1.3 测量船船载移动卫通站

卫通站有固定站（大、中、小型）、可搬移站、移动站（如船载、车载、机载）、超小型流动站（背负式、便携式）等不同类型。

船载移动卫星通信地球站是解决商用或军用远洋通信的重要手段。国际上对船载卫星通信终端的研究始于60年代，70年代初付诸实施应用，并于70年代中期成立了国际海事卫星组织（Inmarsat）。美国RDI、英国Marconi公司、日本JRC、NEC以及德国Dornir公司等相继研制出实用的船载终端设备，这些终端工作于L频段且多为小口径天线。有些国家也为军事应用建立了较高频段的船载卫星通信体系或更低频段的卫星通信体系，如英国“天网”卫星通信系统工作频段为7～8GHz，英国皇家海军装备了SCOT船载卫星通信终端设备。

我国船载卫星通信站的研制始于20世纪70年代初期，其工作频段为C频段，先后建立了0.6m、1.2m、5m和7.3m等口径的船（舰）载卫星通信终端设备。此外，国内已可以生产L频段船载终端，并获得国际移动卫星组织的认证。

与典型的陆地站相比，船载卫通站的伺服系统除了有天线控制单元、天线驱动系统、轴角编码器三大部分外，还需要有为克服海上摇摆环境，稳定天线波束而增加的设备，诸如航向随动系统、船摇稳定平台等。

船载C频段卫通站主要由天馈分系统（含天线座等结构）、伺服跟踪分系统、通信分系统、站监控分系统组成。其主要作用如下：

①具有在太平洋、印度洋和大西洋任何海域进行卫星通信的能力；

②对于任意频率的卫星信标，均可实现对被指定的同步卫星的跟踪；

③具备手动捕星和计算机引导自动捕星的能力；

④具有远程卫通网管监控的功能。

1.3.1 系统组成

某测量船船载C频段7.3m卫通站基本组成如图1-6所示。它由三大部分组成：天线馈线系统、信道终端系统和伺服跟踪系统。

1. 天线馈线系统

天线馈线（简称天馈）系统包括7.3m口径的环焦天线、天线座和天线收发共用器（双工器）等。环焦天线由主副反射面、反射体骨架、宽频带高性能波纹喇叭、TE21模耦合器、4/6GHz频谱复用网络、极化旋转装置、传输波导等组成。天线座为A-E-C型三轴座架，由方位传动链、俯仰传动链、交叉俯仰传动链、电缆卷绕装置及安全保护装置等组成，如图1-7所示。

2. 信道终端系统

信道终端系统主要由信号收发单元、变频单元和调制解调单元等组成。信道终端系统是卫通站与地面的接口。在公用网中，卫通站信道终端系统的任务就是要对地面线路到达卫通站的各种基带信号进行变换，调制成适合于通过卫星信道传输的射频信号，送给发射系统；同时又要把接收系统解调输出的射频信号变换成适合于地面线路传输的基带信号。信道终端设备目前应用的有SCPC和IBS/IDR等，信道终端设备的体制决定于所采用的多路复用方式和多址方式。

船载卫通站信道终端系统包含高功放、低噪放大器、上下变频器、调制解调器等。船载卫通站设计有大、小两套卫通站，大、小卫通站的上、下变频器、调制解调器、站内监控合并使用，放置于大卫通机房内。站内监控系统通过船载综合信息传输平台对小卫通机房进行监控，大卫通机房到小卫通机房射频信号采用光纤传输方式。考虑到小卫通站的可靠性，光纤射频链路采用1:1热备份的方式，鉴于船用工作条件，上、下变频器、调制解调器设备除工作时采用1:1热备份外，各增加一台冷备份配置。大小卫通机房设备组成如图1-8所示。

小卫通站C频段上、下行通信信号通过单模光纤传输，在收发两端建立透明连接，光发射机对接收到的射频信号进行直接调制并转变成光信号进行传输，不会引入任何相位噪声，具有幅频特性好、群时延小、信号质量高、误码率低等优点。

Emcore公司的8810A、8820A、8810B、8820B、8483A等光端机产品广泛应用于卫星C频段上下行传输链路中，它性能高、频带宽，通过1310nm单模光纤在光传输收发两端建立透明连接，且射频信号增益在收发两端均可调整，从而为光传输系统链路中射频信号电平调整提供了一个很好的解决办法，能满足总体指标的需求。大、小卫通机房之间光纤传输通道连接如图1-9所示。

3. 伺服系统

为了使天线始终对准卫星，调整天线的指向问题分为定向和跟踪两个方面。

所谓定向，是指天线对卫星的初始捕获。捕获方法有人工和程序控制两种，经过计算给定天线方位、俯仰两个角度，使天线对准卫星。跟踪是指利用一套自动跟踪设备，调整天线指向，使天线自动跟踪卫星的缓慢漂移运动。这种自动跟踪装置的跟踪精度相当高，误差小于波束宽度的十分之一。定向与跟踪相结合，能够较快地实现初始捕获和保持高精度的跟踪。

随着科学技术的发展，特别是计算机技术的发展和应用，现代伺服系统已发展成为一个集目标搜索、捕获、跟踪、信号处理等各种功能为一体的自动化计算机控制系统。在卫星通信地球站各分系统中，伺服系统是其重要组成部分。它接收来自接收机的误差信号，经数字处理、放大，最后反馈给执行元件（伺服电机）驱动天线向减少误差的方向运动，从而完成对卫星目标的跟踪。

伺服系统它主要由天线控制单元、天线驱动系统、轴角编码器、接收机等几部分组成，其控制对象为抛物面天线。船载卫通站由于所处的环境比较特殊，因而在系统的设计与制造方面需要考虑船体、海洋等因素的影响，增加相应的单元或防护措施。例如，运用陀螺构造的稳定平台来克服船摇的影响，利用密封罩来防止潮湿的空气腐蚀齿轮和电机等。

船载卫通站伺服系统设备精密，系统复杂，它包含控制环路、功放与驱动、机械传动、跟踪接收、伺服监控等几部分，如图1-10所示。

1.3.2 内外关系

1. 外部关系

通过天线进行卫星载波收发以完成通信业务；进行卫星信标接收以完成天线对卫星目标的跟踪；接收船舶航向和船位信息以完成天线对卫星目标的捕获和跟踪；与外部网管设备的连接，以完成设备及业务的远程管理；射频信号通过光缆与小卫通进行射频设备的互为备份，共用基带设备，以提高C频段卫星通信系统的可靠性；与通信数传（或网络）设备连接，以完成所授通信业务的最终目的。

2. 内部信息流程

下行：微弱电波经天线接收，在馈源分离出射频通信信号和跟踪信号，各自经过对应的LNA进行放大后继续下传；射频通信信号经过下变频器后进入调制解调器进行解调，解调出的基带信号送入通信外部数传系统。跟踪信号经过跟踪接收机解调出对应天线偏离卫星目标的方位误差电压和俯仰误差电压，与伺服系统构成环路，实施对卫星目标的跟踪。

上行：外部数传系统送出的基带信号进入调制解调器进行调制，调制出的载波信号传输到上变频器进一步提高到射频载波，经过高功放设备进行功率放大，最后通过天线发射出去。在伺服控制部分，跟踪接收机输出的误差电压经过位置环和功率环，最后通过电机驱动天线运动。

1.3.3 主要性能指标

以下为某船载7.3m卫通站的主要性能指标。

（1）使用范围

船载卫通站满足在南北纬60°之间海域内的使用要求，在6级海况下保精度工作，在8级海况下降精度工作，可使用圆极化和线极化同步卫星进行通信，通信带宽和跟踪卫星信标范围均为575MHz。

（2）抗风性能

大卫通站在8级风（海平面10m处为17.2～20.7m/s）天线能保精度工作（航行通信时须考虑船速18节，约为9.3m/s）。11级大风天线安全收藏，12级大风天线不损坏。

（3）主要技术指标

①卫通站站型：大卫通站选用国际标准F-2型站，天线口径为7.3m。

②通信体制：采用国际标准IBS/IDR通信体制。

• 多址方式：固定分配频分多址（FDMA）方式；

• 调制解调方式：BPSK、QPSK和16QAM可选；

• 编解码方式：Viterbi、Sequential、Reed-Solomon、Turbo等编译码方式可选。

③网络结构及系统同步。

• 船载卫通站与岸站构成点对点通信网络；

• 网络同步采用主从方式或准同步工作方式。

④通信容量：10Mbit/s（可双向不对称）。

⑤通信性能：当采用R=3/4 FEC，Eb/No=7.6dB，加V.35扰码时，最大的信道误码率优于5×10-6。

⑥船摇隔离度：≥45dB。

⑦可用性。

• 整个卫星通信系统（包括第一、第二路由）可用性不低于99.7％。

• 单个船载卫通站可用性不低于99.8％。

• 单个卫通站平均无故障时间不低于120h（单机无备份）。

1.3.4 主要特点

（1）伺服跟踪系统

船载卫通站伺服跟踪系统采用A-E-C三轴座架结构，能抗恶劣海况和大风。拥有一套性能优良的伺服跟踪系统，是船载卫通站区别于其他一般陆地卫通站的显著特点。伺服跟踪系统的作用就是隔离船体摇摆、随动船舶航向、捕获及跟踪卫星目标，确保船载卫星通信的畅通。

（2）系统冗余设计

系统冗余设计的关键部分采取双机热备份，如跟踪接收机、发射机、低噪声放大器、调制解调器等均采取双机热备份，以提高系统可靠性。平均无故障时间达到上千小时。

（3）电磁兼容设计

测量船电子设备密集，电磁环境恶劣。船载卫通站进行抗电磁干扰设计，在馈源接收和支路、差支路上设置阻发波滤器，对发射频段抑制一百多分贝，对接收频段抑制几十分贝。高功率放大器输出端加滤波器，该滤波器对低频段抑制几十分贝。跨舱室电缆全部采用性能较高的带金属屏蔽防护套的船用电缆；天线座上的电缆从内部穿行，没有任何外露，线缆在进入机房前均接地处理。设备电源采用独立专用电源，以防止设备间的信号串扰；中频及射频频率尽量避开船上其他设备使用的频率。

（4）“三防”措施周密

与陆基站相比，船载卫通站由于所处的环境比较特殊，因而在系统的设计与制造方面需要考虑海上恶劣环境因素的影响，采取严格的防水、防潮和防腐蚀措施。例如，采取封闭式结构设计；电器元件加保护罩；电缆进出采用热缩管加硅胶密封；所有电器元件焊点涂三防漆；对外裸的齿轮和电机安装密封罩；小型紧固件选用不锈钢材料，大型紧固件采用浸锌或镀锌处理，等等。

（5）规避船体共振

船舶在航行时不可避免地要产生一定频率的振动，卫通设备在设计和安装时考虑了船体的共振频率，防止产生共振现象，同时在室内设备机架、机箱底部均采取减振措施。