发布时间：2023-02-27 11:13:28
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的卫星通信论文样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
卫星信号复用模块的功能是：将船载北斗收发设备与其原配的控制终端设备进行分离；将信号根据不同策略复用为两路数据信号；提供与数据采集终端的接口。图1给出了卫星信号复用模块与系统的其他部分的连接的方式。其中的北斗卫星通信天线完成北斗信号的收发、导航信号的接收以及双向数字接口的信号交互；北斗控制终端是国内北斗星通公司开发的多用途控制设备，其功能涵盖了导航、轨迹录、报文收发和紧急情况下的报警呼救等；数据采集终端是本系统中的采集数据的收发系统，利用人工输入海洋资源数据，并通过卫星信道将数据发回北斗整列控制中心。卫星信号复用模块是各个模块的通信中枢，完成设备对信道的申请和释放，并且为各个工作子系统供电，系统对其工作稳定性和可靠性提出了较高的要求。图2给出了卫星信号复用模块的内部结构图。其中RXD_T和TXD_T分别表示RS232电平的北斗卫星天线的数据收发信号；RXD_K和TXD_K表示北斗控制终端的RS232数据收发信号；RXD_C和TXD_C表示数据采集终端的数据收发信号。其结构比较简单，但是在前期的设计和测试中发现了一系列可靠性问题。长时间地将数据采集终端以在线方式工作会造成卫星天线或者控制终端无法收发数据，因此在设计上采用了回馈电源模式，即当采集器不工作时，切换电路工作于信号直接切换模式，信道不受数据采集器控制。同时还发现当数据采集器不工作时，地线连接会造成数据串扰，所以在设计中采用了地线切换模式，当采集器不工作时将地线断开。为了进一步提高可靠性，降低干扰，信号切换没有采用有源的电子器件，而采用了电磁式继电器，当采集器不工作时系统的信号处于机械切换模式。采取上述措施后，系统无响应和数据通信失败的现象基本没有出现。
2控制终端设计
控制终端是数据采集人员的操作设备，其功能是输入采集的数据并且将数据发送。控制终端采用了ARM9架构的S3C2440作为核心处理器，利用自主开发的嵌入式操作系统，采用面向对象技术进行开发。其设计的模块结构图见图3。S3C2440核心板上有SDRAM与NANFLASH，分别用于应用程序的执行和程序的存储；北斗控制终端接口包含了北斗天线的串行控制口和电源；智能液晶显示接口通过串口2将核心板的显示控制数据传递给智能液晶模块；阵列式扫描接口读取操作人员的输入键值用于数据控制。控制终端的软件结构图见图4。扫描键盘处理模块驱动阵列式键盘，读取用户的输入键值，并提交系统处理；智能终端GUI模块负责用户的图形界面处理，主要功能包括控件界面绘制，事件响应以及消息传递；GPIO电路驱动模块用于控制卫星信号复用模块的北斗信号切换，以及北斗系统电源的管理；伪汉字空间的转换模块负责将采集到的数字信号映射到GB2312的汉字空间，以适应北斗卫星通道的数据传输；稀疏数组压缩模块解决了北斗数据包短，而采集数据量较大的问题，通过自定义的无损压缩算法，将采集的数据高效率压缩以适应北斗数据通道的特点；北斗数据编码解码模块负责将处理好的数据以北斗规定的格式编码和解码；系统参数管理模块负责管理存储在智能终端中的系统参数，以配置不同的应用方案。
3伪汉字编码方案
北斗卫星通信系统对用户的级别做了严格限制，民用的北斗运营商普遍采用了内容过滤程序，即当发现传输内容为GB2312国标码时，允许数据通过，当发现传输内容为非GB2312国际码时不允许数据通过。数据采集的数据格式不符合GB2312编码标准，因此在系统设计上遇到了数据无法传递的困难。为了解决上述问题，设计了伪汉字编解码方案。其基本思路是：编码时将原始的数据流进行分解，分配到多个汉字空间，解码时从汉字空间提取出数据流，并且将拆分的数据进行合并。GB2312是北斗采用的汉字通信系统，用于民用终端的数据发送。GB2312中每个汉字由2个字节组成，第一个字节的范围为176~247，而第二个字节的范围为160~254。因此第一个字节的有效编码空间为0~71，而第二个字节的编码空间为0~94。为了简化算法，将两个字节的编码空间都设置在0~63即2的6次方范围内。实际上将数据看成一个Bit流，将8Bit为单位分解为6Bit为单位，其示例图见图5。图中上方的8Bit的3个字节被看成24Bit的数据，在图中部分解到4个字节，每个字节为6位，高2位补零。实际上上方的数据与中部的数据从Bit流看来都是24Bit。得到4个字节的6Bit数据后，在每个字节上加上176得到图5中下部的数据，即伪汉字编码。该编码的范围位于GB2312的范围内，可用于北斗信号的数据传送。解码的过程与编码的过程相反，不再叙述。在编码的过程中还会遇到实际问题：图5中演示的情况属于比较特殊的情况，输入的数据的字节数量是3的倍数，输出的字节数量为4的倍数。现实的数据流不一定满足上述要求，例如如果输入的数据是4个字节，输出需要的字节数是6个字节；如果输入的是5个字节输出的需要6个字节。这样会给编解码带来巨大的困难。为了简化编解码，可以将数据进行特殊的处理，办法是在传递的数据中增加一个数据的长度指示，并且将数据进行整数倍拼凑。其过程见图6。在数据的头部附加了一个长度指示器，其作用是当收到的数据后部附加的有PAD时可以将原始的数据提取出。PAD是附加在有效数据后面的无效数据，PAD的数量根据原始数据长度变化，其数量为0~2个。数据扩展的原则是将数据的整体长度扩展为3的倍数。这样得到的伪汉字编码的数据长度就是4的倍数，如此扩展的目的是有利于编码和解码。
4北斗数据通讯阵列与系统整体架构
由于北斗系统是军民两用系统，并且随着用户数量的增加，通信带宽日益紧张，为了保障系统中的高级用户权限，对用户的收发信息的频度做了限制，平均一分钟才能发送一条信息。而对于接收信息的频度却没有限制，所以信息的接收相对较快。由于北斗的信息通道采用了无验证的协议，发送方无法得知接收方是否成功接收数据。为了保证通信的可靠性，本数据采集系统对北斗通信协议进行了改进。具体方法为：发送方发送消息后，从系统中获取一个随机变量用于产生延时，如果在规定的时间长度内没有收到对方发来的验证数据就继续发送，直到成功收到接收方的验证数据报。采用上述协议后，系统通信的可靠性得到了提高，但却给北斗的通信系统带来的严重负担。特别是随着采集系统数量的增加，控制中心的通信负担日益加大，采集终端数据发送的成功率也大幅下降，严重影响了系统的正常工作。为了提高系统的数据吞吐率，利用北斗系统收发速率不平衡的特点设计了北斗卫星阵列，采用了单点接收设备以及多点发送的通信模式。当接受北斗设备收到采集系统来自海上的信息后，根据负载平衡的算法，从发送阵列中选择一个空闲设备完成数据发送。如果没有空闲设备就根据负载最少原则获取北斗发送设备并将数据压入发送消息队列。采用北斗阵列和负载平衡算法后，数据的吞吐率提高，系统的反应速度加快，也提高了采集设备的用户体验。系统的整体结构见图7。多个北斗设备通过统一的网关接入北斗应用服务器，相关的控制软件运行在其上，负载解析和实现北斗设备的控制协议，系统的负载平衡以及将采集的数据回写到数据库服务器。系统决策服务器上运行的软件负责解析数据，分析相关的资源信息，以及GIS的控制信息。Web服务器对通过VPN网关的远程用户提供了数据访问服务，由于数据，对不同的用户采用了硬件加密的认证模式，数据的传输也经过了加密通道的处理。
5实际应用
该研究项目经过多年的研发已经在海洋渔业资源、海洋生态和海洋安全方面得到广泛应用。为了分析海洋渔业资源，在本终端上设计了渔业捕获实时报告系统。具体方法是针对渔业捕捞的的各种船型，每种船型选择常见的50种鱼类，将鱼类的名称和图片写入终端。船员在捕捞结束后利用本终端将各种鱼类的产量通过北斗发送给控制中心。其中的数据不仅有渔获产量，而且还有捕捞的时间和地点，控制中心将数据记录入数据库后，结合相关的港口渔获数据，以及海洋卫星遥感数据，可以分析海洋鱼类的巡游规律，并且指导渔业生产。渔业管理部门也可以了解海洋整体上的生产情况，以便合理地进行生产管理。目前已经在南海生产渔船上安装了近300套设备，大部分设备工作正常。图8给出了第二代渔获采集终端实物，图9给出了GIS软件上的安装了设备的渔船的作业分布图。该系统还用于渔场预测，结合卫星遥感信号得到的温度、洋流和叶绿素等相关因素，根据终端传回的数据，分析渔场并将得到的预报信息通过控制中心发送到终端上，从而指导渔业生产，减少资源消耗，提高经济效益。图10给出了渔场预报的样图。该设备还用于增值放流工作的检测：为了保证渔业资源的稳定，需要人工放流鱼种。为了跟踪放流鱼种的生长和巡游情况，放流前在部分鱼种上留有标志，并且在放流前将标志与鱼种信息记录在数据库中，当鱼被装有终端的渔船捕获后，船员将鱼的参数和标志编号输入终端，通过北斗发回控制中心，相关的放流数据就可以进入软件分析，从而得到放流的效果评估。目前本终端还具有了天气预报信息的发送以及他国渔船越界捕鱼事件报告的功能，可以在渔业安全和保护国家渔业资源等方面发挥作用。
6结束语
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
根据预失真器所处的位置，可将预失真分为基带预失真、中频预失真和射频预失真。随着数字信号处理技术的飞速发展，预失真技术可在数字域内实现，具有电路灵活、成本低等优点；而且可利用自适应算法来跟踪补偿功放因环境因素改变而产生的特性变化。图1是数字基带预失真技术结构框图。数字预失真分为查找表法和非线性函数法2大类。其中，非线性函数法包括Volterra级数法和神经网络法。考虑到Volterra级数的计算复杂度较高，一般采用其简化形式（如记忆多项式法）来实现预失真。
1．1查找表法
查找表法是通过建立查找表来离散地描述功放的反向特性，传统的基于查找表法的预失真实现过程如下：1）测试功放的输入／输出信号，获取功放的即时非线性特性；2）找出功放的理想增益，即功放在线性区工作时的最大增益；3）将功放的输入特性／输出特性反转，由此生成查找表，为每一个输入信号提供一个相应的预失真信号。建立查找表之后，须考虑查找表的量化误差问题。由于查找表的表项是有限的，查找表输入端信号量化时，必然会引起误差，此时，采用不同的索引技术会对预失真性能产生不同的影响。作为查找表法的核心，查找表地址索引技术阐释了如何有效地从查找表中找到有用的补偿数据。查找表预失真的内部结构如图2所示，表示输入信号的幅度，Q模块为量化器。查找表的地址索引方法包括均匀量化法和非均匀量化法。均匀量化是以输入信号的幅度为指针，均匀分配其整个变化域以生成查找表。功率法是最常见的均匀量化手段，其把输入信号功率作为指针，在变化域内均匀量化。但对小信号而言，功率法表项分布稀疏，量化间隔较大，引起的误差和失真也很大，因此，该方法不适用于小信号较多的功放预失真系统。传统的查找表法仅根据输入信号幅度，找出表中最接近该幅度值的一项，该项对应的输出值即为相应预失真信号的输出值，不过此方法存在量化误差。采用插值技术可在一定程度上改善系统的量化误差，线性插值法是最简单常用的插值方法。均匀索引的实现过程比较简单，但存在2个重要问题：输入信号的统计特性和各区间信号的非线性程度。常见的非均匀索引有功率索引、最优法索引及μ率法索引等。这些方法虽考虑了信号各区间非线性程度的不同，但却忽视了输入信号的统计特性。由此可知，查找表建立简单，实现容易，但是也存在缺点：1）存在量化效应；2）精度要求越高，对查找表的尺寸要求越高，即表项越多，意味着速度性能会下降；3）不能补偿功放的记忆效应；4）自适应能力较差。为了尽可能减小这些问题对预失真器性能的影响，文献［2－3］对无记忆预失真器进行了改进，分别构造二维查找表和分段预均衡器。但当功放记忆效应较强时，二维查找表的线性化效果不太理想。另外，可根据信号的特性，制定相应的改进查找表法，文献［4］提出了一种改进查找表法，该算法根据OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiple－xing，正交频分复用）信号的分布特性，对出现概率较小的大幅值信号增加迭代次数，提高了查找表法的收敛速度。
1．2多项式法
由于查找表法结构简单、易实现，早期多采用该方法对功放进行预失真处理，但其预失真性能的优劣取决于表项的多少，性能改善越好，所需表项越多，相应地，所需的存储空间也就越大，查找表项的数据和更新表项所需时间、计算量也就越大，因此，对情况复杂的系统，该方法不可取。非线性函数法是常用的预失真方法，其将输出信号的采样值与输入信号一一对应起来，用非线性函数把输入和输出信号进行拟合，得到功放的工作函数曲线，由于预失真器的特性与功放特性相反，由功放的非线性函数可得预失真器的非线性工作函数。非线性函数预失真方法已成为近年研究的热点。功放的建模及模型参数的辨识是功放预失真技术的2个重要组成部分。对于功放的建模，常用的无记忆模型包括Saleh模型、Rapp模型和幂级数模型；有记忆模型包括Volterra级数模型、Winner模型、Hammerstein模型和MP（MemoryPolynomial，记忆多项式）模型。分数阶记忆多项式抑制了高阶交调分量，但对强记忆效应的功放预失真性能没有改善；广义记忆多项式明显提升了对强记忆效应的抑制能力，但计算量大，复杂度高。文献［8］在广义记忆多项式的基础上，去掉其滞后部分，降低模型系数数量，去掉偶数阶次，引入分数阶次，提出了一种改进型的广义分数阶记忆多项式模型。仿真表明这种改进模型在系数数量、计算复杂度和线性化能力等方面取得了良好的折中。除上述模型外，增强型Hammerstein模型、EMP（EnvelopeMemoryPolynomial，包络记忆多项式）模型及DDR（DynamicDeviationReduction，动态偏差）模型都是Volterra级数模型的简化形式，这些简化模型可在很大程度上降低计算复杂度。模型建立和模型辨识是记忆多项式预失真的2个重要内容，模型是否合适直接决定预失真方法性能的优劣，如果没有合适的模型，再好的算法也不会取得精确的预失真结果。模型确定之后，选择的模型辨识算法是否得当决定着预失真技术的计算复杂度、收敛速度和性能。系统学习结构很大程度上决定了预失真系统的复杂度，须根据具体情况折中选择学习结构。根据学习器训练方式的不同，可将学习结构分为直接学习结构和间接学习结构，如图3所示。从图3可以看出：直接学习结构简单，是一个完整的闭环，实时性好，且参数不受系统引入噪声的影响［7］。自适应算法得到的权值是否是全局最优值会受到初值的影响，可能不唯一［8］。不同于直接学习结构的逆，间接学习结构采用的是后逆，学习器在训练时，对信号参数的敏感度降低，对实时闭环系统和自适应算法要求不再苛刻，较易于工程实现［9］。预失真训练器的训练过程即预失真模型参数的提取过程，核心是自适应算法不断更新得到的权值最终达到收敛目标值。自适应算法的复杂度和参数提取准确度决定了预失真器的性能及系统实现难易程度。目前参数提取算法大致可分为3类：LS（Least－Squares，最小二乘）算法、LMS（LeastMeanSquare，最小均方）算法和RLS（RecursiveLeastSquares，递归最小二乘）算法。在LMS和RLS的基础上，相继出现了较多的改进算法，比如变步长LMS算法和QR－RLS算法［10－12］。相比查找表预失真，多项式预失真准确度更高、自适应性能更好，但是其计算复杂度却比查找表法高得多，线性化性能优劣也严重受功放模型描述功放特性精确程度的影响。
1．3神经网络法
随着生物仿真学的发展，神经网络算法日益得到人们的广泛关注，引起研究者的探索热情。由于该方法能对功放的非线性特性函数进行拟合，可将其引入预失真器的设计中［13］。神经网络是根据生物学神经元网络的原理建立的，它的自适应系统由许多神经元的简单处理单元组成，所有神经元通过回馈或前向方式相互作用、相互关联。文献［14］首先提出了采用神经网络的方法对功放进行预失真处理。目前最为常用的神经网络是Minsky和Papert所提出的前向神经元网络。神经网络法被广泛应用在函数逼近和模式分类中，文献［15］证明了由任意多个隐层神经元组成的多层前向神经网络可逼近任意连续函数。因此，可利用神经网络来拟合预失真器的工作曲线，且可用改进的反向算法自适应地更新工作函数的系数。文献［16］提出一种单入／单出的神经网络方法，仿真结果表明：该方式能较好地改善三阶、五阶互调分量，与一般的多项式拟合技术相比，其收敛性能和硬件实现都有一定优势。文献［17］提出了一种基于动态神经网络的幅相分离的方法，核心是对卫星信号的幅度和相位进行分离。由于现有的神经网络预失真方法的延时效应较大，文中对网络的系数矩阵进行实时调整，有效减小了计算复杂度，较好地消除了功放非线性和记忆效应，具有较大的实用价值。文献［18－20］也对神经网络法做了相关研究，结果表明：与查找表法和记忆多项式法相比，神经网络有效地提升了功放的预失真精度。目前，在几种参数辨识方法中，神经网络法预失真性能最好，最具有研究价值。
1．4联合查找表和多项式法
在窄带通信系统中，不须考虑功放的记忆效应，但在进行宽带通信时，不可忽略功放的记忆效应，但此时基于查找表法的预失真不能补偿功放的记忆效应，基于记忆多项式的预失真方法可以补偿功放记忆效应。当功放的非线性程度较高时，记忆多项式的预失真性能会有所下降。为解决这个问题，联合使用查找表法和记忆多项式法来补偿功放的非线性和记忆效应。QualidHammi在文献［21］中提出TNTB（TwinNonlinearTwo－Box，双非线性两箱）模型。这种模型由1个MP单元和1个查找表单元构成，按照2个单元位置的不同可分为前向TNTB、后向TNTB和并联TNTB模型。这种方法的核心思想是：将有记忆效应功放引起的信号非线性失真分解为无记忆的非线性部分和记忆部分，根据查找表法和记忆多项式法各自的特点，采用查找表法补偿失真的无记忆非线性部分，采用记忆多项式法来解决失真的记忆效应。文献［22－28］对结合查找表法和记忆多项式法的应用方法做了实验验证，仿真结果证明该方法的预失真性能优于查找表法和多项式法，且并联TNTB模型预失真性能最好。文献［29］在上述联合算法的基础上，推导出最优分段方法，并将这种基于最优分段数的联合预失真算法同上述联合算法进行对比，结果证明最优分段方法能取得更优的效果。为降低TNTB模型的复杂度，MayadaYounes提出一种更精确，同时又能降低复杂度的PLUME（Parallel－LUT－MP－EMP）模型［30］，它由LUT（Look－upTable，查找表法）、MP和EMP并联组成，实验证明PLUME模型精度高于TNTB模型，在保证和GMP同样精度的条件下，能减少45％的系数数量。
2信号处理技术结合预失真技术
为了在有限的频段内实现更多的数据传输，宽带、高峰值平均功率比信号〔如MCM（MultipleCar－rierModulation，多载波信号）〕得到越来越广泛的应用，FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess，频分复用）信号就是多载波传输信号的一种。多载波调制的原理是把高速传输的数据流转换为N路速率较低的子数据流进行传输，符号周期为原来的N倍，远大于信道的最大时延扩展。此时，将1个频率选择性信道划分成N个窄带平坦衰落信道（均衡要求降低），使其具备很强的抗多径和抗干扰能力，适用于高速无线数据传输。但FDMA技术的缺陷在于它的峰均功率比高，因此放大器的非线性特性给通信传输带来的各种问题会更加突出。在数字预失真效果改善的基础上，为进一步提高线性化功放的线性度效率，可根据信号特性采取相应的信号处理技术与预失真项组合方案。针对高峰均比信号，文献［30－32］还提出了以下几种组合方案：DPD与CFR（CrestFactorReduc－tion，削峰技术）的结合，DPD、CFR与Doherty技术的结合，以及DPD、CFR与ET（EnvelopeTrack－ing，包络跟踪）技术的结合等。对CFR的研究已有20多年，随着最近十年现代移动通信的飞速发展，CFR的研究成为热点。相关文献著作中也给出了许多CFR实现方案，可归结如下：限幅滤波法、峰值加窗法及部分序列传输法等。相关的实验仿真已证明，对进入预失真器前的高峰均比信号进行削峰处理，可以提高系统的预失真性能。
3结论
论文摘要：在通信行业中，人们通常把电源比喻为通信系统的心脏。近年来，电信网全方位快速发展，同时也给从事电源维护管理工作的人员提出了许多新的问题。由于电源设备正处在新老并存、逐步更新换代的时期。基于此，本文就通信电源的维护和管理方面谈几点想法。
引言
由于历史发展的原因，当前通信电源供电体制基本上是以集中放置、集中供电方式为主，有人值守、故障维修为主。而电源的负载，如传输、交换、数据、移动等专业的维护方式正朝着集中监控、集中维护、少人或无人值守方向发展。通信基站是通信网络系统中的重要组成部分，保证任何情况下的正常供电，是保证通信网络安全运行的重要环节。为此各通信基站内均配备了较先进的电力电源供电系统，包括开关整流设备、免维护蓄电池、油机等。这些设备是保障供电稳定和连续性的重要设备，对这些设备维护的好坏，不仅影响电源系统设备的寿命和故障率，而且直接涉及通信网络的平稳运行。
一、通信电源概述
从远古时代以来，阳光、空气、食物和水一直是人们赖以生存的必需品，而今在科学技术飞跃发展的时代，电也已成为人们的必需品。因为有了电，我们的生活才有了欢乐。正是由于通信系统的安全优质运转，无处不在的通信电源则是坚实的基础和根本保障。实施集中监控管理是网络技术发展的必然趋势，是现代通信网的要求，也是企业减员增效的有效措施。各种电源设备要智能化、标准化，符合开放式通信协议。若电源系统不能输出规定电流，电压超出允许波动范围，杂音电压高于允许值时间并持续10s以上者均判定为系统故障。原交流系统中的电压、频率或波形畸变超出规定范围持续时间大于60s者均判定为故障。为此，要保证通信电源系统的可靠性，有条件的通信部门应尽量从两个不同的地方引入2路市电输入，并设置2路市电电能自动倒换装置；所用设备要选用可靠性高的高频开关整流设备，采用模块化、热插拔式结构以便于更换，并合理配置备份设备。任何新技术、新设备未经充分验证、试运行前均不得进入供电系统。供电方式要大力推广分散供电，使用同一种直流电压的通信设备采用两个以上的独立供电系统，这也是今后通信网络容量和规模不断扩大、各种新业引入的新要求。为了尽量缩短设备的平均故障修复时间，要经常分析运行参数，预测故障发生的时间并及时排除。还要提高技术维护水平，采用集中维护、远程遥信、遥测维护。在实施过程中，三遥点的设置要合理，绝不是越多越好，要以可靠性、实用性为基本原则，宜简勿繁。
二、电源系统使用中应重视的问题
电源系统目前广泛使用高频开关电源系统设备，其智能化程度高，电池采用了免维护蓄电池，这虽给用户带来了许多便利，但在使用过程中还应在多方面引起注意，确保使用安全。
2.1按电源系统的使用要求和功率余量大小来分，在使用中要避免随意增加大功率的额外设备，也不允许在满负载状态下长期运行。工作性质决定了电源系统几乎是在不间断状态下运行的，增加大功率负载或在基本满载状态下工作，都会造成整流模块出故障，严重时将损坏变换器。自备发电机的输出电压、波形、频率和幅度应满足电源系统对输入电压的要求，另外发电机的功率要大于开关电源设备的额定输入功率，否则，将会造成电源系统设备工作异常或损坏。
2.2电池应避免大电流充放电，理论上充电时可以接受大电流，但在实际操作中应尽量避免，否则会造成电池极板膨胀变形，使得极板活性物质脱落，电池内阻增大且温度升高，严重时将造成容量下降，寿命提前终止。在任何情况下都应防止电池短路或深度放电，因为电池的循环寿命和放电深度有关。放电深度越深循环寿命越短。在容量试验或放电检修中，通常放电达到容量的30％－50％就可以了。
2.3铅酸蓄电池的容量和电解液的比重是线性关系，通过测量比重可以了解电池的存储能量情况。阀控式密封蓄电池是贫液电池，且无法进行电解液比重测量，所以如何判定它的好坏，预测贮备容量已成为当今业界的一大难题。用电导仪测电池的内阻是判定蓄电池好坏的一种有参考价值的方法，但尚不能准确测定电池的好坏程度。目前，最可靠的方法还是放电法。在可靠性、经济性、可使用性、维护性等方面综合比较，应选用四冲程油机为原动机发电机组。四冲程油机结构简单，采用多缸均衡做功、增压等一系列成熟技术适合于大容量机组的要求。其噪音小、污染小、性价比高。使用中把机组产生的热量排到室外，保证机组周围环境湿度不超过指标要求。
三、电源系统的维护与检修
当电源系统出现故障时，应先查明原因，分清是负载还是电源系统，是主机还是电池组。虽说开关电源系统主机有故障自检功能，但它对面而不对点，对更换配件很方便，但要维修故障点，仍需做大量的分析、检测工作。另外如自检部分发生故障，显示的故障内容则可能有误。对主机出现击穿、断保险或烧毁器件的故障，一定要查明原因并排除故障后才能重新启动，否则会接连发生相同的故障。再好的设备也有寿命期，也会出现各类故障，但维护工作做得好可以延长寿命并减少故障的发生，不要因为高智能、免维护而忽略了本应进行的维护工作，预防在任何时候都是安全运行的重要保障。高频开关电源设备在正常使用情况下，主机的维护工作量很少，主要是防尘和定期除尘。特别是气候干燥的地区，空气中的灰粒较多，灰尘将在机内沉积，当遇空气潮湿时会引起主机控制紊乱造成主机工作失常，并发生不准确告警。另大量灰尘也会造成器件散热不好。一般每季度应彻底清洁一次。其次就是在除尘时检查各连接件和插接件有无松动和接触不牢的情况。由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。蓄电池除有存储直流电能的功能外，其等效电容量的大小与蓄能电池容量大小成正比。因此，维护检修蓄电池的工作是非常重要的，虽说蓄电池组目前都采用了免维护电池，但这只是免除了以往的测比、配比、定时添加蒸馏水的工作。但因工作状态对电池的影响并没有改变，不正常工作状态对电池造成的影响没有变，所以蓄电池的工作全部是在浮充状态，在这种情况下至少应每年进行一次放电。放电前应先对电池组进行均衡充电，以达全组电池的均衡。放电过程中如有一只达到放电终止电压时，应停止放电，继续放电须先排除落后电池后再放。核对性放电不是追求放出容量的百分比，而是关注并发现和处理落后电池，经对落后电池处理后再作核对性放电实验。这样可防止事故，以免放电中落后电池恶化为反极电池。平时每组电池至少应有8只电池作标示电池，作为了解全电池组工作情况的参考，对标示电池应定期测量并做好记录。在日常维护中需经常检查的项目有：清洁并检测电池两端电压、温度；连接处有无松动腐蚀现象，检测连接条压降；电池外观是否完好，有无壳变形和渗漏；极柱、安全阀周围是否有酸雾逸出；主机设备是否正常等。免维护电池要做到运行、日常管理周到、细致和规范，保证设备保持良好的运行状况，从而延长使用年限；保证直流母线经常保持合格的电压和电池的放电容量；保证电池运行和人员的安全可靠。这是电池维护的目的，也是电池运行规程中包括的内容和运行规则。当电池组中发现电压反极、压降大、压差大和酸雾泄漏的电池时，应及时采用相应的方法恢复和修复，对不能恢复和修复的电池要换掉。但不能把不同容量、不同性能、不同厂家的电池联在一起，否则可能会对整组电池带来不利影响。对寿命已过期的电池组要及时更换，以免影响到电源系统和设备主机。
参考文献：
[关键词]相干解调；载波恢复；相位误差检测；QPSK解调
中图分类号：TN81.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）04-0306-02
1 引言
卫星和以卫星为基础的通信系统自1965年开始实用以来已经有了显著的发展。因其具有覆盖地域广、通信距离远、通信容量大、传输质量好等特点，已成为现代信息社会的一种重要通信手段[1]。解调器是卫星通信地球站不可缺少的一个重要组成部分，解调器性能的好坏对整个接受系统的性能有着决定性的影响。载波恢复是相干解调的关键技术环节。相干解调中，首先要在接受端恢复相干载波，这个相干载波应与发送载波在频率上同频，在相位上保持同步的关系。载波恢复就是要实现这一过程，它是相干解调的先决条件[2]。
2 载波相位误差检测算法
载波恢复主要包括载波相位误差检测、载波恢复环路滤波器以及VCO[3]。载波相位误差检测能够检测出发端所发送的QPSK调制信号载波相位与本地VCO产生的相干载波相位之间的误差，载波恢复环路滤波器则对此误差信号进行滤波，VCO在滤波后的误差信号控制下输出与发端载波同频同相的相干载波。本论文采用的载波恢复环路是基于最大后验概率估计的判决反馈环[4]。算法的原理如图1所示。
输入信号是中频信号，频率为140MHz，符号速率为2-45Mbaud可变[5]。I-Q解调包括一对匹配的混频器及π/2移相电路，输入中频经I-Q解调、匹配滤波得到I、Q两路基带信号。、分别为其对应的硬判决。判决的过程为：首先根据匹配滤波器输出的、信号得到一个值为的相角。然后将这个相角与MPSK信号的每一个调制角度（）相比较，从中选出一个与其最接近的角度作为所发送符号对应的调制相位的估值。则和即为其对应的同相和正交分量、。这样得到的发端所发送符号对应的调制相位估值是其最大后验概率估计。
图3和图4所示分别为QPSK及8PSK信号在不同信噪比情况下，利用MATLAB编程语言实现对环路模型仿真得到的鉴相特性与理论计算得到的鉴相特性对比图。
由这图3和图4可以看出，信噪比越高，鉴相特性曲线的线性范围越大，仿真结果与理论计算结果吻合得越好。这主要是因为信噪比的降低会造成判决误差的增大，从而环路的鉴相特性也就受到影响。此外，从图中还可看出，鉴相特性具有的周期性，这表明仿真结果与理论分析是一致的。
5 结束语
卫星通信的诸多特点使其在现代通信中已占有举足轻重的地位，且随着人类对信息资源需求的不断增加，卫星通信的业务量将会成倍增长。解调是卫星通信地球站进行信号接收与处理的前提，解调器性能的好坏对整个接收系统有着决定性的影响。
本文对卫星通信用高速解调器中载波恢复环路进行分析，首先给出了载波恢复环的结构形式及所采用的算法；然后对其原理、环路的鉴相增益特性等环路的主要性能指标进行了认真分析与研究。最后结合MATLAB仿真，得到的鉴相特性与利用理论公式计算得到的鉴相特性对比图。
参考文献
[1] 吕海寰等.卫星通信系统[M].北京：人民邮电出版社，1996，2-7.
[2] 闻英有，王光兴，等.卫星综合信息网的管理体系及管理星簇生成算法[J].东北大学学报（自然科学版），2003，24（7）：651-654.
[3] L. E. Franks.Carrier and Bit Synchronization in Data Communication-A Tutorial Review[J].IEEE Transactions on Communications，1980，28（8）：1107-1120.
[4] William Osborne，Brian Kopp.An Analysis of Carrier Phase Jitter in an M-PSK Receiver Utilizing MAP Estimation[J].IEEE Transactions on Communications，1993，7：465-470.
[5] Riccardo De Gaudenzi.Analysis of an All-Digital Maximum Likelihood Carrier Phase and Clock Timing Synchronizer for Eight Phase-Shift Keying Modulation[J].IEEE Transactions on Communications，1994，42（2/3/4）：773-782.
[6] M. K. Simon.Further Results on Optimum Receiver Structures for Digital Phase and Amplitude Modulated Signals[J].ICC，1978，42（1）：1-7.
[7] 陈洪.关于航天测控飞机卫星移动通信调制解调技术的分析研究[J].军事通信技术，2000，21（4）：35-41.
[8] Riccardo De Gaudenzi，Tobias Garde，Vieri Vanghi.Performance Analysis of Decision-Directed Maximum-Likelihood Phase Estimators for M-PSK Modulated Signals[J].IEEE Transactions on Communications，1995，43（12）：3090-3100.
[9] 王华.卫星通信编码调制技术研究[D].北京：北京理工大学博士学位论文，1999，8-44.
电磁场与电磁波主要研究电磁场运动规律,包括时变电磁场和电磁波,是后续微波技术与天线等课程的先修课程.微波技术与天线讲授传输线理论、规则金属波导、微波集成传输线、微波网络基础、微波谐振器等方面的理论知识,为微波通信及相关领域的学习和研究打下坚实的基础;移动通信原理研究现代移动通信的基本理论、关键技术及体系结构,涉及到电波传播及模型、话务量及模型、高阶调制解调、先进的信道编解码、扩频等移动通信系统中的多项关键技术及其性能分析;卫星通信原理主要内容包括卫星通信链路设计、卫星通信网和移动卫星通信系统等;微波技术与天线、移动通信原理、卫星通信原理这三门课程在课程群中起着承上启下的作用.
CDMA与3G技术、移动通信系统与工程这二门课是目前广泛使用的通信网、通信系统及相应的技术,理论教学与实际应用的结合.在课程群内部,各课程之间即有纵向知识的联系,又有横向内容的关联.利用现代教学手段提高教学效果充分利用信息资源,利用丰富的多媒体课件形象地展现课程内容和移动通信系统流程,提供丰富的网络资源进行课程内容的跟踪和复习,对一些比较复杂的通信过程,用nash的形式辅助进行讲解,从而极大地激发学生的学习兴趣,使学生能够主动学习,了解更多的知识.
采用类比方式优化学习效果移动通信课程内容更新快,基本理论和关键技术理解难度大,但是该课程和前期的通信原理等课程内容衔接紧密,很多内容有相似性.在教学过程中,以前期课程的知识点为例进行类比,加强课程内容的融合.在讲解TD一SCDMA同步过程等具体系统知识点时,以教师为基站,以学生为终端进行上下行同步过程的讲解.在进行移动通信呼叫流程和物理层过程讲解中,以学生日常拨打手机和被叫等过程为例进行现场讲解,同时结合手机终端和系统基站的具体结构进行类比和实例分析.
以完成项目的方式引导学生独立思考在整个课程中规定两次“Proect’’作为课下作业,该部分内容由学生主动完成,上交时间不作硬性要求.教师确定“Project”的方向和实现的大致目标,题目和具体内容由学生确定.学生大部分以科研论文的形式上交,通过“Project’’方式培养学生对具体工程和对象的整体把握能力.为达到目标,学生需要查阅大量的文献,并且进行整理和分析,给出自己的方案和实现步骤,提高了学生独立思考能力和综合分析能力.
我校具有优势的第三代移动通信系统实验环节更能提升学生的动手能力,进一步拓展学生的学习兴趣.同时还开设包括“大学生科技文化节”等在内的实践、外训、参观等活动,大都是与移动通信相关的实践活动.这些活动一方面对学生在移动通信学习提出新的要求,同时进一步提升学生的动手能力和学习兴趣,促进学生对抽象理论的决速理解,有利于培养学生的创新意识和创新能力.综上所述,通过课程群建设,充分发挥课程群结构整体功能效益,减少课程内容的重复,加深了学生对课程间联系和主要知识点的理解掌握,提高了教学质量,并使学生具备一定的实践和研究能力,有利于培养适应社会发展和需求的毕业生.
［论文摘要］随着现代科学技术的飞速发展，构建完善坚强可靠的通信网，显得越来越重要。文章结合电力通信的特点和需求及无线新技术的特性，分析无线通信技术在电网通信中的应用前景。
一、概述
电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行应运而生的。它同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被人们合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。我国的电力通信网经过几十年风风雨雨的建设，已经初具规模，通过卫星、微波、载波、光缆等多种通信手段构建而成为立体交叉通信网。随着无线通信技术的发展，无线通信系统的特性发生巨大的变化。鉴于采用无线通信网不依赖于电网网架，且抗自然灾害能力较强，同时具有带宽大、传输距离远、非视距传输等优点，非常适合弥补目前通信方式的单一化、覆盖面不全的缺陷。本文简单介绍一下无线通信传输体制的应用特点和优缺点，并分析其在电力系统的应用前景。
二、无线技术介绍
（一）无线通信技术的概念
目前，无线通信及其应用已成为当今信息科学技术最活跃的研究领域之一。其一般由无线基站、无线终端及应用服务器等组成。
（二）无线通信技术的发展现状
无线通信技术按照传输距离大致可以分为以下四种技术，即基于IEEE802.15的无线个域网（WPAN）、基于IEEE802.11的无线局域网（WLAN）、基于IEEE802.16的无线城域网（WMAN）及基于IEEE802.20的无线广域网（WWAN）。
总的来说，长距离无线接入技术的代表为：GSM、GPRS、3G；短距离无线接入技术的代表则包括：WLAN、UWB等。按照移动性又可以分为移动接入和固定接入。其中固定无线接入技术主要有：3.5GHz无线接入（MMDS）、本地多点分配业务（LMDS）、802.16d；移动无线接入技术主要包括：基于802.15的WPAN、基于802.11的WLAN、基于802.16e的WiMAX、基于802.20的WWAN。按照带宽则又可分为窄带无线接入和宽带无线接入。其中宽带无线接入技术的代表有3G、LMDS、WiMAX；窄带无线接入技术的代表有第一代和第二代蜂窝移动通信系统。
1.主流无线通信技术
从技术发展的趋势可以看出，以OFDM+MIMO为核心的无线通信技术将成为未来无线通信发展的主流方向。而目前基于该技术的无线通信技术主要有：B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4种技术。
2.其他无线通信技术
除了上述主流的无线通信技术外，目前已存在的无线通信技术还包括：IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距离通信技术及LMDS、MMDS、点对点微波、卫星通信等长距离通信技术。
（1）IrDA：Infrared Data Association，是点对点的数据传输协议，通信距离一般在0～1m之间，传输速率最快可达16Mbps，通信介质为波长900纳米左右的近红外线。
（2）Bluetooth：Bluetooth工作在全球开放的2.4GHzISM频段，使用跳频频谱扩展技术，通信介质为2.402GHz到2.480GHz的电磁波。
（3）RFID：Radio Frequency Identification，即射频识别，俗称标签。它是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID由标签、解读器和天线三个基本要素组成。
（4）UWB：Ultra Wideband，即超宽带技术。UWB通信又被称为是无载波的基带通信，几乎是全数字通信系统，所需要的射频和微波器件很少，因此可以减小系统的复杂性，降低。
三、无线技术优劣分析
（一）WLAN技术分析
Wi-Fi的技术和产品已经相当成熟，而且大批量生产。该技术适用于无线局域网，作为有线网络的延伸，对于特殊地点宽带应用，尽管Wi-Fi技术应用非常广泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隐患，Wi-Fi采用的是射频（RF）技术，通过空气发送和接收数据。由于无线网络使用无线电波传输数据信号，所以非常容易受到来自外界的攻击，黑客可以比较轻易地在电波的覆盖范围内盗取数据甚至进入未受保护的公司内部局域网。
（二）WiMax技术分析
WiMax是一个先进的技术，推出相对较晚，存在频率复用性小、利用率低的问题，但由于最近才完成标准化，该技术的大规模推广还需要实践考验。从应用前景看，该技术可以在较大范围内满足上网要求，覆盖可以包括室外和室内，可以进行大面积的信号覆盖，甚至只要少数基站就可以实现全城覆盖。WiMax由于其技术的先进性和超远的传输距离，一直被业界看好，是未来移动技术的发展方向，并提供优良的最后一公里网络接入服务。
（三）WMN技术分析
WMN是正在研究中的技术，在研究中不断地在不同方面结合各种技术的特点进行融合，而且暂时没有一个成熟的产品系列来支持该技术的大规模应用。从应用前景看，WMN 这一新兴网络不仅在无线宽带接入中有着广阔的应用空间，在其他方面如结合数据、图像采集模块可以对目标对象进行监控或数据采集，并广泛应用到检测、、等领域。随着其他技术的不断更新完善，WMN 更好地与之相融合、互补，从而能够扬长避短，发挥出各自的优势。
（四）3G技术分析
3G于1996年提出标准，2000年完成包括上层协议在内的完整标准的制订工作。3G网络部署已具备相当的实践经验，有一成套建网的理论，包括对网络的链路预算、模型预算以及仿真等。从商用前景看，目前，3G在部分地区已得到大规模的商业应用，比如欧洲很多国家、日本、韩国等都已经建设了3G的网络。3G技术已经进入可以实用的阶段，还有很多国家和地区正在建设或将要建设3G网络。
（五）LMDS技术分析
本地多点分布业务系统LMDS是一种提供点对多点的固定宽带无线接入技术，其工作频率在20GHZ以上，利用毫米波传输，可在一定的范围内提供数字双工语音、数据、因特网和视频业务，是一种非常好的宽带固定无线接入解决方案。在最优情况下，距离可达8公里；但是由于受降雨的原因，距离通常限于1.5公里。
其主要工作原理是通过扇区或基站设备将ATM骨干网基带信息调制为射频信号发射出去，在其覆盖区域内的许多用户端设备接收并将射频信号还原为ATM基带信号，在无需为每个用户专门铺设光纤或铜缆情况下，实现数据双向对称高带宽无线传输。
（六）MMDS技术分析
MMDS的主要缺点是有阻塞问题且信号质量易受天气变化的影响，可用频带亦不够宽，最多不超过200MHz。其次，MMDS对传输路径要求非常严格。由于MMDS采用的调制技术主要是相移键控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度调制QAM调制技术，无法做到非视距传输，在目前复杂的城市环境下难以推广应用。另外，MMDS没有统一的国际标准，各厂家的设备存在兼容性问题。
（七）集群通信技术分析
数字集群系统具有很多优点，它的频谱利用率有很大提高，可进一步提高集群系统的用户容量；它提高了信号抗信道衰落的能力，使无线传输质量变好；由于使用了发展成熟的数字加密理论和实用技术，所以对数字系统来说，保密性也有很大改善。
数字集群移动通信系统可提供多业务服务，也就是说除数字语音信号外，还可以传输用户数字、图像信息等。由于网内传输的是统一的数字信号，因此极大地提高了集群网的服务功能。
（八）点对点微波技术分析
微波传输的优势主要体现在以下几个方面：第一，可以降低运营商的运营。与租用线路相比，微波系统的只要一年左右即可收回。第二，微波传输系统部署简洁快速。与传统的传输手段相比，其快速部署的优势可以更快地满足新业务发展的需要。第三，目前的微波产品对未来的发展是有保障的，对于运营商的新业务和新需求都可以给予很好的支撑。未来，微波传输系统将升级到全IP的平台之上，可以全面支持运营商未来的发展。
（九）卫星通信技术分析
利用卫星在有些不很密集的地区来配合陆地通信。在这些地区散布着范围较广但不密集的用户，可以利用卫星作为用户连至固定有线网的接入设施。在陆地通信网已经构成宽带多媒体通信网的下，利用卫星建成宽带卫星接入系统是比较好而切合实际的方案，又可靠。
但是卫星通信毕竟是采用卫星作为通信平台，其地面站的建设、通信信道租用费用都需要花费大量资金，而且通信资源为卫星通信公司所有，受其带宽的限制，使得大量数据的传输需要付出非常大的代价。因此，作为日常生产、生活使用是极为不经济的；而将卫星通信作为应急通信、作战通信、海外通信等则比较适合。
四、无线技术综合比较
目前无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明。这主要表现在不同的接入技术具有不同的覆盖范围、不同的适用区域、不同的技术特点、不同的接入速率。3G可解决广域无缝覆盖和强漫游的移动性需求，WLAN可解决中距离的较高速数据接入，而UWB可实现近距离的超高速无线接入。
首先，从标准化程度上看，本报告所涉及的技术中，仅仅WMN技术没有成熟的标准体系，LMDS、MMDS、集群通信均有多种标准，只是没有统一的国际标准，其余的技术均已经完成标准化工作，并且都进行了试验网建设和商业网建设。
从频率上看，Wi-Fi技术、WMN均使用的是开放频段，WiMax技术、3G技术等其他技术使用的是授权频段。
从覆盖范围上看，Wi-Fi技术、WMN技术属于局域网无线接入技术，仅覆盖35m～100m；WiMax技术、3G技术、LMDS技术、MMDS技术、集群通信属于城域网接入技术，覆盖范围在1km～54km不等，而卫星通信、点对点微波则属于广域网技术，通常用于通信主干组网建设。
从传输速率上看，点对点微波和卫星通信属于干线传输技术，不同的情况速率变化较大，而其余的技术均为接入技术，仅仅是3G技术接入速率最小，仅为384k，而其余技术均为几十M甚至上百M的速率。
从调制技术上看，其中WiFi技术、WiMax技术、WMN、3G技术均采用最新的调制技术OFDM，其余的技术均未采用OFDM调制技术。
从天线技术上看，仅仅3G和WiMax技术采用了MIMO技术，而其他技术均未采用MIMO技术；从传输环境上看，仅仅WiMax技术和3G技术支持非视距传输，其余技术均要求视距传输环境；从网络安全和QoS机制上看，WiMax技术和3G技术在这方面做得比较优秀、完善，其余的均存在较大的问题。
关键词：静止卫星；水利；应用；水文水资源监测；灾害监测；水利通信
中图分类号：TP79；TV21文献标识码：A文章编号：1672-1683（2013）04-0134-06
地球静止轨道卫星（以下简称静止卫星）位于地球赤道上空距地面约36 000 km，轨道平面与赤道平面夹角为零，并且绕地球运行的角速度与地球自转的角速度相同，故相对于地面静止。由于静止卫星与地球自转的同步性，卫星可以实现连续对地观测，在气象、通信、军事、农业、林业等行业都有较广泛的应用，特别是在气象和通信领域，已成为不可或缺的监测和数据获取工具和平台。
水利行业中许多领域都存在对静止卫星的应用需求，如水资源日常监测、突发事件应急监测、灾害监测预警等，但总体上对静止卫星的应用仍处于起步阶段，多局限于气象预报产品应用等方面，应用范围有待进一步拓宽，应用程度有待进一步深入[1]。
本文通过对现有静止卫星主要参数和特点的归纳，以及对国内外静止卫星水利应用的调研和分析，基于静止卫星在我国水利行业的应用现状，提出未来我国静止卫星水利应用前景的设想和展望。
1国内外水利相关静止卫星发展状况
国外水利相关静止卫星发展较早。1975年，美国率先实现了人类首颗静止气象卫星GEOS-1业务运行；1977年，日本第一颗静止气象卫星GMS-1发射；1978年，欧空局的Meteosat静止气象卫星首次实现了水汽通道图像传输；1982年，印度第一代INSAT卫星发射，集通信、广播和气象探测于一身。
目前，美国的GEOS系列已经发展到了第四代，拥有更稳定的平台，支持更新的成像仪、空间环境探测器（SEM）、垂直探测器和太阳X射线成像仪（SXI）。新一代的GOES-R系列也已提上日程，预计于2014年实现业务运行，将搭载先进的基线成像仪（ABI）和超光谱环境监测仪（HES），性能将大幅提升，在同步卫星监测领域继续保持领先优势。
日本的MTSAT-2和MTSAT-1R双星在轨运行，互为备份，较上一代GMS-5的自旋稳定姿态控制不同，MTSAT采用三轴稳定方式，成像时间短、图像信噪比、灵敏度高。
欧盟第二代静止气象卫星MSG-2替代了上一代Meteosat，虽然仍采用自旋稳定方式，但在传感器通道数、空间分辨率、圆盘成像时间和量化级数上有了很大提高。MSG-3已于2012年7月发射，第三代静止气象卫星（MTG）将会在成像精度上和数据传输速率上有大辐改进，首颗卫星将于2018年开始服役。
俄罗斯在轨静止卫星二代GOMS-N2和印度在轨静止卫星INSAT-3D都采用先进的多通道扫描成像仪，拥有各自的特点。
我国水利相关静止卫星发展起步较晚。1997年6月10日，我国第一颗静止气象卫星FY-2A正式投入使用，2004年10月FY-2C发射成功，实现业务化运行，比美国晚了整整29年，总体水平也只相当于美国20世纪90年代初的水平，据估计这样的差距可能在风云四号才能赶上。不过风云二号也有很多自己的特色，尤其在图像定位配准方面已经达到了世界先进水平。2006年12月，FY-2D静止气象卫星发射成功，与FY-2C星实现了双星备份，主汛期每天每15分钟可提供一张图像。2008年12月，FY-2E星接替已经超期服役的FY-2C星继续运行。这三颗星均采用自旋稳定的姿态控制方式，搭载5通道扫描成像仪和空间环境探测仪，但是和发达国家相比，还是有一定的差距。表1是各国静止气象卫星搭载主要荷载对比。
2.1静止卫星在水利行业的可用性分析
2.1.1水利相关应用参数分析
随着水利现代化的不断深入，传统水利监测手段已经无法满足需求。在水资源监测方面，传统水文监测只采集站点数据，且水文站网密度有限，展布到面后精度有一定不确定性。水旱灾害监测也距实时、持续监测与预警的业务需求有一定差距。传统水质监测能力也落后于管理需求，指标不够全面，站点密度不够，快速机动监测能力差，突发性水污染预警系统不够完善。
极轨等高空间分辨率遥感卫星重访周期长，幅宽窄，可能在区域性单次监测上精度较高，但在大尺度动态监测方面较为薄弱。静止卫星可每30 min获取一次影像，尺度可覆盖全球，并且新一代静止卫星多配置高分辨率多通道传感器，将为水利业务监测提供多指标、真实可靠的实时监测数据，大幅提高日常管理和应急能力。
从GEOS-1只搭载单台扫描成像仪，提供单一气象资料，到如今搭载多种高分辨率空间探测器，并依托各国静止气象卫星建立起的全球静止气象卫星观测系统，静止卫星已实现为水文监测、重大水旱灾害监测和实时水情数据传输提供动态数据和多种定量产品支持，表2是全球主要静止气象卫星的水利相关应用领域。除提供初级遥感信息外，静止卫星还可提供多种定量产品，为水利行业提供更深入、针对性强的业务应用产品，表3是我国FY-2C卫星提供的水利相关定量产品。此外，静止卫星还为水利部门提供相关数据转发和卫星通信系统网络支持，20世纪90年代，我国水利部就购买了亚洲二号半个转发器，并以此为依托建立了水利卫星通信系统。另外，静止卫星移动通信系统和全球导航系统也可应用于水利行业。静止卫星移动通信系统主要有全球覆盖的国际海事卫星（Inmarsat）通信系统和区域覆盖北美的移动卫星（MSAT）通信系统、亚洲蜂窝卫星（ACeS）通信系统、瑟拉亚（Thuraya）卫星通信系统等。比较成熟的卫星导航系统有美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的GLONASS和我国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS），即北斗卫星导航系统。目前，为我国水利通信建设提供服务的静止卫星系统主要是Inmarsat-C海事卫星系统和北斗卫星导航系统。
相对于传统地面观测和其它卫星在水利中的应用，静止轨道卫星的主要优势在于可以高时间分辨率探测信息，有效的动态跟踪和监测大尺度系统的形成、发展及演变规律。一颗静止轨道气象卫星每30 min就能获得近地球的气象图片资料，对水资源运行调度管理实时监测、水旱灾害监测，洪水、暴雨和突发水污染事故应急监测以及水情数据转发具有突出的能力。因此，静止卫星在水利方面的应用有着广阔的前景。
在水资源监测方面，传统水文监测只采集站点的数据，扩展到面后精度不高，且许多地区水文站网密度不够，甚至还存在无监测地区，降水、径流监测和预报等技术手段尚不能完全不能满足水资源评价、规划与管理等方面的需求，而极轨等高空间分辨率遥感卫星由于重访周期过长，幅宽较窄，可能在区域性水资源监测精度较高，但对于大尺度动态水资源监测方面较为薄弱。在水资源管理方面，由于人工侧支循环，使得流域水资源的分配和转换关系异常复杂，分配层次多，流域降水和径流变化趋势不同步，降雨径流预报和水资源趋势预测依然是世界级难题，满足不了流域水资源配置和调度管理的需要。静止轨道卫星每30 min就能获得水文监测资料，尺度可覆盖全球，相信配备高空间分辨率传感器的静止轨道卫星会在全球水资源领域有更深入的应用。
在水旱灾害遥感监测方面的，我国虽已开展多年，但距实时、持续监测与预警的行业需求还有一定的差距。高分辨率的静止轨道卫星数据，进一步提高业务化程度，以形成一套完整的水旱灾害遥感监测产品。
2.2在水文水资源监测中的应用进展
2.2.1降水监测
降水是水文循环中的基本环节，在水资源评价、管理、水循环模拟等方面都有着大量的数据需求。从1978年美国人L.E.Spayd Jr.和R.A.Scofield[12]第一次基于GOES数据提出估算热带气旋降雨量方法并业务化应用以来，不论是在理论还是手段上，基于静止卫星的降水监测技术都已相当成熟，方法呈现多样化。美国NOAA的NESDIS 发展了利用GEOS红外资料估算降水量的系统并于1997年投入业务运用[13]，我国水利部信息中心也使用云分类方法对GMS卫星数字云图估算面雨量[14]，张云惠、史可传[15]基于GMS卫星云图对哈密地区降雨进行估算，徐亮等[16] 基于静止卫星气象数字化产品采用多元决策加权法估算降雨，熊秋芬[17]提出了基于GMS卫星4通道资料的人工神经网络技术估算降雨的方法，并进行了实例验证。
为了弥补静止卫星空间分辨率的不足和发挥其高时间采样频率的优势，静止卫星降水监测主要采用多种传感器联合监测的方法。现在水利行业应用较广的全球降水监测数据集——全球卫星降水制图（GSMaP） 和 GPCP就是多种传感器联合监测的成果。GSMaP 数据集采用的GEOS卫星的可见光/红外数据，空间分辨率为0.03635°（在赤道上相当于 4 km） ，时间分辨率约为30分钟，覆盖区域为60°N ～ 60°S，在海洋上的监测效果最好，在高山上的表现最差。在陆地和海岸带地区，GSMaP 数据难于识别强降水，同时低估强度大于10 mm/h 的降水。GPCP数据集主要数据源是GOES、GMS、Meteosat卫星，逐月、逐日和每5日降水分析资料空间分辨率分别为2.5°、1°和2.5°。
2.2.2土壤含水量与蒸散发监测
土壤含水量与蒸散发监测是水资源评价、管理中的重要一环，获取实时连续监测数据是做好实时调度和管理工作的必要保障。静止气象卫星的红外扫描辐射计在土壤墒情、温度、温度和植被监测方面均有所应用。赵长森等[18]提出了基于静止卫星的陆面区域蒸散模型，并采用FY-2C数据对淮河流域蚌埠以上农业区进行了多时间尺度的区域耗水模拟，开创了利用静止卫星模型模拟区域耗水的先河。裴浩等[19]借鉴极轨气象卫星监测植被和土壤墒情的研究成果，采用GMS的多通道数据监测土壤墒情和植被指数。杨晓春[20]利用FY-2数据对土壤湿度进行模拟，并在多年干旱监测中得到了应用。
为了弥补静止卫星在空间分辨率上的不足，舒云巧等[21]提出利用FY-2C结合MODIS产品估算河北灌溉农田实际蒸散量的方法，利用静止卫星时间分辨率强的优势，提高了遥感监测的质量。由于静止卫星的红外传感器空间分辨率往往都是千米级的，因此，比较适于大、中区域尺度高时间分辨率的地表参数反演。张霄羽和王娇[29]利用风云二号静止气象卫星数据，提出了多时相热红外/可见光反演地表水分的算法，在中尺度区域上定量化土壤表面含水量，并在中国西北地区进行应用，获得了5 km×5 km空间尺度的日均土壤含水量，并且与先进的AMSR土壤水分产品相比，均方根误差为0.025 g/cm3，最大估算误差在0.07 g/cm3以内。这一研究为中尺度高时间分辨率土壤含水量产品的获取提出了一种思路。
2.2.3冰雪监测
冰雪融量的计算是水文学上的一个重要问题，静止卫星也在大尺度连续动态观测冰雪上很有优势，但由于空间分辨率较低，目前还处于初探阶段。裴浩等[19]尝试利用GMS可见光通道探测冰雪分布并取得了较好的精度。中国科学院冰川所利用气象卫星云图来计算雪被覆盖的范围、厚度、冰雪融量，并追索其连续演变，进行了祁连山冰川水文学的研究。
2.3在水旱灾害监测中的应用进展
2.3.1洪灾监测
静止气象卫星在全天候洪水监测和汛期降雨预报方面均有应用，是防洪减灾辅助决策的重要信息来源。中国气象局国家卫星气象中心从20世纪80年代中期开展提供气象卫星监测洪涝灾害的科研服务，曾成功对1991年江淮大水、1996年华北水灾以及1998年长江洪水等重大洪涝灾害进行了监测[19]。王庆斋等[23]也根据GMS-5静止气象卫星数字化卫星云图曲灰度分布，建立云顶温度与地面实测降水关系曲线，实现对黄河流域汛期降水的预报。
2.3.2旱灾监测
静止气象卫星监测旱情问题，已引起国内外学者的关注，并进行了一些研究尝试。张元元[24]利用FY-2/VISSR数据生成PRETA干旱指数产品，应用于全国范围的旱情连续监测，与极轨卫星同类产品相比，在监测范围和频次上都具有明显的优势，很好地反映了2009年秋季至2010年春季西南大旱的旱情时空变化。姬菊枝等[25]利用风云二号卫星并结合NOAA的数据用热惯量法估计了2003年哈尔滨春季干旱受灾情况，提出了防治措施。
2.3.3冰雪灾害监测
静止气象卫星在重大冰雪灾害也有一些应用。朱小祥等[26]利用FY-2C、D星结合modis数据在2008年南方雪灾中向有关部门提供降雪天气预报、受灾区积雪覆盖范围等方面的遥感监测信息。
2.4在国内水利通信中的应用进展
静止卫星在水利行业中的应用除包含静止气象卫星提供水利相关应用的直接产品外，还承担着转发水情数据、进行水利通信的任务。1991年，北京海事卫星通信系统（Inmarsat-C）地面站正式运行，开始承担起用户、卫星与移动终端之间水情数据转发的任务，使得水情测报系统不受距离和下垫面条件的限制。我国自主研发的北斗导航系统也为水情部分流域的水情测报系统提供服务，承担着部分水利卫星通信任务，具有覆盖范围广、传输数据量大和成本低的优势。此外，我国从1976年开始投资水利通信网。1994年，水利部一次性购买了亚洲二号的半个Ku波段转发器，建设水利通信系统，经过十多年的努力，建立了以语音、数据、图像为媒介的水利通信网。2008年，亚洲二号退役，水利部又租用亚洲五号Ku波段转发器和亚太六号C波段转发器，实现混网组合，组建了新一代的水利通信系统，并于2010年投入使用，提高了抗雨衰能力，EIRP和G/T指数值在边远地区比前代提高了16倍，增强了发射和接收能力。新系统集图像、数据、语音和应急通信业务为一体，采用新型的DVB-S2通信体制，加大传输带宽，充分提高卫星信号传输能力，满足了防汛、抗旱卫星通信需求，有效保证了水利通信系统的业务应用。
3存在问题与展望
静止卫星自身虽然有覆盖范围广、成像周期短、资料来源均匀、连续、实时性强、成本低等先天性优势，但牺牲了传感器精度、荷载和传输速率等条件，造成业务应用面窄和深化程度不够的问题。因此，静止卫星在水利行业得到广泛应用还需要解决以下几个问题。
（1）提高卫星稳定性，保证监测数据的持续稳定获取。我国的FY-2号还采用自旋稳定姿态控制方式，卫星运行稳定性差，数据噪点多，难以实时稳定更新，改进静止卫星姿态控制方式，提高传感器灵敏度和稳定性，是保证监测数据高质量持续稳定传输的有效手段。
（2）提高传感器性能，满足行业应用精度要求，深化业务应用。目前水利行业采用的静止卫星数据源大多空间分辨率和光谱分辨率较低，离行业应用的精度要求尚有一定距离，另外，有效荷载种类过少，监测范围不足，相关应用领域较窄，需加大高轨、高分辨率传感器的研发投入，深化业务应用，在保证静止卫星同步、大尺度观测特性的同时，开展新型传感器的研究，扩展监测领域，进行精细化研究，提高传感器观测精度，保证行业应用的可靠性。
（3）做好与传统地面监测数据的协同应用。不管是单一静止卫星遥感监测数据，还是传统地面监测数据，都在反应真实水利应用状况时存在优缺点，做好和地面观测数据同化处理，实现与传统地面观测技术的结合应用，才能提供更加全面、真实、精确地监测数据。
（4）做好与高空间分辨率数据源的同化应用。静止卫星可提供全天候、大尺度的遥感监测资料，但不足之处是空间分辨率较低，数据精度有限，做好静止卫星数据与高空间分辨率遥感卫星数据的协同应用，是保证数据精度的发展方向之一。
目前，静止卫星在水利方面的应用还仅限于一些气象水文信息、水旱灾害的初级监测和水情的转发，像水土流失、水环境状况、灌溉面积监测、水利工程监测等更多水利信息的获取应用还不深入，并且由于应用理论水平的限制，也不能完全满足业务需求。但是，在高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率为代表的新型传感器的研发和高稳定姿态控制技术的发展下，随着数据传输能力的提高、地面数据处理技术的发展，静止卫星数据与传统监测数据和高空间分辨率数据的同化技术的深入研究，静止卫星数据的应用水平将不断提高。近期，依托高分辨率对地观测系统重大专项，我国将发射一颗高空间分辨率的光学静止卫星，将在卫星姿态控制和传感器物理指标上有重大突破，会大幅提升静止卫星的空间监测能力，为地表水体变化、水利工程运行状态监测、农作物长势监测以及水旱灾害监测与预警、突发水污染事件和其他突发灾害应急监测提供更加全面的监测数据，相信会更加深化静止卫星数据在水利行业的应用水平。
参考文献：
[1]周旋，周晓中，吴耀平.美国气象卫星的现状与发展[J].中国航天，2006，（1）：30-33.
[2]Rao P R，et al.Weather Satelites，Systems，Data and Environmental Ap-pplications[M].American Meteorological Society，1990.
[3]周润松，葛榜军.美国新一代气象卫星系统发展综述[J].航天器工程，2008，17（4）：91-98.
[4]徐建平.美国地球静止环境业务卫星-N R系列卫星[J].国际太空，2006，（8）：14-15.
[5]徐建平.日本MTSAT多功能卫星[J].气象科技，2005，33（1）：96.
[6]闵士权，朱曼洁.通信卫星现状与发展[A].中国卫星应用大会[C].2008：451-461.
[7]刘云，祝明，周杨.水利通信发展与展望[J].水文，2006，26（3）： 75-77，47.
[8]丁军，方明.水利卫星通信网的建设与卫星通信的展望[J].中国水利，2001，（4）：63-65.
[9]刘阳，何为.卫星通信在三峡水情自动测报系统中的应用[J].水电能源科学，2007，25（3）：29-32.
[10]林灿尧，丁军.新一代水利卫星通信系统[J].水利信息化，2010，（1）：58-61.
[11]雷昌友，蒋英，史东华.北斗卫星通信在水情自动测报系统中的研究与应用[J].水利水电快报，2005，26（21）：26-28.
[12]L.E.SpaydJr.，R.A.Scofield，陈善敏.应用地球静止卫星资料估计热带气旋降水量的方法[J].气象科技，1984，（4）：37-42.（L.E.SpaydJr.，R.A.Scofield，CHEN Shan-min.The Method of Use Geostationary Satellite Data to Estimation the Tropical Cyclone Precipitation[J].Meteorological Science and Technology Journal，1984，（4）：37-42.（in Chinese））
[13]Vicente，Gilberto A.，Roderick A.Scofield，W.Paul Menzel.The Operational GOES Infrared Rainfall Estimation Technique[J].Bull.Amer.Meteor.Soc.1998，79：1883-1898.
[14]杨杨，戚建国.数字卫星云图估算面雨量的应用试验[J].气象，1995，21（3）：35-39.
[15]张云惠，史可传.静止卫星云图在哈密降水天气预报中的应用[J].新疆气象，1998，21（5）：17-19.
[16]徐亮，张吉农，贾红莉.静止气象卫星数字化产品在西宁短期降水预报中的应用[J].青海科技，2006，（6）：41-44.
[17]熊秋芬.神经网络方法在静止卫星多通道资料估算降水中的应用[J].气象，2002，9（28）：17-21.
[18]赵长森，夏军，李召良，等.基于高时间分辨率静止卫星数据的区域耗水时空格局研究-以春旱季节淮河流域蚌埠以上农业区为例（英文）[J].自然资源学报，2008，23（6）：1055-1067.
[19]裴浩，韩经纬，李云鹏，等.利用静止气象卫星资料遥感监测植被、积雪和土壤墒情的研究[J].内蒙古气象，2001，（1）：31-35.
[20]杨晓春.基于FY-2的大气强迫数据在土壤湿度模拟中的应用[D].南京：南京信息工程大学，2010：1-66.
[21]舒云巧，李，雷玉平.基于静止气象卫星的河北平原实际蒸散量遥感估算[J].中国生态农业学报，2011，19（5）：1151-1156.
[23]王庆斋，王春青，傅德胜.利用GMS-5静止气象卫星资料定量测量黄河流域汛期降水[J].河南气象，1999，（3）：156-160.
[24]张元元.应用FY-2地表蒸散产品监测西南特大干旱[J].气象，2011，37（8）：999-1005.
[25]姬菊枝，安晓存，魏松林.利用卫星遥感技术对干旱进行监测[A].中国气象学会2005年年会论文集[C].北京：中国气象学会，2005：3706-3712.
[26]朱小祥，吴晓京，刘诚，等.卫星资料在2008年中国大范围低温雨雪冰冻天气过程中的综合应用[A].2008年海峡两岸气象科学技术研讨会论文集[C].北京：中国气象学会，2008：136-144.
[27]李纪人.遥感在水利行业中的应用[J].卫星应用，2012，（1）：61-64.
