卫星移动天线系统(续)

车载卫星天线系统

车载卫星天线系统是车载的单向通信或双向通信的卫星通信天线，可与单颗或多颗Ku频段卫星通信的车载天线系统。

在运动中接收卫星信号的车载天线为“动中通”；在静止状态自动寻星，接收卫星信号的车载天线为“静中通”。

美国卫星通讯公司RaySat的SpeedRay3000车载卫星天线，可置于汽车顶部，支持卫星高速上网并能随时随地接收卫星电视信号。

1．车载卫星天线

车载卫星天线解决了各种地面载体在移动中实时高频宽带大容量不间断地传递语音、数据、动态图象、传真等多媒体信息的难题，是通讯领域的一次重大突破。

车载卫星天线工作环境恶劣，天线高度、功耗、天线重量都受到限制，因此，在天线方案的选取中，采用高效率变焦距椭圆波束天线，以降低天线高度；天线反射面采用碳纤维材料成型，并采用了天线碳素或玻璃钢加罩设计，以减轻重量和降低伺服功耗。如图6所示。

2．车载卫星天线组成及功能

（1）天馈系统

由等效0.35～1．2米椭圆波束天线和宽带TE21模馈源系统组成，它的主要任务是接收和发射通信载波。

（2）跟踪接收系统

跟踪接收系统由LNA、跟踪下变频器和跟踪接收机等组成，它的主要任务是为伺服控制系统提供天线在仰角和方位角两方向偏离卫星的二路误差信号，经过环路调整后，使天线能始终跟踪卫星目标。

（3）天线伺服控制系统

载车在行进中可能遇到各种路况，包括崎岖路面造成的车体颠摇和振动冲击；隧道、桥洞、树林、山体遮挡造成电波的中断等，都是静止接收站不会遇到的工作条件。

（4）天伺系统的功能

①载车在不同方向、不同坡度的路面行驶，天伺系统的跟踪方位范围在0～N×360°、俯仰范围在0～90°；

②载车在各种不同路况下行驶，伺服系统对路面和车速共同造成的载车颠摇与冲击的隔离度大，保证天线始终指向卫星；

③遮挡消失后伺服系统再捕信号的最大捕获时间小。载车进入信号中断区域后，伺服系统无信号跟踪卫星、通信中断；载车离开中断区，信号恢复后，立即恢复通信。伺服系统重新使天线主波束对准卫星的最大捕获时间短；

④信号中断后天线指向的记忆功能。经过短时间的电波中断后，天伺系统不需要重新捕获，即可恢复通信；

⑤天伺系统的跟踪精度，选择跟踪精度≤1/8天线波束宽度；

⑥能耐受车型、车速与路况共同造成的冲击震动环境。

3．车载卫星接收系统主要特性

（1）机动性强

可实现动态中不间断宽带多媒体通信，具有很强的灵活性和机动性。

（2）接收信号能力强

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、点对多点的移动卫星多媒体通信，并能迅速将移动载体中多媒体数据瞬时传到世界各地或接收世界各地的多媒体信息。

（3）保密性强

采用数字信息加密、用户加密和线路加密，增强了安全性和保密性。

（4）抗干扰能力强

采用先进的跳频、前向纠错、扩频技术，增强抗干扰能力。

（5）信息容量大

集动态图像、语音、数据、传真于一体，带宽可达广播级，完全满足不同用户的需要。

4．车载卫星天线系统主要性能技术标准，如表2车载卫星天线系统主要性能技术标准所列。

5．车载卫星天线系统应用范围

（1）移动载体多媒体卫星通讯系统

用于在移动的汽车、轮船、火车、飞机上实现实时高频宽带多媒体通信联系及接收新闻等电视节目，很好地解决了各种条件下的电视、通信保障难题；可以对远离中心地方的现场情况一览无余，并实时进行指挥调度和处理。

（2）电视移动转播系统

直接将摄制的新闻实时地通过动中通发射到任何一颗地球同步卫星，再传到世界各地，充分体现了新闻的及时性和灵活性，很好地解决了马拉松竞赛、战地采访、实时直播、大型运动会、抢险、抗洪、救灾等电视主题实时移动转播的难题。

（3）运动中不间断网络中心

该系统不需要任何电缆或光缆就可实现车、船等载体在移动中通过卫星实现不间断电视传输、通信传输，实现有线和无线接入。该系统还可用于突发事件移动指挥中心、通信中心、调度中心、实时数据采集、处理、传输中心等。

（4）商用移动卫星通信系统

实时将车内外监控的所有图象、语音信息迅速地传送给指挥监控中心，实时不间断地保持与监控中心图象、语音数据、传真等双向联系。

（5）部队移动卫星通信系统

用于部队训练场，特别是战场等场所实时不间断地实现多媒体通信，使指挥中心迅速作出正确有效的决策。

（6）消防灭火卫星通信系统

可以将火灾现场情况实时地通过卫星传送到指挥中心，对火灾现场有效地监控立即作出正确的判断和指挥等等。

6．车载卫星电视天线系统

中国军工、航天和科研单位研发的多种车载卫星通信系统，已应用在部队通信、航空测量、航天探测、公安消防等事业，民用的已应用在电视直播、电视转播、电视传输、救灾测量、探矿考古、野外作业等领域。如图7超薄的车载天线所示。

中国航天科技集团公司重庆巴山仪器厂生产的一种军民两用的车载卫星天线系统―――动中通，达到国际先进水平。

该动中通系统集图像、话音、数据、传真于一体，可在移动中接收卫星电视，并可双向传送数字保密电话1路、语音电话4路、数据1路、数字G3或G4传真1路、视频2路、可视电话1路。

该动中通系统是能够在移动中实现连续不间续宽带多媒体通信的系统；可在移动中实现不间断窄带通信，能超越时间和空间的限制，迅速将移动载体中的多媒体信息瞬时传输。

该系统可实现点对点、点对多点、点对主站的移动卫星通信，大大提高用户在移动过程中的通信能力，满足各种应急通信系统移动条件下通信的需要。

该系统在一级路面上最大行驶速度为100公里/小时，通信传递速率可达2至5兆比特/秒。该系统还可装备车辆、坦克、装甲车等军事车辆，如图8、图9所示。

7．动中通车载卫星电视接收系统

（1）动中通车载天线

动中通车载天线是车辆在运动中接收卫星电视和进行多媒体通信的天线。动中通车载天线主要适用于室外通信作业、军事系统野外作业车辆以及相关部门野外工作车。该天线需具有小型、携带方便、操作简单等特点。

①通信能力强：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、点对多点移动卫星多媒体通信，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。汽车在高速公路上车速大于140Km/h（移动电话由于多普勒效应不能通信）；坦克训练场路面行驶速度大于60 Km/h时，“动中通”仍能实时通信，图象4级以上。

②保密性强：采用数字信息加密、用户加密和群路加密，增强了安全性和保密性。

③信息容量大：集动态图像、语音、数据、传真于一体，带宽可达到2M～78M，完全能满足不同用户的需求。

④隐蔽性好：内藏式天线0.35～2.4m，保证机动性通信传播的隐蔽性。

主要技术指标

对星精度：≤0.1°

初始找星时间：≤1分钟

方位跟踪范围：全方位或指定方位

工作范围：卫星信号服务区

工作频段：C、Ku、Ka频段

通讯码速率：2M～78M

行驶速度：≥100Km/ h

工作环境温度：-45℃～+55℃

平均无故障工作时间：≥3000 h

车载卫星电视天线的自动跟踪系统利用激光制导和卫星姿态测量技术。在车辆移动中清晰地接收卫星电视直播节目，要求天线增益很高，天线的波束就很窄，为高精度实时跟踪卫星，天线中心轴必须始终对准卫星，必须采用姿态测量技术。

（2）天线自动跟踪系统的组成与工作原理

天线自动跟踪系统主要由：陀螺传感器、激光陀螺仪、16bit CPU的单片机、伺服系统（包括伺服驱动器和伺服马达）、横置偏馈或椭圆偏馈卫星接收天线、卫星电视接收机、电压/频率（V/F）转换模块、GPS接收机模块等组成。

①陀螺传感器：测量汽车行驶的航向角。陀螺传感器具有体积小、重量轻、功耗低、启动快等优点；随机漂移小（

②激光陀螺仪：测量卫星天线俯仰角和横滚角变化量的传感器。激光陀螺仪以NMEA格式，通过RS232串口提供俯仰角、横滚角和航偏变化量的输出。激光陀螺仪具有响应快速，最高可达20Hz，响应时间为0.1s，航向精度为±0.5°，分辨率为0.1°，倾斜角(俯仰、横滚)在±40°，精度为±0.1°。激光陀螺仪可在恶劣环境下长时间工作。代表产品：美国霍尼威尔、利顿、斯佩里等公司的激光陀螺仪。

③伺服系统：伺服驱动器和伺服马达。驱动器由微处理器来控制所有功能，并产生供逆变器专用的可调脉冲宽度PWM输出的ASIC芯片，用ASIC的输出来控制IGBT逆变器。应用模块能同时进行单轴或多轴控制。全数字化可以消除模拟量控制存在的漂移，还能承受启动时负载的冲击。伺服马达可线性控制、角速度控制、拉伸速率。代表产品：英国CT公司的微型交流无刷伺服马达和伺服驱动系统

④GPS接收机模块：测量汽车当前经纬度定位坐标。可控航向角范围在0～360°，俯仰角的范围在0～90°。

陀螺传感器长时间工作会有零点漂移和随机漂移，并会产生累积误差，影响天线的跟踪精度。GPS模块每隔一两个小时后就要用GPS给出的汽车当前经纬度定位坐标；同时根据卫星电视接收机输出的自动增益控制（AGC）信号来校正一次天线的位置，修正它的误差并重新对准卫星。

如果汽车行驶在隧道、高层楼群、高架桥下以及密林等地段时，信号遮挡会使GPS定位失效，引入更大的误差。这时就要采取推算定位（Dead Reckoning）进行自律导航。有了GPS给出的汽车当前经纬度定位坐标，再利用同步卫星轨道的坐标，通过计算公式就可以推导出卫星天线应保持的航向角和俯仰角。

（3）单偏置抛物面天线

单偏置抛物面天线的馈源及其支撑遮挡最小，有较大的焦距直径比f/D，天线的纵向尺寸变大，短径降低，降低天线旁瓣电平和改善馈源的极化辐射电平。横向安装在汽车顶上有利于降低整体高度，折叠式设计可减小阻力，便于汽车行驶。

整个系统的初始化条件是以激光陀螺仪数据的输出为最高级别中断，并选择最高响应频率20Hz串行输出俯仰角和横滚角的变化量，来保持与陀螺传感器测量到的航向角变化量同步，经单片机中的CPU处理后以20Hz频率驱动伺服系统，控制天线转动方向使天线中心轴始终对准卫星，实现实时跟踪。

卫星电视接收机输出的AGC模拟信号，经V/F模块转换成频率后送单片机，以50ms定时中断的单片机开始对V/F输出的频率计数，当信号最大时，表示又重新捕获到卫星。

天线自动寻星以二种方法交替进行：

程序跟踪―――将卫星轨道预报的数据（卫星的方位角和仰角随时间变化的数据）和从天线角度检测器来的天线位置的角度值一并输入CPU，CPU对这些数据进行处理、运算、比较，得出卫星轨道和天线实际角度在标准时间内的角度差值，将此值送入伺服系统驱动天线，消除角误差。通过不断地比较、驱动，使天线一直指向卫星。

自动跟踪―――根据天线接收到的卫星所发的信标信号检测出误差信号，驱动跟踪系统，使天线自动地对准卫星。由于卫星位置受影响因素太多，无法长期精确预测卫星轨道，故目前一般以自动跟踪为主，程序跟踪为辅的方式。按跟踪原理分类，民用自动跟踪可采用步进式跟踪、圆锥扫描和单脉冲跟踪等三种方式。图10所示为漂亮的车载天线―――动中通。

（4）北京赛锦诺电子公司的动中通车载天线 SJN-VTA-05501技术参数如表3所示。

8．静中通车载卫星电视接收系统

（1）静中通车载天线

静中通车载天线是定点接收卫星电视和通信的天线。静中通车载天线主要适用于开车到郊外的旅游者、军事系统野外作业车辆以及相关部门野外工作车。该天线需具有小型、携带方便、操作简单等特点，如图11所示。

天线自动寻星以二种方法交替进行：

程序跟踪―――将卫星轨道预报的数据（卫星的方位角和仰角随时间变化的数据）和从天线角度检测器来的天线位置的角度值一并输入CPU，CPU对这些数据进行处理、运算、比较，得出卫星轨道和天线实际角度在标准时间内的角度差值，将此值送入伺服系统驱动天线，消除角误差。通过不断地比较、驱动，使天线一直指向卫星。

自动跟踪―――根据天线接收到的卫星所发的信标信号检测出误差信号，驱动跟踪系统，使天线自动地对准卫星。由于卫星位置受影响因素太多，无法长期精确预测卫星轨道，故目前一般以自动跟踪为主，程序跟踪为辅的方式。按跟踪原理分类，民用自动跟踪可采用步进式跟踪、圆锥扫描和单脉冲跟踪等三种方式。

（2）北京赛锦诺电子公司的静中通车载天线

SJN-VSA-0601技术参数如表4所列。

船载卫星电视天线系统

1．船载卫星天线

在舰船上安装自动跟踪同步卫星的船载卫星移动天线，通过在轨的同步卫星C、Ku或Ka频段转发器，接收卫星电视或进行卫星通信。如增加CDMA卫星通信终端，使舰船与陆地构成卫星移动通信专网，整个专网通过卫星通信主站接入地面指挥中心，也可接入PSTN和PLMN。舰船通过该系统与陆地构成高质量、宽频带的多媒体通信，是目前最佳的海上通信解决方案。船用卫星天线系统可以使舰船与陆地构成完整的通信指挥系统，保障海上安全和提高海上作业水平。船用卫星天线系统还可以用于海上各类移动平台，以接收卫星电视和进行卫星通信。图12为船载卫星天线与其他天线。

德国某船载卫星移动天线如图13 船载卫星移动天线所示。

2．船载卫星天线工作原理

船用天线是移动接收卫星电视天线。从结构功能上，可分为稳定系统和自动捕获跟踪系统两大部分。稳定系统是通过传感器、计算机软件、天线驱动机构和步进马达，随时调整天线座姿态，使天线一直处在一个稳定的基础上；自动捕获跟踪系统是根据GPS天线提供的运动物体的实时经纬度、传感器提供的航偏角经计算机运算后，指示驱动器迅速捕获到目标卫星。捕获到卫星后，再通过进行“和波束”极大值判断或“差波束”极小值判断的方法，对卫星进行持续跟踪。船载卫星天线系统工作原理，如图14所示。

3．船载卫星天线系统的特性

（1）捕获时间短：初次使用接通电源后，一般不超过三分钟即可捕获到卫星，收到卫星电视信号。

（2）跟踪精度高：系统采用园锥扫描(conical scanning)差信道跟踪体制，跟踪灵敏度高。

（3）使用寿命长：天线座采用电子倾斜仪作为位移传感器，其使用寿命远高于机械陀螺系统。

（4）使用操作方便：天线已内置GPS系统和电子罗盘，无须外接任何部件。

（5）自动寻星：自动寻星或切换，可在全球海洋范围内接收多数卫星信号。

（6）快速捕捉：初始化后 1s ～ 3s 内即可截获信号，然后进入跟踪接收卫星信号状态。

（7）自动识别：能在频率和位置上准确分辨两颗相邻 2 °～ 3 °的卫星。

（8）即时诊断：可自动诊断、监视设备工作情况。

4．船用天线系统技术参数

北京赛锦诺电子公司的船用天线系统技术参数 如表5所列，稳定系统性能技术参数如表6 所列。

根据船只大小，内河、近海、远洋及卫星场强、卫星服务区等情况不同，船用卫星天线系统的用途也不同，可分为以下多种系列和型号。

SJN-MTA-045系列接收系统，小型船用卫星天线系统，只接收单颗卫星的电视节目，适用于中国南方海域。其技术参数，如表7所列。

SJN-MTA-04502型接收系统，可接收多颗卫星的电视节目。其技术参数，如表8所列。

SJN-MTA-060系列接收系统，中型船用卫星天线系统，只接收单颗卫星的电视节目，适用于中国沿海及江河。其技术参数，如表9所列。

SJN-MTA-0602型接收系统，可接收多颗卫星的电视节目。其技术参数，如表10所列。

SJN-MTA-080系列接收系统，中型船用卫星天线系统，只接收单颗卫星的电视节目，适用于中国沿海及江河。其技术参数，如表11所列。

SJN-MTA-0802接收系统，可接收多颗卫星的电视节目。其技术参数，如表12所列。

SJN-MTA-100系列接收系统，大型船用卫星天线系统，适用于远洋地区。

SJN-MTA-100接收系统，只接收单颗卫星的电视节目。其技术参数，如表13所列。

SJN-MTA-1001接收系统，可接收多颗卫星的电视节目。其技术参数，如表14所列。

火车卫星电视接收天线

在中国，列车上全面推广卫星电视接收系统，已经指日可待了，这将在中国列车发展史上具有重大意义。随着中国直播卫星的发射，火车自动跟踪卫星电视接收，已成为可能。图15所示为德国火车车载天线。1．列车卫星天线系统的特性

（1）列车上的数百万旅客能实时收看到中央电视台节目和各地的卫星电视节目，及时了解国内外大事。

（2）丰富的文艺体育节目，让旅客消除旅途的劳累和寂寞，使列车服务上一个新台阶。

（3）通过自办节目，可介绍沿线各大城市及景点，体现出各条列车线路的不同特色。

（4）为沿线各大企业的产品进行电视广告宣传，开辟列车新的创收渠道。

（5）为火车上实现办公自动化打下基础。

2．火车卫星电视接收天线系统的优点

（1）自动寻星: 自动寻星或切换，在我国疆土范围内可接收多数卫星；

（2）快速捕捉: 初始化后 1s ～ 3s 内即可截获信号，然后进入跟踪接收卫星信号状态；

（3）自动识别: 能在频率和位置上准确分辨两颗相邻 2 °～ 3 °的卫星；

（4）即时诊断: 可自动诊断、监视设备工作情况

3．火车卫星电视接收天线系统的主要技术指标

工作频段： C、Ku频段

天线： 0.6～1.2m

初始找星时间：≤1min

方位跟踪范围：全方位

工作范围：卫星信号服务区

运行时速：≤260Km

环境温度：-40℃～+50℃

平均无故障工作时间 ≥3000h

4．北京赛锦诺电子公司的火车卫星电视天线系统根据用途不同，目前可分为以下两种型号：

SJN-TTA-0701火车卫星接收系统，只接收单颗卫星的电视节目。其技术参数，如表15 所列。

SJN-TTA-0702火车卫星接收系统，可接收多颗卫星的电视节目。其技术参数，如表16所列。

卫星移动双向通信站

卫星移动双向通信站是卫星电视接收、通信发射一体化系统，用于车船等载体。

北京赛锦诺电子公司的卫星通信车载站，天线1.2米。其功能与用途如下：

该站型是一种可移动式卫星通信地球站，提供区域和区域之间、服务中心和区域之间干线中继或机动远距离综合业务传输；可传输话音、传真、数据、视频业务，并提供交换机E1口；可构成地面通信线路的迂回和重要补充链路，具有较强的机动灵活性和越野性，开通快捷方便。

1．系统功能

采用三轴稳定数字平台和圆锥扫描跟踪，实现天线自动搜索、高精度实时跟踪；预置卫星参数、指令切换；宽带、高速传输多媒体信息；可进行广播、电视、数据、图像互视互动、视频点播。

2．应用范围

汽车、海洋、江河、湖泊轮船、海洋渔业、物流监控、银行运钞、军事通信、公安保卫、边防巡逻等。

3．技术特性

小型化、模块化、数字化、高可靠、易维修。

4．技术参数

工作频段：Ku

工作频率：上行 12.25 ～12.75GHz ，下行 14.0～14.5GHz

天线形式：修正卡式 正馈 / 偏馈

跟踪方式： 圆锥扫描

跟踪精度： 0.2°/s

跟踪定位：方位、俯仰

天线工作范围：仰角 0°～80°

方位：± 360°

极化方式：双极化

通信方式：TMD/SCPC/DAMA多址方式

主带小站，可进行点 / 域、点 / 点双向通讯，具有 2～4 路话务，及其它多媒体通讯工作方式。

在不同配置下，可进行非对称方式下行传输，下载文件图像、数据。

在不同配置下，实现自动链接和参数控制的网管，以最佳的时间分配提高信道使用效率。

卫星移动通信台、站、车船载体等方面越来越发挥出卓越的表现，成为衡量卫星通信科技的标尺。图16所示为美军卫星通信船。