠。這是電池維護的目的，也是電池運行規程中包括的內容和運行規則。當電池組中發現電壓反極、壓降大、壓差大和酸霧泄漏的電池時，應及時采用相應的方法恢復和修復，對不能恢復和修復的電池要換掉。但不能把不同容量、不同性能、不同廠家的電池聯在一起，否則可能會對整組電池帶來不利影響。對壽命已過期的電池組要及時更換，以免影響到電源系統和設備主機。
參考文獻：
[關鍵詞]相干解調；載波恢復；相位誤差檢測；QPSK解調
中圖分類號：TN81.6 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）04-0306-02
1 引言
衛星和以衛星為基礎的通信系統自1965年開始實用以來已經有了顯著的發展。因其具有覆蓋地域廣、通信距離遠、通信容量大、傳輸質量好等特點，已成為現代信息社會的一種重要通信手段[1]。解調器是衛星通信地球站不可缺少的一個重要組成部分，解調器性能的好壞對整個接受系統的性能有著決定性的影響。載波恢復是相干解調的關鍵技術環節。相干解調中，首先要在接受端恢復相干載波，這個相干載波應與發送載波在頻率上同頻，在相位上保持同步的關系。載波恢復就是要實現這一過程，它是相干解調的先決條件[2]。
2 載波相位誤差檢測算法
載波恢復主要包括載波相位誤差檢測、載波恢復環路濾波器以及VCO[3]。載波相位誤差檢測能夠檢測出發端所發送的QPSK調制信號載波相位與本地VCO產生的相干載波相位之間的誤差，載波恢復環路濾波器則對此誤差信號進行濾波，VCO在濾波后的誤差信號控制下輸出與發端載波同頻同相的相干載波。本論文采用的載波恢復環路是基于最大后驗概率估計的判決反饋環[4]。算法的原理如圖1所示。
輸入信號是中頻信號，頻率為140MHz，符號速率為2-45Mbaud可變[5]。I-Q解調包括一對匹配的混頻器及π/2移相電路，輸入中頻經I-Q解調、匹配濾波得到I、Q兩路基帶信號。、分別為其對應的硬判決。判決的過程為：首先根據匹配濾波器輸出的、信號得到一個值為的相角。然后將這個相角與MPSK信號的每一個調制角度（）相比較，從中選出一個與其最接近的角度作為所發送符號對應的調制相位的估值。則和即為其對應的同相和正交分量、。這樣得到的發端所發送符號對應的調制相位估值是其最大后驗概率估計。
圖3和圖4所示分別為QPSK及8PSK信號在不同信噪比情況下，利用MATLAB編程語言實現對環路模型仿真得到的鑒相特性與理論計算得到的鑒相特性對比圖。
由這圖3和圖4可以看出，信噪比越高，鑒相特性曲線的線性范圍越大，仿真結果與理論計算結果吻合得越好。這主要是因為信噪比的降低會造成判決誤差的增大，從而環路的鑒相特性也就受到影響。此外，從圖中還可看出，鑒相特性具有的周期性，這表明仿真結果與理論分析是一致的。
5 結束語
衛星通信的諸多特點使其在現代通信中已占有舉足輕重的地位，且隨著人類對信息資源需求的不斷增加，衛星通信的業務量將會成倍增長。解調是衛星通信地球站進行信號接收與處理的前提，解調器性能的好壞對整個接收系統有著決定性的影響。
本文對衛星通信用高速解調器中載波恢復環路進行分析，首先給出了載波恢復環的結構形式及所采用的算法；然后對其原理、環路的鑒相增益特性等環路的主要性能指標進行了認真分析與研究。最后結合MATLAB仿真，得到的鑒相特性與利用理論公式計算得到的鑒相特性對比圖。
參考文獻
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電磁場與電磁波主要研究電磁場運動規律,包括時變電磁場和電磁波,是后續微波技術與天線等課程的先修課程.微波技術與天線講授傳輸線理論、規則金屬波導、微波集成傳輸線、微波網絡基礎、微波諧振器等方面的理論知識,為微波通信及相關領域的學習和研究打下堅實的基礎;移動通信原理研究現代移動通信的基本理論、關鍵技術及體系結構,涉及到電波傳播及模型、話務量及模型、高階調制解調、先進的信道編解碼、擴頻等移動通信系統中的多項關鍵技術及其性能分析;衛星通信原理主要內容包括衛星通信鏈路設計、衛星通信網和移動衛星通信系統等;微波技術與天線、移動通信原理、衛星通信原理這三門課程在課程群中起著承上啟下的作用.
CDMA與3G技術、移動通信系統與工程這二門課是目前廣泛使用的通信網、通信系統及相應的技術,理論教學與實際應用的結合.在課程群內部,各課程之間即有縱向知識的聯系,又有橫向內容的關聯.利用現代教學手段提高教學效果充分利用信息資源,利用豐富的多媒體課件形象地展現課程內容和移動通信系統流程,提供豐富的網絡資源進行課程內容的跟蹤和復習,對一些比較復雜的通信過程,用nash的形式輔助進行講解,從而極大地激發學生的學習興趣,使學生能夠主動學習,了解更多的知識.
采用類比方式優化學習效果移動通信課程內容更新快,基本理論和關鍵技術理解難度大,但是該課程和前期的通信原理等課程內容銜接緊密,很多內容有相似性.在教學過程中,以前期課程的知識點為例進行類比,加強課程內容的融合.在講解TD一SCDMA同步過程等具體系統知識點時,以教師為基站,以學生為終端進行上下行同步過程的講解.在進行移動通信呼叫流程和物理層過程講解中,以學生日常撥打手機和被叫等過程為例進行現場講解,同時結合手機終端和系統基站的具體結構進行類比和實例分析.
以完成項目的方式引導學生獨立思考在整個課程中規定兩次“Proect’’作為課下作業,該部分內容由學生主動完成,上交時間不作硬性要求.教師確定“Project”的方向和實現的大致目標,題目和具體內容由學生確定.學生大部分以科研論文的形式上交,通過“Project’’方式培養學生對具體工程和對象的整體把握能力.為達到目標,學生需要查閱大量的文獻,并且進行整理和分析,給出自己的方案和實現步驟,提高了學生獨立思考能力和綜合分析能力.
我校具有優勢的第三代移動通信系統實驗環節更能提升學生的動手能力,進一步拓展學生的學習興趣.同時還開設包括“大學生科技文化節”等在內的實踐、外訓、參觀等活動,大都是與移動通信相關的實踐活動.這些活動一方面對學生在移動通信學習提出新的要求,同時進一步提升學生的動手能力和學習興趣,促進學生對抽象理論的決速理解,有利于培養學生的創新意識和創新能力.綜上所述,通過課程群建設,充分發揮課程群結構整體功能效益,減少課程內容的重復,加深了學生對課程間聯系和主要知識點的理解掌握,提高了教學質量,并使學生具備一定的實踐和研究能力,有利于培養適應社會發展和需求的畢業生.
［論文摘要］隨著現代科學技術的飛速發展，構建完善堅強可靠的通信網，顯得越來越重要。文章結合電力通信的特點和需求及無線新技術的特性，分析無線通信技術在電網通信中的應用前景。
一、概述
電力通信網是為了保證電力系統的安全穩定運行應運而生的。它同電力系統的安全穩定控制系統、調度自動化系統被人們合稱為電力系統安全穩定運行的三大支柱。我國的電力通信網經過幾十年風風雨雨的建設，已經初具規模，通過衛星、微波、載波、光纜等多種通信手段構建而成為立體交叉通信網。隨著無線通信技術的發展，無線通信系統的特性發生巨大的變化。鑒于采用無線通信網不依賴于電網網架，且抗自然災害能力較強，同時具有帶寬大、傳輸距離遠、非視距傳輸等優點，非常適合彌補目前通信方式的單一化、覆蓋面不全的缺陷。本文簡單介紹一下無線通信傳輸體制的應用特點和優缺點，并分析其在電力系統的應用前景。
二、無線技術介紹
（一）無線通信技術的概念
目前，無線通信及其應用已成為當今信息科學技術最活躍的研究領域之一。其一般由無線基站、無線終端及應用服務器等組成。
（二）無線通信技術的發展現狀
無線通信技術按照傳輸距離大致可以分為以下四種技術，即基于IEEE802.15的無線個域網（WPAN）、基于IEEE802.11的無線局域網（WLAN）、基于IEEE802.16的無線城域網（WMAN）及基于IEEE802.20的無線廣域網（WWAN）。
總的來說，長距離無線接入技術的代表為：GSM、GPRS、3G；短距離無線接入技術的代表則包括：WLAN、UWB等。按照移動性又可以分為移動接入和固定接入。其中固定無線接入技術主要有：3.5GHz無線接入（MMDS）、本地多點分配業務（LMDS）、802.16d；移動無線接入技術主要包括：基于802.15的WPAN、基于802.11的WLAN、基于802.16e的WiMAX、基于802.20的WWAN。按照帶寬則又可分為窄帶無線接入和寬帶無線接入。其中寬帶無線接入技術的代表有3G、LMDS、WiMAX；窄帶無線接入技術的代表有第一代和第二代蜂窩移動通信系統。
1.主流無線通信技術
從技術發展的趨勢可以看出，以OFDM+MIMO為核心的無線通信技術將成為未來無線通信發展的主流方向。而目前基于該技術的無線通信技術主要有：B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4種技術。
2.其他無線通信技術
除了上述主流的無線通信技術外，目前已存在的無線通信技術還包括：IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距離通信技術及LMDS、MMDS、點對點微波、衛星通信等長距離通信技術。
（1）IrDA：Infrared Data Association，是點對點的數據傳輸協議，通信距離一般在0～1m之間，傳輸速率最快可達16Mbps，通信介質為波長900納米左右的近紅外線。
（2）Bluetooth：Bluetooth工作在全球開放的2.4GHzISM頻段，使用跳頻頻譜擴展技術，通信介質為2.402GHz到2.480GHz的電磁波。
（3）RFID：Radio Frequency Identification，即射頻識別，俗稱標簽。它是一種非接觸式的自動識別技術，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據。RFID由標簽、解讀器和天線三個基本要素組成。
（4）UWB：Ultra Wideband，即超寬帶技術。UWB通信又被稱為是無載波的基帶通信，幾乎是全數字通信系統，所需要的射頻和微波器件很少，因此可以減小系統的復雜性，降低。
三、無線技術優劣分析
（一）WLAN技術分析
Wi-Fi的技術和產品已經相當成熟，而且大批量生產。該技術適用于無線局域網，作為有線網絡的延伸，對于特殊地點寬帶應用，盡管Wi-Fi技術應用非常廣泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隱患，Wi-Fi采用的是射頻（RF）技術，通過空氣發送和接收數據。由于無線網絡使用無線電波傳輸數據信號，所以非常容易受到來自外界的攻擊，黑客可以比較輕易地在電波的覆蓋范圍內盜取數據甚至進入未受保護的公司內部局域網。
（二）WiMax技術分析
WiMax是一個先進的技術，推出相對較晚，存在頻率復用性小、利用率低的問題，但由于最近才完成標準化，該技術的大規模推廣還需要實踐考驗。從應用前景看，該技術可以在較大范圍內滿足上網要求，覆蓋可以包括室外和室內，可以進行大面積的信號覆蓋，甚至只要少數基站就可以實現全城覆蓋。WiMax由于其技術的先進性和超遠的傳輸距離，一直被業界看好，是未來移動技術的發展方向，并提供優良的最后一公里網絡接入服務。
（三）WMN技術分析
WMN是正在研究中的技術，在研究中不斷地在不同方面結合各種技術的特點進行融合，而且暫時沒有一個成熟的產品系列來支持該技術的大規模應用。從應用前景看，WMN 這一新興網絡不僅在無線寬帶接入中有著廣闊的應用空間，在其他方面如結合數據、圖像采集模塊可以對目標對象進行監控或數據采集，并廣泛應用到檢測、、等領域。隨著其他技術的不斷更新完善，WMN 更好地與之相融合、互補，從而能夠揚長避短，發揮出各自的優勢。
（四）3G技術分析
3G于1996年提出標準，2000年完成包括上層協議在內的完整標準的制訂工作。3G網絡部署已具備相當的實踐經驗，有一成套建網的理論，包括對網絡的鏈路預算、模型預算以及仿真等。從商用前景看，目前，3G在部分地區已得到大規模的商業應用，比如歐洲很多國家、日本、韓國等都已經建設了3G的網絡。3G技術已經進入可以實用的階段，還有很多國家和地區正在建設或將要建設3G網絡。
（五）LMDS技術分析
本地多點分布業務系統LMDS是一種提供點對多點的固定寬帶無線接入技術，其工作頻率在20GHZ以上，利用毫米波傳輸，可在一定的范圍內提供數字雙工語音、數據、因特網和視頻業務，是一種非常好的寬帶固定無線接入解決方案。在最優情況下，距離可達8公里；但是由于受降雨的原因，距離通常限于1.5公里。
其主要工作原理是通過扇區或基站設備將ATM骨干網基帶信息調制為射頻信號發射出去，在其覆蓋區域內的許多用戶端設備接收并將射頻信號還原為ATM基帶信號，在無需為每個用戶專門鋪設光纖或銅纜情況下，實現數據雙向對稱高帶寬無線傳輸。
（六）MMDS技術分析
MMDS的主要缺點是有阻塞問題且信號質量易受天氣變化的影響，可用頻帶亦不夠寬，最多不超過200MHz。其次，MMDS對傳輸路徑要求非常嚴格。由于MMDS采用的調制技術主要是相移鍵控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度調制QAM調制技術，無法做到非視距傳輸，在目前復雜的城市環境下難以推廣應用。另外，MMDS沒有統一的國際標準，各廠家的設備存在兼容性問題。
（七）集群通信技術分析
數字集群系統具有很多優點，它的頻譜利用率有很大提高，可進一步提高集群系統的用戶容量；它提高了信號抗信道衰落的能力，使無線傳輸質量變好；由于使用了發展成熟的數字加密理論和實用技術，所以對數字系統來說，保密性也有很大改善。
數字集群移動通信系統可提供多業務服務，也就是說除數字語音信號外，還可以傳輸用戶數字、圖像信息等。由于網內傳輸的是統一的數字信號，因此極大地提高了集群網的服務功能。
（八）點對點微波技術分析
微波傳輸的優勢主要體現在以下幾個方面：第一，可以降低運營商的運營。與租用線路相比，微波系統的只要一年左右即可收回。第二，微波傳輸系統部署簡潔快速。與傳統的傳輸手段相比，其快速部署的優勢可以更快地滿足新業務發展的需要。第三，目前的微波產品對未來的發展是有保障的，對于運營商的新業務和新需求都可以給予很好的支撐。未來，微波傳輸系統將升級到全IP的平臺之上，可以全面支持運營商未來的發展。
（九）衛星通信技術分析
利用衛星在有些不很密集的地區來配合陸地通信。在這些地區散布著范圍較廣但不密集的用戶，可以利用衛星作為用戶連至固定有線網的接入設施。在陸地通信網已經構成寬帶多媒體通信網的下，利用衛星建成寬帶衛星接入系統是比較好而切合實際的方案，又可靠。
但是衛星通信畢竟是采用衛星作為通信平臺，其地面站的建設、通信信道租用費用都需要花費大量資金，而且通信資源為衛星通信公司所有，受其帶寬的限制，使得大量數據的傳輸需要付出非常大的代價。因此，作為日常生產、生活使用是極為不經濟的；而將衛星通信作為應急通信、作戰通信、海外通信等則比較適合。
四、無線技術綜合比較
目前無線通信領域各種技術的互補性日趨鮮明。這主要表現在不同的接入技術具有不同的覆蓋范圍、不同的適用區域、不同的技術特點、不同的接入速率。3G可解決廣域無縫覆蓋和強漫游的移動性需求，WLAN可解決中距離的較高速數據接入，而UWB可實現近距離的超高速無線接入。
首先，從標準化程度上看，本報告所涉及的技術中，僅僅WMN技術沒有成熟的標準體系，LMDS、MMDS、集群通信均有多種標準，只是沒有統一的國際標準，其余的技術均已經完成標準化工作，并且都進行了試驗網建設和商業網建設。
從頻率上看，Wi-Fi技術、WMN均使用的是開放頻段，WiMax技術、3G技術等其他技術使用的是授權頻段。
從覆蓋范圍上看，Wi-Fi技術、WMN技術屬于局域網無線接入技術，僅覆蓋35m～100m；WiMax技術、3G技術、LMDS技術、MMDS技術、集群通信屬于城域網接入技術，覆蓋范圍在1km～54km不等，而衛星通信、點對點微波則屬于廣域網技術，通常用于通信主干組網建設。
從傳輸速率上看，點對點微波和衛星通信屬于干線傳輸技術，不同的情況速率變化較大，而其余的技術均為接入技術，僅僅是3G技術接入速率最小，僅為384k，而其余技術均為幾十M甚至上百M的速率。
從調制技術上看，其中WiFi技術、WiMax技術、WMN、3G技術均采用最新的調制技術OFDM，其余的技術均未采用OFDM調制技術。
從天線技術上看，僅僅3G和WiMax技術采用了MIMO技術，而其他技術均未采用MIMO技術；從傳輸環境上看，僅僅WiMax技術和3G技術支持非視距傳輸，其余技術均要求視距傳輸環境；從網絡安全和QoS機制上看，WiMax技術和3G技術在這方面做得比較優秀、完善，其余的均存在較大的問題。
關鍵詞：靜止衛星；水利；應用；水文水資源監測；災害監測；水利通信
中圖分類號：TP79；TV21文獻標識碼：A文章編號：1672-1683（2013）04-0134-06
地球靜止軌道衛星（以下簡稱靜止衛星）位于地球赤道上空距地面約36 000 km，軌道平面與赤道平面夾角為零，并且繞地球運行的角速度與地球自轉的角速度相同，故相對于地面靜止。由于靜止衛星與地球自轉的同步性，衛星可以實現連續對地觀測，在氣象、通信、軍事、農業、林業等行業都有較廣泛的應用，特別是在氣象和通信領域，已成為不可或缺的監測和數據獲取工具和平臺。
水利行業中許多領域都存在對靜止衛星的應用需求，如水資源日常監測、突發事件應急監測、災害監測預警等，但總體上對靜止衛星的應用仍處于起步階段，多局限于氣象預報產品應用等方面，應用范圍有待進一步拓寬，應用程度有待進一步深入[1]。
本文通過對現有靜止衛星主要參數和特點的歸納，以及對國內外靜止衛星水利應用的調研和分析，基于靜止衛星在我國水利行業的應用現狀，提出未來我國靜止衛星水利應用前景的設想和展望。
1國內外水利相關靜止衛星發展狀況
國外水利相關靜止衛星發展較早。1975年，美國率先實現了人類首顆靜止氣象衛星GEOS-1業務運行；1977年，日本第一顆靜止氣象衛星GMS-1發射；1978年，歐空局的Meteosat靜止氣象衛星首次實現了水汽通道圖像傳輸；1982年，印度第一代INSAT衛星發射，集通信、廣播和氣象探測于一身。
目前，美國的GEOS系列已經發展到了第四代，擁有更穩定的平臺，支持更新的成像儀、空間環境探測器（SEM）、垂直探測器和太陽X射線成像儀（SXI）。新一代的GOES-R系列也已提上日程，預計于2014年實現業務運行，將搭載先進的基線成像儀（ABI）和超光譜環境監測儀（HES），性能將大幅提升，在同步衛星監測領域繼續保持領先優勢。
日本的MTSAT-2和MTSAT-1R雙星在軌運行，互為備份，較上一代GMS-5的自旋穩定姿態控制不同，MTSAT采用三軸穩定方式，成像時間短、圖像信噪比、靈敏度高。
歐盟第二代靜止氣象衛星MSG-2替代了上一代Meteosat，雖然仍采用自旋穩定方式，但在傳感器通道數、空間分辨率、圓盤成像時間和量化級數上有了很大提高。MSG-3已于2012年7月發射，第三代靜止氣象衛星（MTG）將會在成像精度上和數據傳輸速率上有大輻改進，首顆衛星將于2018年開始服役。
俄羅斯在軌靜止衛星二代GOMS-N2和印度在軌靜止衛星INSAT-3D都采用先進的多通道掃描成像儀，擁有各自的特點。
我國水利相關靜止衛星發展起步較晚。1997年6月10日，我國第一顆靜止氣象衛星FY-2A正式投入使用，2004年10月FY-2C發射成功，實現業務化運行，比美國晚了整整29年，總體水平也只相當于美國20世紀90年代初的水平，據估計這樣的差距可能在風云四號才能趕上。不過風云二號也有很多自己的特色，尤其在圖像定位配準方面已經達到了世界先進水平。2006年12月，FY-2D靜止氣象衛星發射成功，與FY-2C星實現了雙星備份，主汛期每天每15分鐘可提供一張圖像。2008年12月，FY-2E星接替已經超期服役的FY-2C星繼續運行。這三顆星均采用自旋穩定的姿態控制方式，搭載5通道掃描成像儀和空間環境探測儀，但是和發達國家相比，還是有一定的差距。表1是各國靜止氣象衛星搭載主要荷載對比。
2.1靜止衛星在水利行業的可用性分析
2.1.1水利相關應用參數分析
隨著水利現代化的不斷深入，傳統水利監測手段已經無法滿足需求。在水資源監測方面，傳統水文監測只采集站點數據，且水文站網密度有限，展布到面后精度有一定不確定性。水旱災害監測也距實時、持續監測與預警的業務需求有一定差距。傳統水質監測能力也落后于管理需求，指標不夠全面，站點密度不夠，快速機動監測能力差，突發性水污染預警系統不夠完善。
極軌等高空間分辨率遙感衛星重訪周期長，幅寬窄，可能在區域性單次監測上精度較高，但在大尺度動態監測方面較為薄弱。靜止衛星可每30 min獲取一次影像，尺度可覆蓋全球，并且新一代靜止衛星多配置高分辨率多通道傳感器，將為水利業務監測提供多指標、真實可靠的實時監測數據，大幅提高日常管理和應急能力。
從GEOS-1只搭載單臺掃描成像儀，提供單一氣象資料，到如今搭載多種高分辨率空間探測器，并依托各國靜止氣象衛星建立起的全球靜止氣象衛星觀測系統，靜止衛星已實現為水文監測、重大水旱災害監測和實時水情數據傳輸提供動態數據和多種定量產品支持，表2是全球主要靜止氣象衛星的水利相關應用領域。除提供初級遙感信息外，靜止衛星還可提供多種定量產品，為水利行業提供更深入、針對性強的業務應用產品，表3是我國FY-2C衛星提供的水利相關定量產品。此外，靜止衛星還為水利部門提供相關數據轉發和衛星通信系統網絡支持，20世紀90年代，我國水利部就購買了亞洲二號半個轉發器，并以此為依托建立了水利衛星通信系統。另外，靜止衛星移動通信系統和全球導航系統也可應用于水利行業。靜止衛星移動通信系統主要有全球覆蓋的國際海事衛星（Inmarsat）通信系統和區域覆蓋北美的移動衛星（MSAT）通信系統、亞洲蜂窩衛星（ACeS）通信系統、瑟拉亞（Thuraya）衛星通信系統等。比較成熟的衛星導航系統有美國的全球定位系統（GPS）、俄羅斯的GLONASS和我國自行研制開發的區域性有源三維衛星定位與通信系統（CNSS），即北斗衛星導航系統。目前，為我國水利通信建設提供服務的靜止衛星系統主要是Inmarsat-C海事衛星系統和北斗衛星導航系統。
相對于傳統地面觀測和其它衛星在水利中的應用，靜止軌道衛星的主要優勢在于可以高時間分辨率探測信息，有效的動態跟蹤和監測大尺度系統的形成、發展及演變規律。一顆靜止軌道氣象衛星每30 min就能獲得近地球的氣象圖片資料，對水資源運行調度管理實時監測、水旱災害監測，洪水、暴雨和突發水污染事故應急監測以及水情數據轉發具有突出的能力。因此，靜止衛星在水利方面的應用有著廣闊的前景。
在水資源監測方面，傳統水文監測只采集站點的數據，擴展到面后精度不高，且許多地區水文站網密度不夠，甚至還存在無監測地區，降水、徑流監測和預報等技術手段尚不能完全不能滿足水資源評價、規劃與管理等方面的需求，而極軌等高空間分辨率遙感衛星由于重訪周期過長，幅寬較窄，可能在區域性水資源監測精度較高，但對于大尺度動態水資源監測方面較為薄弱。在水資源管理方面，由于人工側支循環，使得流域水資源的分配和轉換關系異常復雜，分配層次多，流域降水和徑流變化趨勢不同步，降雨徑流預報和水資源趨勢預測依然是世界級難題，滿足不了流域水資源配置和調度管理的需要。靜止軌道衛星每30 min就能獲得水文監測資料，尺度可覆蓋全球，相信配備高空間分辨率傳感器的靜止軌道衛星會在全球水資源領域有更深入的應用。
在水旱災害遙感監測方面的，我國雖已開展多年，但距實時、持續監測與預警的行業需求還有一定的差距。高分辨率的靜止軌道衛星數據，進一步提高業務化程度，以形成一套完整的水旱災害遙感監測產品。
2.2在水文水資源監測中的應用進展
2.2.1降水監測
降水是水文循環中的基本環節，在水資源評價、管理、水循環模擬等方面都有著大量的數據需求。從1978年美國人L.E.Spayd Jr.和R.A.Scofield[12]第一次基于GOES數據提出估算熱帶氣旋降雨量方法并業務化應用以來，不論是在理論還是手段上，基于靜止衛星的降水監測技術都已相當成熟，方法呈現多樣化。美國NOAA的NESDIS 發展了利用GEOS紅外資料估算降水量的系統并于1997年投入業務運用[13]，我國水利部信息中心也使用云分類方法對GMS衛星數字云圖估算面雨量[14]，張云惠、史可傳[15]基于GMS衛星云圖對哈密地區降雨進行估算，徐亮等[16] 基于靜止衛星氣象數字化產品采用多元決策加權法估算降雨，熊秋芬[17]提出了基于GMS衛星4通道資料的人工神經網絡技術估算降雨的方法，并進行了實例驗證。
為了彌補靜止衛星空間分辨率的不足和發揮其高時間采樣頻率的優勢，靜止衛星降水監測主要采用多種傳感器聯合監測的方法。現在水利行業應用較廣的全球降水監測數據集——全球衛星降水制圖（GSMaP） 和 GPCP就是多種傳感器聯合監測的成果。GSMaP 數據集采用的GEOS衛星的可見光/紅外數據，空間分辨率為0.03635°（在赤道上相當于 4 km） ，時間分辨率約為30分鐘，覆蓋區域為60°N ～ 60°S，在海洋上的監測效果最好，在高山上的表現最差。在陸地和海岸帶地區，GSMaP 數據難于識別強降水，同時低估強度大于10 mm/h 的降水。GPCP數據集主要數據源是GOES、GMS、Meteosat衛星，逐月、逐日和每5日降水分析資料空間分辨率分別為2.5°、1°和2.5°。
2.2.2土壤含水量與蒸散發監測
土壤含水量與蒸散發監測是水資源評價、管理中的重要一環，獲取實時連續監測數據是做好實時調度和管理工作的必要保障。靜止氣象衛星的紅外掃描輻射計在土壤墑情、溫度、溫度和植被監測方面均有所應用。趙長森等[18]提出了基于靜止衛星的陸面區域蒸散模型，并采用FY-2C數據對淮河流域蚌埠以上農業區進行了多時間尺度的區域耗水模擬，開創了利用靜止衛星模型模擬區域耗水的先河。裴浩等[19]借鑒極軌氣象衛星監測植被和土壤墑情的研究成果，采用GMS的多通道數據監測土壤墑情和植被指數。楊曉春[20]利用FY-2數據對土壤濕度進行模擬，并在多年干旱監測中得到了應用。
為了彌補靜止衛星在空間分辨率上的不足，舒云巧等[21]提出利用FY-2C結合MODIS產品估算河北灌溉農田實際蒸散量的方法，利用靜止衛星時間分辨率強的優勢，提高了遙感監測的質量。由于靜止衛星的紅外傳感器空間分辨率往往都是千米級的，因此，比較適于大、中區域尺度高時間分辨率的地表參數反演。張霄羽和王嬌[29]利用風云二號靜止氣象衛星數據，提出了多時相熱紅外/可見光反演地表水分的算法，在中尺度區域上定量化土壤表面含水量，并在中國西北地區進行應用，獲得了5 km×5 km空間尺度的日均土壤含水量，并且與先進的AMSR土壤水分產品相比，均方根誤差為0.025 g/cm3，最大估算誤差在0.07 g/cm3以內。這一研究為中尺度高時間分辨率土壤含水量產品的獲取提出了一種思路。
2.2.3冰雪監測
冰雪融量的計算是水文學上的一個重要問題，靜止衛星也在大尺度連續動態觀測冰雪上很有優勢，但由于空間分辨率較低，目前還處于初探階段。裴浩等[19]嘗試利用GMS可見光通道探測冰雪分布并取得了較好的精度。中國科學院冰川所利用氣象衛星云圖來計算雪被覆蓋的范圍、厚度、冰雪融量，并追索其連續演變，進行了祁連山冰川水文學的研究。
2.3在水旱災害監測中的應用進展
2.3.1洪災監測
靜止氣象衛星在全天候洪水監測和汛期降雨預報方面均有應用，是防洪減災輔助決策的重要信息來源。中國氣象局國家衛星氣象中心從20世紀80年代中期開展提供氣象衛星監測洪澇災害的科研服務，曾成功對1991年江淮大水、1996年華北水災以及1998年長江洪水等重大洪澇災害進行了監測[19]。王慶齋等[23]也根據GMS-5靜止氣象衛星數字化衛星云圖曲灰度分布，建立云頂溫度與地面實測降水關系曲線，實現對黃河流域汛期降水的預報。
2.3.2旱災監測
靜止氣象衛星監測旱情問題，已引起國內外學者的關注，并進行了一些研究嘗試。張元元[24]利用FY-2/VISSR數據生成PRETA干旱指數產品，應用于全國范圍的旱情連續監測，與極軌衛星同類產品相比，在監測范圍和頻次上都具有明顯的優勢，很好地反映了2009年秋季至2010年春季西南大旱的旱情時空變化。姬菊枝等[25]利用風云二號衛星并結合NOAA的數據用熱慣量法估計了2003年哈爾濱春季干旱受災情況，提出了防治措施。
2.3.3冰雪災害監測
靜止氣象衛星在重大冰雪災害也有一些應用。朱小祥等[26]利用FY-2C、D星結合modis數據在2008年南方雪災中向有關部門提供降雪天氣預報、受災區積雪覆蓋范圍等方面的遙感監測信息。
2.4在國內水利通信中的應用進展
靜止衛星在水利行業中的應用除包含靜止氣象衛星提供水利相關應用的直接產品外，還承擔著轉發水情數據、進行水利通信的任務。1991年，北京海事衛星通信系統（Inmarsat-C）地面站正式運行，開始承擔起用戶、衛星與移動終端之間水情數據轉發的任務，使得水情測報系統不受距離和下墊面條件的限制。我國自主研發的北斗導航系統也為水情部分流域的水情測報系統提供服務，承擔著部分水利衛星通信任務，具有覆蓋范圍廣、傳輸數據量大和成本低的優勢。此外，我國從1976年開始投資水利通信網。1994年，水利部一次性購買了亞洲二號的半個Ku波段轉發器，建設水利通信系統，經過十多年的努力，建立了以語音、數據、圖像為媒介的水利通信網。2008年，亞洲二號退役，水利部又租用亞洲五號Ku波段轉發器和亞太六號C波段轉發器，實現混網組合，組建了新一代的水利通信系統，并于2010年投入使用，提高了抗雨衰能力，EIRP和G/T指數值在邊遠地區比前代提高了16倍，增強了發射和接收能力。新系統集圖像、數據、語音和應急通信業務為一體，采用新型的DVB-S2通信體制，加大傳輸帶寬，充分提高衛星信號傳輸能力，滿足了防汛、抗旱衛星通信需求，有效保證了水利通信系統的業務應用。
3存在問題與展望
靜止衛星自身雖然有覆蓋范圍廣、成像周期短、資料來源均勻、連續、實時性強、成本低等先天性優勢，但犧牲了傳感器精度、荷載和傳輸速率等條件，造成業務應用面窄和深化程度不夠的問題。因此，靜止衛星在水利行業得到廣泛應用還需要解決以下幾個問題。
（1）提高衛星穩定性，保證監測數據的持續穩定獲取。我國的FY-2號還采用自旋穩定姿態控制方式，衛星運行穩定性差，數據噪點多，難以實時穩定更新，改進靜止衛星姿態控制方式，提高傳感器靈敏度和穩定性，是保證監測數據高質量持續穩定傳輸的有效手段。
（2）提高傳感器性能，滿足行業應用精度要求，深化業務應用。目前水利行業采用的靜止衛星數據源大多空間分辨率和光譜分辨率較低，離行業應用的精度要求尚有一定距離，另外，有效荷載種類過少，監測范圍不足，相關應用領域較窄，需加大高軌、高分辨率傳感器的研發投入，深化業務應用，在保證靜止衛星同步、大尺度觀測特性的同時，開展新型傳感器的研究，擴展監測領域，進行精細化研究，提高傳感器觀測精度，保證行業應用的可靠性。
（3）做好與傳統地面監測數據的協同應用。不管是單一靜止衛星遙感監測數據，還是傳統地面監測數據，都在反應真實水利應用狀況時存在優缺點，做好和地面觀測數據同化處理，實現與傳統地面觀測技術的結合應用，才能提供更加全面、真實、精確地監測數據。
（4）做好與高空間分辨率數據源的同化應用。靜止衛星可提供全天候、大尺度的遙感監測資料，但不足之處是空間分辨率較低，數據精度有限，做好靜止衛星數據與高空間分辨率遙感衛星數據的協同應用，是保證數據精度的發展方向之一。
目前，靜止衛星在水利方面的應用還僅限于一些氣象水文信息、水旱災害的初級監測和水情的轉發，像水土流失、水環境狀況、灌溉面積監測、水利工程監測等更多水利信息的獲取應用還不深入，并且由于應用理論水平的限制，也不能完全滿足業務需求。但是，在高空間分辨率、高時間分辨率、高光譜分辨率為代表的新型傳感器的研發和高穩定姿態控制技術的發展下，隨著數據傳輸能力的提高、地面數據處理技術的發展，靜止衛星數據與傳統監測數據和高空間分辨率數據的同化技術的深入研究，靜止衛星數據的應用水平將不斷提高。近期，依托高分辨率對地觀測系統重大專項，我國將發射一顆高空間分辨率的光學靜止衛星，將在衛星姿態控制和傳感器物理指標上有重大突破，會大幅提升靜止衛星的空間監測能力，為地表水體變化、水利工程運行狀態監測、農作物長勢監測以及水旱災害監測與預警、突發水污染事件和其他突發災害應急監測提供更加全面的監測數據，相信會更加深化靜止衛星數據在水利行業的應用水平。
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