直升機衛星通信系統關鍵技術解析

衛星通信（簡 稱衛通） 具有頻帶寬、容量大、性能穩定、成本與通信距離無關等優點，成為現代通信的一種重要方式。直升機衛星通信是指直升機通過機載衛星設備實現與衛星的直接通 信，并通過衛星的轉接與地面站進行信息的傳輸和交換。信息交換的種類有話音、數據和圖像視頻等。由于直升機本身的旋翼特點及操控特性，在設計衛星通信系統時 對微波天線的尺寸和重量都有嚴格的限制和要求，天線口徑、安裝位置和功放等硬性條件確定之后，在測試通信質量時，如果通信效果不好，試驗工程師應該從哪些 方面進行分析，查找問題的根源。本文從直升機衛星通信系統的關鍵技術入手，結合工程應用把問題一一展開。通過對系統全面的了解，對關鍵技術的確認，從而實 現對系統的準確測試。
　　1 機載衛星通信系統工作原理
　　1.1 機載衛星通信系統
　　衛星通信（ 簡稱衛通） 具有頻帶寬、容量大、性能穩定、成本與通信距離無關等優點，成為現代通信的一種重要方式。機載衛星通信系統分為固定翼機載衛星通信系統和旋翼衛星通信系統。
　　一個基本的衛星通信系統至少包含兩個衛通站和必要的衛星資源。對于直升機衛星通信系統，只是在信道處理時增加抗旋翼遮擋模塊。
　　衛星通信的工作頻段很多， 有UHF、S、C、Ku 和Ka等頻段。目前，國內的主流衛通頻段還是Ku 頻段，Ku 頻段常用的發射頻率范圍是14.0~14.5 GHz；接收頻率范圍是12.25~12.75 GHz，帶寬均為500 MHz，也是目前機載設備普遍選用的頻段。
　　1.2 系統工作原理
　　衛星通信系統工 作原理如圖1 所示。發送端輸入的信息經過處理和編碼后，進入調制器對載波（中頻）進行調制；已調的中頻信號經過上變頻器將頻率搬移至所需求的上行射頻頻率，最后經過高 功率放大器放大后，饋送到發送天線發往衛星。衛星轉發器對所接受的上行信號提供足夠的增益，還將上行頻率變換為下行頻率，之后衛星發射天線將信號經下行鏈 路送至接受地球站。
　　地球站將接受的微弱信號送入低噪聲模塊和下變頻器。低噪聲模塊前端是具有低噪聲溫度的放大器，保證接收信號的質量。下變頻、解調器和解碼與發送端的編碼、調制和上變頻相對應。
　　
　　圖1 衛星通信系統基本工作原理
　　2 關鍵技術
　　2.1 姿態角提取及坐標變換
　　在機載衛星通信地球站工作過程中，天線伺服控制分系統的作用是使天線的波束中心自動、快速、準確地對準衛星，從而使通信系統保持正常工作。伺服控制分系統要完成這一任務，必須知道天線波束中心和所要對準衛星的方位角、仰角和極化角。
　　目 前，國內典型機載衛星通信系統天伺系統是采用數字引導和自跟蹤功能相結合的機制，即通過捷聯慣導（IMU）提供的載機姿態信息解算天線指向的引導方式和通 過天線饋源網絡和接收機提供的角差信號控制天線指向目標的自跟蹤方式。首先，根據載機定位信息和預選設定的衛星信息，運用以下公式可以計算出大地仰角 （E）及方位角（A）。
　　
　　式中：φ1 為接收站經度（度）；φ2 為衛星的軌位經度（度）;β 為接收站緯度（度）。
　　Re/（Re+H）=0.15，Re 為地球半徑（6 378 km），H 為同步衛星距地球表面的高度（35 786 km）
　　由于繞定點轉動的兩個坐標系之間的關系可以用方向余弦矩陣來表示，且載體坐標系與地理坐標系之間存在著姿態變化，所以，對天線穩定系統來說，可以根據慣導提供的姿態信息（橫滾R、俯仰P 和航向H），實現從地理坐標系到載機坐標系的角度變換。