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第8章 神奇的技术转变——卫星通信的崛起(2)

正义因为卫星移动通信系统中在卫星数量方面拥有较多,再加上每颗卫星的覆盖区域毕竟存在局限性,甚至不方便在海洋、边远和荒芜的地区以及敌对的国家境内建立信关站当做是通信的中介,所以是需要使用星间链路来当做是不同的卫星之间信息传递的桥梁。通过对卫星通信系统星间链路的分析显示,有三个几何量赋予了特别重要的意义。前两个是相对于卫星本体而言,星间链路指向的经纬度变化情况,预先计算出邻近卫星的空间位置变化情况,可以大大缩短卫星星间链路建立所需的时间;另一个是相邻的建立了星间链路的卫星之间的空间距离大小。经纬度的变化情况表明了在卫星上安装星间通信装置的复杂和困难程度;星间距离的变化情况不但对星间通信系统的功率大小提出了基本要求,而且也对星间链路通信系统的功率变化动态范围提出了要求。

在空间光通信系统中,一个极其重要的参量是误码率时,它直接影响着空间光通信系统的通信质量。因为两颗卫星的距离在空间中相距甚远,(几千公里级),并且通信激光光束的发散角极小(微弧度量级),因而,卫星的瞄准系统务必要以精准为主,再者,卫星上一些机械装置的随机振动通常会造成卫星平台上的空间光通信系统的光学发射装置,因此容易导致卫星上发射机发射的信号光束产生晃动,致使另一颗卫星上接收机接收到的信号强度变弱,导致的直接结果就是使通信的误码率增大,通信质量因此严重下降。

激光通信演示装置发射部分电原理图

由于在小卫星星座中,光信号往往要经过多个小卫星的中继和传递,通信质量的好坏直接受到振动的影响,通过分析显示,在整个卫星移动通信系统中,星间链路的波束宽度与卫星星体振动有一定的相连性,而卫星星体的振动又与星间链路的误码率产生联系。而卫星星间链路的功率必须保证能够进行正常的通信,前提是在卫星振动的情况下。

因此,星间链路的传输功率和波束宽度之间也相应的存在一定关系,此理论还发现,当卫星星体的振动幅度较小时,卫星移动通信系统星间链路的传输功率可以很小;而当卫星星体的振动幅度较大时,在保持相同的误码率的情况下,卫星移动通信系统星间链路的输出功率需要有一定的增加。所以在满足通信的误码率和功率要求情况下,不妨可以通过扩大星间链路激光波束宽度来大大放宽对卫星星体振动的容限。

知识卡片:

卫星移动通信

利用地球静止轨道卫星或中、低轨 道卫星作为中继站,实现区域乃至全球范围的移动通信称为卫星移动通信。它一般包括三部分:通信卫星,由一 颗或多颗卫星组成;地面站,包括系统控制中心和若干个信关站(即把公共电话交换网和移动用户连接起来的中 转站);移动用户通信终端,包括车载、舰载、机载终端和手持机。

4. 卫星导航的定位应用

全球导航卫星系统(GNSS)是由美国和前苏联开发的,已经投入使用一段时间,与此类似的的全球定位系统(GPS)和Glonass已成为了全球的军事设施提供了安全可靠的服务。

GLONASS系统

所谓的卫星导航,现在很多领域都有涉及到。卫星导航其实就是确定地球上位置、速率和精确时间的一种行之有效的高科技工具,可以说它是无线电导航的一种表现形式。

卫星导航示意图

从几个卫星发送的信号由接收器接收后,计算出相应的位置、速率以及所需的时间。用户的导航接收器通常会采用“无源测距”技术,目的主要是用来测量用户设备到卫星的距离。那么,距离是如何进行推算的呢?其实就是是通过导航信号从卫星到接收器的时间来进行推算的。三向定位至少需要三个不同卫星的信号。然而为了免掉用户需要配置精确的原子钟,一般都会多一颗星。这几年来,全球的人们一般都是采用美国GPS系统发出的信号定位和导航。

中国北斗卫星定位系统工作示意图

卫星导航在人类生活中的各个领域扮演着十分重要的作用,很多领域都是需要卫星导航来进行操作,卫星导航具备的便捷性和科技性并非一朝一夕的事情,下面,我们从几个方面来对卫星导航的各领域应用进行简单的介绍。

首先是卫星导航在运输上的应用。尤其在这几年,卫星导航业务在不断的演化和扩展,已然从相对比较传统的民航和海上业务直接延伸到公路交通等运输方面的应用。应该在不久的将来,会研发出一种在卫星导航和定位为基础的新技术,并且即将出现移动数据通信相结合的交通管理系统。该交通管理系统使用户可在第一时间准确的收到最新的交通和天气状况信息,如果能够利用这些动态信息和数据库信息,用户就完全可以及时地有科学依据的选择最佳的路线和速度。

类似这种基于卫星的交通控制管理甚至还可以根据用户类型、车辆种类和行驶时间,限制某些车辆进入某些地区,视为一种可减少城市交通阻塞的行之有效的手段,在公共交通方面更是炙手可热。车队调度者利用该系统可监测车辆运行的情况,能够以一种动态地调度管理方式存在。卫星导航不仅仅只是单一的应用,甚至还可以应用于火车、船舶、飞机着落等方面。

另外,卫星导航在非运输上的应用。也十分广泛,比如当发生人为的或自然的事故时,可以通过卫星导航技术来进行精准的定位救援服务。卫星导航技术甚至在农业的精耕细作、近海勘探、渔业作业、测绘探测以及发现水坝的变形等方面得到应用,其精确度通过技术的变革可达到毫米级。卫星导航与移动电话相互集合,可以方便于所使用的用户准确的寻找路由及目标定位。

下面,我们举几个比较具体的例子简单的对GPS的应用领域进行浅析。GPS首次出现在军事应用,1989年,一群细致而专注于科技研究的工程师研发了一个伟大的产品构想,成就了今日全球卫星定位导航系统的领导品牌GARMIN—兼具最佳的销售成绩与专业技术。由制造当初在波斯湾战争中被联军采用的第一台手持GPS,目前已经成为了GPS 的第一品牌,GARMIN的产品以更优良的功能和用途远远超越传统GPS接收器,并为GPS立下一崭新的里程碑。

gps卫星分布网状图

GPS在道路工程中的应用,目前主要是用于建立各种道路工程控制网及测定航测外控点等。随着高等级公路的迅速发展,对勘测技术提出了更高的要求,由于线路长,已知点少,因此,用常规测量手段不仅布网困难,而且难以满足高精度的要求。目前,国内已逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网,然后用常规方法布设导线加密。实践证明,在几十公里范围内的点位误差只有2厘米左右,达到了常规方法难以实现的精度,同时也大大提前了工期。GPS技术也同样应用于特大桥梁的控制测量中。由于无需通视,可构成较强的网形,提高点位精度,同时对检测常规测量的支点也非常有效。GPS技术在隧道测量中也具有广泛的应用前景,GPS测量无需通视,减少了常规方法的中间环节,因此,速度快、精度高,具有明显的经济和社会效益。

gps在道路工程中的应用

GPS在个人定位中的应用,我们可以以国内首款语音彩信GPS定位器——昱读全资科技语音彩信GPS定位器为列。这种定位器内置全国的地图数据,无需后 台支持,结合了GPS全球定位系统、GSM通信技术、嵌入式语音播报技术、GIS技术、GIS搜索引擎、图像处理技术和图像传输技术,直接回复终端中文地址、彩信、或语音播报地理位置。

语音彩信gps定位器

另外,三维导航是GPS的首要功能,飞机、轮船、地面车辆以及步行者都可以利用GPS导航器进行导航。

汽车导航

总而言之,卫星导航的作用不仅可以提供定位信号,而且称得上是全球的定时参考钟。在通信系统的同步方面可得到有效利用。这些应用现在在全球呈现一种稳增稳涨的局面。

知识卡片:

(GNSS)

GNSS是Global Navigation Satellite System的缩写。中文译名应为全球导航卫星系统。目前,GNSS包含了美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo系统、中国的Compass(北斗),全部建成后其可用的卫星数目达到100颗以上,截止2011年10月,欧盟的Galileo系统、中国的Compass(北斗)还未进入有规模的民用阶段。

5.GPS在新世纪的发展

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