Ku频断卫星通信链路设计
为了使两个地面站能够通过卫星数据链路进行无线通信，设计了一个Ku频段卫星通信系统系統，数据速率为512kbit/s～4.096Mbit/s，速率可调步长为1比特/秒。选择相对简单的Ku波段地面站设计方案。信道的本地振荡器是固定频率，调制解调器的中频范围是950～1450。地面站的组件，如调制解调器，低噪声放大器，上变频单元，下变频单元，选自成熟的商业货架产品，降低设计风险与成本。
1引言
卫星通信系统具有频带宽，容量大，性能稳定，成本与通信距离无关的优点。超短波通信距离约为300公里，而卫星通信系统距离可超过2，000公里。短波通信距离长，但传输速率低。因此，建议选择卫星通信系统模式进行远程宽带无线通信。卫星通信系统有许多工作波段的频率，包括UHF，S，C，Ku与Ka。目前，国内主流的卫星通信系统波段的频率是Ku波段的频率，我在Ku波段的频率的工程设计方面有丰富的经验。根据用户的地理位置与物质条件，制了Ku 波段卫星通信系统系统。
2.卫星资源的选择
在系统应用程序中，选择“中卫1号”卫星。该卫星有20个Ku波段转发器，预计将在轨道上运行超过15年。该卫星采用洛克希德马丁公司推出的21世纪商用通信卫星平台，具有模块化设计，高可靠性，高智能化，简单灵活的轨道测控操作，高功率，高接收灵敏度，支持多种通信服务。该卫星将为中国与南亚，西，东，中亚与东南亚提供波束覆盖。卫星的主要任务是确保国内邮电公共网络，主要公司的VSAT专用网络，广播与电视服务的通信，以及解决偏远地区的通信问题，并为邻国提供通信服务。
2.1面站卫星天线
对于卫星系统，在选择地面站卫星天线时应考虑以下因素：价格预算，安装系数与电气性能。综合考虑后，卫星天线的基本技术性能确定如下：
（1）天线形式：2.4m抛物面天线；
（2）传输频率：14.0～14.5ghz；
（3）接收频率：12.25～12.75GHz；
（4）传输增益：大于或等于48.5dbi；
（5）获得收益：47.5dbi或更高；
问题： 5、降雨损耗及链路可用度 6、饱和通量密度 7、转发器的增益 8、连路计算 9、系统容量估算 5、降雨损耗及链路可用度： ①降雨对链路的影响：降雨会导致电磁波的散射并且会吸收无线电波的能量；降雨的衰减量随着频率的升高而增加，因此Ku波段的降雨衰减要比C波段严重；水平极化的降雨衰减要比垂直极化的降雨衰减要大；雨衰会产生噪声，衰减和噪声对卫星链路性能的影响在上、下行链路的雨衰余量中考虑。 降雨对天线罩的影响：对半球形的天线罩，降雨会产生一个厚度不均匀的水层，水层将导致吸收损耗和反射损耗（1mm厚的水层所产生的损耗是14dB）。 降雨会导致信号的去极化：雨滴通过大气层时略带椭圆形，主轴方向对电场分量的影响不同于次轴方向对电场分量的影响，其结果就是使电波变成了椭圆极化波；对圆极化波的影响大于线性极化波，为了弥补降雨引起的去极化，需要安装去极化装备。 ②链路可用度： 定义：在一年中% p的时间内，链路的误比特率不超过一个给定的门限值 p的概率，称为链路可用度。因此链路可用度表示含义是：一 b
年中经过该链路传输的误比特率性能优于门限b p 的时间百分比。为了使链路可用度达到要求，定义一个门限载噪比C/N []th 和余量[M]，余量[M]包括雨衰余量、系统余量以及设备余量等，因此设计系统应该达到的载噪比为：[][M](dB)[]C C N N th =+。 6、饱和通量密度： 卫星转发器的行波管放大器（TWTA ）存在输出功率饱和现象，由此定义：使TWTA 达到饱和时接收天线所要求的通量密度为饱和通量密度，用s ψ表示。卫星转发器的饱和通量密度也称为卫星转发器的灵敏度。 如果用[]EIRP S 表示能使卫星接收天线达到饱和通量密度所要求的地球站的有效全向辐射功率，则有： 2 4[][][]10lg( )s s s LOSS EIRP π ψλ =-+ 显然，2 4[][][]10lg( )s s s LOSS EIRP π ψλ =+-，这样，如果知道卫星接收系统 的设计参数s ψ以及系统的工作频率、各种传输损耗，就可以计算单一载波时地球站的[]EIRP S 。 7、转发器的增益： 卫星转发器的三个主要参数为[]G T 、S ψ与EIRP 。[]G T 和S ψ（饱和通量密度）反映卫星接收系统在其服务区内的性能，它们与卫星接收天线的增益分布线性相关。EIRP 反映转发器的下行功率，它与卫星发送天线的增益分布线性相关。
上下行部分 Site Name / Location Enter the literal name of the site where the earth station is located up to a maximum of 40 characters (18 for country data files Example input for country data files (18 characters maximum "Liverpool" Example input for all other forms (40 characters maximum "Liverpool, Merseyside, England." 基站名称 输入基站所处位置的名称,最多 40个字母。 国家数据文件名举例(最多 18个字母 :liverpool 其他格式输入举例:"Liverpool, Merseyside, England." Site Latitude Enter the latitude of the site where the earth station is located. This must be entered in decimal degrees with the suffix N for north and S for South. No spaces are allowed. Examples 53.33N or 27.89S Important Note: When entering data into country data files latitudes are required in degrees and minutes format as obtained from maps and atlases. In this case the fractional part represents the number of minutes and cannot exceed 59. In all other cases input in decimal degrees are assumed. A conversion facility is provided under the calculate menu.
综合课程设计 卫星通信信道链路参数计算与模拟 姓名： 学号： 一、课程设计内容及基本参数
1、 设计目的 近年来互联网和移动通信飞速发展，使得网络终端用户数量不断扩大、新业务不断增加，这对通信技术的发展提出了新的挑战。卫星通信系统以其全球覆盖性、固定的广播能力、按需灵活分配带宽以及支持移动终端等优点，逐渐成为一种向全球用户提供互联网络和移动通信网络服务的补充方案。 本学期我们学习了《微波与卫星通信技术》这门课程，对于卫星通信技术有了基本的了解。本课程设计基于已学的的基本理论，对卫星通信信道链路参数进行计算和模拟，从而掌握卫星通信信道链路参数计算的基本方法，了解影响卫星通信信道性能的因素。同时熟悉Matlab 编程仿真过程，利于今后的学习和研究。 2、 基本参数列表 表1 根据学号得到的系统参数3、 涉及公式 1） ITU 法计算雨衰值： ),()(βα p p R L R K A =(dB) (1) 其中，p R 为降雨率，单位为mm/h ，β为仰角，可以通过以下经验公式获得 0779.041.1-?=f α (255.0≤≤f ) (2) 42 .251021.4f K ??=- (549.0≤≤f ) (3)
上式中频率f 的计算单位为GHz 。 雨衰距离： 14766.03]sin )108.1232.0(1041.7[),(---?-+?=ββp p p R R R L (km) (4) 2)ITU 法计算氧、水蒸气分子吸收损耗值： 氧分子损耗率，对于57GHZ 以下的频段，可以按下式近似计算 3230226.09 4.81[7.1910]100.227(57) 1.50 f f f γ--=?++??+-+(dB/km) (5) 对流层氧气的等效高度0h 和水蒸气的等效高度可分别按如下公式确定： 06(57)h km f GHz =< 因此，对于氧分子的吸收损耗为： 002h R O γ= (dB) (6) 水蒸气分子损耗率与频率和水蒸气密度 )/(3m g p w 有关，对于350GHz 以下频段，都可以用下式计算（dB/km)： 242223.610.68.9[0.050.0021]10(22.7)8.5(183.3)9.0(325.4)26.3 w w w p f p f f f γ-=++++???-+-+-+ (7) 对流层水蒸气等效高度w h 可按如下公式确定： ]4 )4.325(5.26)3.183(0.55)2.22(0.31[2220+-++-++-+=f f f h h w w (km) (350f GHz <) (8) 其中，0w h 取2.1km 。 同样，对于水蒸气分子的吸收损耗为： w w O H h R γ=2 (dB) (9) 3)给出经纬度，计算卫星于地面距离及仰角β; 同步卫星的经度s θ，地心角θ定义为从地心点看卫星与卫星终端之间的夹角，卫星终端所在地的经度和纬度（L L φθ,）,卫星距地球中心的距离近似为42164.2r km =,地球的平均赤道半径为6378.155e R km =。 )cos(cos cos S L L θθφθ-= (10) θcos 222r R r R d e e -+= (11) 如图1所示，A 为卫星，B 为地心，C 为地球站，仰角为地球站与卫星连线与水平 C
卫星导航抗干扰技术应用 发表时间：2018-11-15T20:03:58.540Z 来源：《基层建设》2018年第28期作者：倪大森 [导读] 摘要：抗干扰技术一直是卫星导航领域的研究热点。 天津七六四通信导航技术有限公司天津 300210 摘要：抗干扰技术一直是卫星导航领域的研究热点。在众多的抗干扰方法中，采用基于空时联合处理的阵列天线抗干扰是目前最有效且应用最广的一种方法。而对于阵列天线抗干扰，权值精度和权值更新速度是决定其抗干扰性能优劣的重要因素。当采用相同的自适应算法时，权值精度越高，权值更新速度越快，则抗干扰处理的效果越好。为此，在接下来的文章中，将围绕卫星导航抗干扰技术应用方面展开详细分析，希望能够给相关人士提供重要的参考价值。 关键词：卫星导航；抗干扰技术 引言：卫星导航定位系统提供精确的位置、时间和速度的同时，存在着信号微弱，易受干扰的天然弱点。在定位导航过程中，导航接收机的抗干扰能力是决定导航定位服务可用性的关键因素，伴随着卫星导航的推广应用和深入研究，抗干扰技术不断迭代更新。文章对卫星导航系统的抗干扰接收技术进行分析。 1.抗干扰技术分析 抗干扰是指设备能够防止经过天线输入端，设备的外壳以及沿电源线作用于设备的电磁干扰。雷达往往工作在复杂的电磁环境中，雷达抗干扰性能的优劣直接决定了整个雷达系统的性能。然而，如何评价雷达抗干扰性能的优劣，至今还没有公认的标准。因此人们难以把握雷达抗干扰能力的好坏，严重阻碍了雷达抗干扰技术和战术的发展。目前对于雷达抗干扰性能的评估，已经有了部分研究成果，但存在以下缺点：第一，干扰和抗干扰性能分开评估，没有把两者联系起来，这不符合实际情况；第二，由于雷达系统的复杂性，往往不能表征整个雷达的抗干扰性能，而仅从雷达采取的抗干扰措施或雷达本身固有的特性来研究；第三，度量值具有不可测性，计算繁琐 1.1虚拟卫星法 虚拟卫星法是在卫星导航抗干扰接收系统中广泛应用的一种方法，利用小型无人机或者地基发射装置播发模拟卫星信号，增强导航接收机的接收信号进而改善信噪比，从而实现抗干扰的目的。 1.2天线抗干扰法 天线抗干扰法是卫星导航抗干扰系统中的关键技术，其应用具有多种优势，技术操作简单，成本相对较低。天线抗干扰法可以通过提升波速发生量的方式来完成天线阵元的加权工作，从而将外界干扰信号的强度控制在较小的范围，减小或避免对导航接收机的影响。 1.3扩展频谱抗干扰法 这种方法可使导航接收机有效抑制干扰信号。采用直接序列扩频，当接收机解扩之后将有用的信号变成了窄带信号，原来一些频带比较窄的干扰信号就会变成宽带信号，从而使得信号中的大部分能量都被窄带滤波器滤除掉，提高了信干比。当前扩展频谱抗干扰法的应用十分广泛，尤其是在工业领域普及程度很高。 1.4光通信技术 光通信技术是卫星导航干扰接收系统的主要技术之一，是结合现代科学技术产生的一种新技术。与传统的卫星导航抗干扰技术相比较而言，光通信技术更高效、科学，但是其原理相对复杂，应用成本相对较高，当前还处于推广阶段。 1.5编码调制技术 编码调制技术在卫星导航抗干扰接收系统中的应用，可以借助卫星导航系统的修正、调整、编排优势，增强抗干扰接收系统稳定工作的持续性。 2.抗干扰导航接收机实现 2.1波束形成抗干扰方法 形成抗干扰波束并借助惯性测量数据或者卫星历史数据，可以抵御和消除外界的干扰信号，从而提高导航接收机的抗干扰能力。卫星信号和干扰信号都会通过全向天线阵列进入大动态射频转换器前端，大动态射频转换器对射频信号进行初步处理再移交后端的数模转换器。大动态射频转换器的设计，可以采用自动增益控制技术，在射频与中频之间设置多个程控衰减器，每一个衰减器都会使得信号逐渐衰减变小，而且信号是逐级衰减，防止其中的敏感元件出现饱和状态。这种衰减结构是比较灵活的，可以对进入模数转换器的信号电平进行精确控制，实现对信号与噪声之间的比值的优化。当射频转换器把信号变成中频的时候，数字化中频信号就会进入波束形成算法模块，同时，在惯性测量数据可用的情况下，还可以从惯性测量数据获得自身的姿态信息，并且可以结合卫星历史数据，通过波束控制模块产生波束自适应控制权值，然后将该值传输到波束形成算法模块中，波束形成算法模块根据波束自适应控制权值，对数字化中频信号进行自适应滤波，可以降低或者消除进入导航接收机的干扰信号影响。波束形成算法模块可以对输入的数字中频数据进行处理，并且可以得到所有通道的数字波束总和，根据这个值再进入导航接收机的捕获跟踪模块。在整个传输过程中，波束形成算法模块可以同时对都不同方向的波束进行控制，在卫星信号中如果存在干扰信号，则该模块可以对数据中的干扰成分进行降低或者完全消除，从而减少干扰信号对卫星信号带来的影响，得到更准确的定位结果。 2.2自适应零陷抗干扰方法 如果缺乏惯性导航设备、电磁罗经等设备的惯性测量数据，导航接收机很难确定卫星接收天线的姿态。此种情况下，自适应零陷抗干扰方法更合适，这种方法的基本原理是功率倒置算法，确保期望信号增益为常数时输出的功率最小。按照功率倒置算法所形成的天线方向图，可以在各个干扰方向上产生对应的零陷，零陷与干扰信号的强度成正比。当卫星信号从空中传输到导航接收机的天线时，信号电平会衰减得十分微弱，甚至低于噪声，所以算法不会剔除有效的卫星信号。算法在强干扰方向上产生零陷，可以有效抑制干扰信号的影响，提高导航接收机的信噪比[1]。 2.3抗干扰导航接收机实现技术 从抗干扰导航接收机的结构来看，卫星导航系统的抗干扰导航接收机主要有两个模块，一个是自适应抗干扰模块，一个是基带接收机模块。自适应抗干扰模块中一共有7组天线，这些天线的数据经过采集之后，可以通过FPGA的SRAM存储器将数据转存送入DSP中，再对数字进行加权计算，另外也可以利用上次计算所得到的权值在FPGA中对当前采样的数据做波束形成或者零陷滤波处理，最终生成I、Q两
卫星链路通信系统与SIMULINK仿真<上行链路） 一、实验内容 题目1 题目内容：理解信源编码在数字通信系统中的作用，研究SCPC系统中PCM编码方式。利用MATLAB/SIMULINK通信模块库提供的基本模块搭建、编写PCM信源编码/译码模块，完成语音信号的编码/译码过程。通过参数设置，完成基本的运行调试，得到相关的运行结果，验证仿真过程的正确性。 1.实现框图 图1PCM信源编码 2.实验结果与分析
图2接收端PCM 译码与发送端结果显示 从图2我们可以看出，PCM 解调得到的信号和发送端信号是相同的频率，验证了PCM 调制的有效性和可靠性，但是解调得到的信号和原有信号相比出现了时延的情况，这也说明在通信过程中此类情况无避免。题目2 题目内容：了解SCPC 系统中信号调制/解调的实现机制。利用MATLAB/SIMULINK 通信模块库提供的基本模块搭建、编写BPSK(QPSK>调制/解调模块，完成信号的调制/解调的过程，并输出调制/解调前后的星座图和频谱图。1. 实现框图 图3信号调制/解调过程 2. 实验结果与分析 Transmit Filter1Transmit Filter Modulator Baseband Demodulator Baseband Generator Channel
图4发送地球站端QPSK调制后的星座图 图5接收解调信号星座图 从图4和图5中可以看出，信号经过调制解调并叠加噪声之后，接收信号的星座图出现了明显的抖动，出现了不同程度的相位模糊，在不同信噪比情况下，信噪比的值越大，星座图点的分布越集中，与发送端信号相比，误码率也越低，相反，信噪比越小，星座图点的分布越分散，误码率也越低。 题目3
浅谈卫星导航抗干扰技术的发展 【摘要】卫星导航在现在的军事领域起到了至关重要的作用，本文介绍了卫星的干扰类型和工作原理。然后介绍了现有的几种抗干扰技术、工作原理和特点。最后，对卫星导航的抗干扰技术进行了预测。 【关键词】卫星导航；干扰技术；抗干扰技术 卫星导航在社会生活和军事领域当中起到了越来越多的作用，从日常的定位，到军用的精确制导，都离不开卫星导航。然而，在实际应用当中，由于种种原因，卫星系统会受到干扰，影响了使用国和用户的。因此，如何提高卫星系统的抗干扰的技术是当前各国研究者重点的研究课题[1]。本文介绍了干扰的类型和工具原理，抗干扰技术的分类和发展动向，为我国的卫星导航抗干扰技术的发展提供借鉴。 1.干扰的类型 对卫星的导航一般主要分为干扰型和压制型两种，由于卫星导航也是电子系统的一个集成，因此，一般的电子干扰技术也能用在对卫星的干扰上。 1.1压制式干扰 压制式的干扰就是利用特殊的发射装置对卫星发射电磁信号，让卫星不能正常的接受和发射信号，也无法进行导航。这种干扰方式的特点是技术难度低，使用相对简单，功率大的。但这种干扰方式也会使本方的导航通讯出现不畅，因此，使用范围比较受限制[2]。 1.2干扰型干扰 与压制式干扰不同，干扰型干扰向卫星发射假的信号，造成卫星的导航信息不准确，或者发出错误的信号，起不到应有的导航作用。这种干扰方式的特点是技术难度比较高，需要知道所要干扰的卫星系统的具体工作参数，虽然效果要比压制式干扰好，且不影响本方正常的通讯，但是掌握难度非常的高。 2.抗干扰技术的发展 所谓的抗干扰就是利用特定的手段对卫星的信息接收，传送方式和功率等进行处理，使卫星能够分辨有用和无用信号，正确的接收所需要的信号。在卫星抗干扰技术中主要有以下几种。 2.1伪卫星法 伪卫星法就是在地面设定发射装置，或者发射无人驾驶飞行器，或者小卫星
卫星通信链路计算过程 星通信载波的链路计算方法为，先分别计算上行和下行链路的载波功率与等效噪声温度比CrT或者载波与噪声功率比C/N、以及载波与干扰功率比CzI ,再求出考虑干扰因素的系统载噪比C/(N+I) 和载波的系统余量。 上下行C/T 上行和下行C/T 的计算公式分别为 CZT u= EIRP E - LOSS U + G/T Sat C/T D = EIRP S - Loss D + GZT E/S 式中的EIRF E和EIRF S分别为载波的上行和下行EIRP, Loss u和L OSS D分别为总的上行和下行传输衰耗，G/T sat和G/T E/S分别为卫星转发器和地球站的接收系统品质因数。上式中的数据均为对数形式。 C/N 与C/T 的关系 C/N 与C/T 的关系式为 C/N = C/T - k - BW N = CZT + 228.6 - BW N 式中的k 为波兹曼常数, BW N 为载波噪声带宽。式中的数据均为对数形式。 C/I 与C/IM 卫星通信载波需要考虑的干扰因素主要有，上行和下行反极化干扰C/I XP_U^n C/I XP_D、以及上行和下行邻星干扰C/I ASJU和C/I AS_Do此外，还需考虑转发器在多载波工作条件下的交调干扰C/IM 。 C/N 与C/I 的合成 由多项C/N 和C/I 求取总的C/N、C/I 、以及C/(N+I) 的算式为 (C/N Total ) -1 = (C/N U ) -1 + (C/N D ) T (C/I Total ) -1 = (C/I XPJU) -1 + (C/I ASJU) -1 + (C∕IM) -1 + (C/I XPJD)-I + (C/I ASJD)-I -1 -1 - 1 (C/(N+I)) -1 = (C/N Total ) -1 + (C/I Total ) 上述三个算式中的数据均为真数形式。 由多项C/N 和C/I 求取总的C/(N+I) 的步骤也可为
星通信载波的链路计算方法为，先分别计算上行和下行链路的载波功率与等效噪声温度比C/T或者载波与噪声功率比C/N、以及载波与干扰功率比C/I，再求出考虑干扰因素的系统载噪比C/(N+I) 和载波的系统余量。 上下行C/T 上行和下行C/T 的计算公式分别为 C/T U=EIRP E - Loss U + G/T sat C/T D = EIRP s —Loss D + G/T E/S 式中的EIRF E和EIRF S分别为载波的上行和下行EIRP, Loss u和L OSS D分别为总的上行和下行传输衰耗，G/T sat和G/T E/S分别为卫星转发器和地球站的接收系统品质因数。上式中的数据均为对数形式。 C/N 与C/T 的关系 C/N 与C/T 的关系式为 C/N = C/T - k - BW N = C/T + 228.6 - BW N 式中的k 为波兹曼常数，BW N 为载波噪声带宽。式中的数据均为对数形式。 C/I 与C/IM 卫星通信载波需要考虑的干扰因素主要有，上行和下行反极化干扰C/I XP_U^n C/I XP_D、以及上行和下行邻星干扰C/I AS_U和C/I AS_Do此外，还需考虑转发器在多载波工作条件下的交调干扰C/IM 。 C/N 与C/I 的合成 由多项C/N 和C/I 求取总的C/N、C/I 、以及C/(N+I) 的算式为 (C/N Total ) -1 = (C/N U ) -1 + (C/N D ) -1 - 1 -1 -1 -1 -1 -1 (C/I Total ) = (C/I XP_U) + (C/I AS_U) + (C/IM) + (C/I XP_D) + (C/I AS_D) (C/(N+I)) -1 = (C/N Total ) -1 + (C/I Total ) 上述三个算式中的数据均为真数形式。 由多项C/N 和C/I 求取总的C/(N+I) 的步骤也可为 (C/(N+I) u ) -1 = (C/N u ) -1 + (C/I XP_u) -1 + (C/I As_u) -1
2006年8月 Journal on Communications August 2006 第27卷第8期 通 信 学 报 V ol.27 No.8 卫星网络中永久星间链路的设计方法研究 王振永, 王平, 顾学迈, 郭庆 摘 要 解决了不同轨道面以及不同轨道高度卫星之间 相对移动造成的星间链路频繁切换问题提出了一种在卫星生存期内可以永久保持 星间链路连接的星座设计方法 并通过实例加以验证 卫星网络 TN927 文献标识码 随着各种卫星系统的相继问世 Ｓｋｙｂｒｉｄｇｅ [1] 等为标志的非静止 轨道卫星通信系统成为下一代全球通信系统的重要组成部分 [2~6] í????à2??ˉμ??÷ê? ??óé2?í?1ìμàé?μ??àD? 113éμ??à2??àD?í???ò2?e?￥3é?a1?·o?D??μ?í????á11D?ê? [7~10] D??? á′?·μ??D???êìa±?μ??ü?ó???t μ???????????μ?D???á′?·?D ???μ·± [11~13] 在带有ISL(星间链路) 的卫星网络中 层内ISL(intra-layer ISL)和层间 ISL(inter-layer ISL)相异异轨道面内ISL 目前关于星间链路 的研究中 2005-11-01 陆海空天一体化信息支持系统天基网通信传输技术及演示验证系统研究(41306070201) Foundation Item: Research on Communication Technologies in Space-Based Networks with Demonstration and Verifications (41306070201) 万方数据
1. 导航战及GPS干扰 导航战是指在战场环境下,用电子干扰的方法对敌方导航系统进行干扰或攻击,使其不能正常导航或降低导航精度,并对敌方对己方导航系统所实施的干扰进行抗干扰,使其在干扰条件下仍能高精度地工作。 GPS干扰: (1) 瞄准式阻塞干扰 保证阻塞式干扰在GPS 接收机的带宽内产生均匀的干扰频谱(梭状和连续波) , 在时域上呈等幅包络, 该干扰信号的功率达到一定程度时, 便可对GPS 信号产生全面的阻塞作用. (2) 伪随机噪声阻塞干扰 人为地产生伪随机码噪声, 这些伪随机码噪声在被GPS 接收机相关解扩过程后的信号功率只要大于GPS 接收机的干信比, 就足以有效干扰GPS接收机. (3) 转发式欺骗干扰 将某一区域内GPS 卫星信号通过一些特殊的设备(如DRFM) 进行降频、采样、存储、延时、调制、再升频后转发出去. 这样在空中就形成与GPS接收机真实信号相参性很好的欺骗信号, 通过GPS接收机相关解扩后, 起到欺骗使用. 这些信号人为地改变了在空中的传输时间、相位和频率. 最终使得GPS 接收机的定位精度产生很大误差. (4) 组合干扰 由于每一种干扰方式的优缺点不尽相同, 为了取长补短, 我们可以同时采用两种或两种以上的干扰方式, 以求达到更好的干扰效果. 如伪随机噪声阻塞干扰与转发式欺骗干扰的组合. 2. GPS抗干扰措施 由于GPS空间卫星的设计起点主要考虑战争环境下导航和定位的军事安全，而没有把干扰环境下的工作能力提到突出的位置。实际上，GPS卫星信号到达地面用户时其信号很弱，信噪比很低，从而导致了GPS用户接收机很容易遭受欺骗性干扰和压制性干扰。加上导航战中民用频段的军用化，导致美国与其敌对双方突出较量于战场，迫使其GPS系统不得不采取抗干扰措施或者改革其体制。为此，美军正在从GPS卫星、地面控制站、用户接收设备等方面采取措施，提高该系统的抗干扰能力。其中主要包括：①提高GPS星座后续星的发射功率，研制第三代GPS卫星；②军用GPS接收机采用保密结构、自适应调零天线、抗干扰信号处理技术；③在武器应用方面，特别强调复合使用GPS与惯性制导系统（INS），“联合直接攻击弹药”（JDAM）就是如此；④研制GPS干扰源探测定位系统。 2.1 美国GPS抗干扰技术研究现状： 一、研制抗干扰GPS 接收机天线。 美国陆军航空与导弹司令部导弹研究发展与工程中心将投资“创新研究”工程,研制小型廉价的GPS 接收机天线,用于各种导弹和火箭弹上的GPS 接收机。目前这类弹药上的GPS 接收机天线对干扰信号的跟踪和抑制过程需要50 秒,而有效制导多管火箭炮和陆军战术导弹系统要求该过程不能超过10 毫秒,所以必须使用小于10 ×10 ×2. 5cm3 的天线。“创新研究”计划的目标是研制一种可抗连续波、宽带噪声、脉冲等多种干扰的抗干扰GPS 接收机天线,并用其取代现有天线。如果获得成功,将制造10 套天线用于飞行等各种试验。
“动中通”卫星通信链路分析研究 摘要：本文针对通信卫星“动中通”系统为研究对象，从其结构的组成，发展现状和影响卫星链路的因素等为对象进行介绍和分析，详细的从结构、功能等方面探讨。“动中通”卫星主要是由天线、馈源、反射面和转轴这几部分组成的。为了能更好评估卫星信号的好坏，需要长时间的监视观测，通过观测数据研究卫星链路传输的性能；通信卫星“动中通”在链路的传输上，实现了Ku频段的链路传输特性，通过自动检测系统代替了以往人工测量的方式，通过自动检测系统的精确测量，和以往人工测量相比，大大减小了数据误差，提高了测量的精确度并提高了工作效率，节省了人力资源。 关键词：Ku频段；卫星通信；链路 Analysis of Satellite Communication Link in the "Satcom on the Move" Abstract: In this paper regarded the satellite communication system as the research object. Discussion from the structure, function and other aspects in detailed, analysis the composition of the structure, development status and influence of the satellite link factors as the object of introduction. "Move through" satellite is mainly by the antenna and feed, the reflecting surface and the shaft which are composed, the parabolic cylinder antenna box to receive data of role, the data processing. Through the feed antenna and the reflector will data in the transmission to the original user, to work through the coordination of the internal rotating shaft and other parts. In order to better evaluate the satellite signal is good or bad and need to long time observation, for surveillance, through the observation data of satellite transmission link performance; communication satellite mobile communication in the transmission link, the realization of the Ku band link transmission characteristic. In order to improve the precision of the measurement, the work efficiency and saving human resources, the automatic detection system instead of the previous manual measurement, comparison to the accurate measurement of the automatic detection system, and in the past manual measurement, greatly reducing the error data. Keywords: Ku band; satellite communication; link 引言 自1960年到现在，卫星的发展取得了翻天覆地的变化，各种类型和功能的卫星被研发出来并应用起来，而卫星通信作为其中最为重要的一个分支，在通信领域起到了重大的作用。卫星通信不但具有保密性，还具有低成本的优势；在进行通信时，不但可以传输数据、图像等功能，还可以实现视频通话。至此，对于一些山区、农村、海洋等无法实现通信的地段，都能在卫星作用下实现，鉴于车辆、船舶在卫星通信时的重要作用，被称为“动中通”。 “动中通”卫星通信系统已经广泛应用于军事行动、物流管理、长途交通运输、新闻采访等领域。其功能也逐渐完善，在给高速运动中的车辆提供的卫星通信链路中，不仅可实现话音、视频传输业务，还可进行高速Internet网接入，拥有良好的发展前景。 和传统的VSAT卫星相比，USAT卫星通信口径的大小都是在0.6m以下的，并且设备具有小型化，质量轻等多种特点，完全能满足“动中通”的要求。对于“动中通”的通信频段来说，现在还是以USAT为主的，Ka频段相对现在来说还不能大规模的应用，可能在未来的通信中会逐渐慢慢的向Ka频段转型。
天线大小，功放大小则由链路预算提供 决定一条卫星通信线路传输质量的最主要的指标是，MODEM输入端的载波功率与噪声功率之比值，简称载噪比，用C/N来表示 对应不同的调制方式及编码方式，接收机都有自己不同的门限指标，即门槛SFD和EIRP使得桥的左右岸连通，是载波输入回退和载波输出回退使得这座桥严磁合缝地对接的 这是目前转发器通常采用的行波管的非线性决定的 因此多载波工作的转发器，首先转发器就必须有个输入和输出回退 由于卫星转发器的输入功率、输出功率都是按比例走的，故定好了租用带宽及调制编码方式后，发射站被允许的最大全向辐射功率就定了 卫星公司一般是不允许用户超功率使用的，只能小于此值不可能超出此值。接收端能否锁定载波，完全取决于自身接收天线大小，此时已和发射端无任何关系，不能指望靠发射端提高载波功率来使自己锁定。因此如接收余量不够，只能更换大的天线。 输入功率为PsG的全向辐射器也可以产生同样大小的通量密度，故PsG就是有效全向辐射功率，即：EIRP=PsG 通常EIRP用dB表示，即[EIRP]=[Ps]+[G] dBW 同样如用PE代表地面站天线馈源口的发射功率，G来表示发射天线增益，则EIRP的表达式同上是一样的，表示了地面站发射系统的能力。 G/T G为天线增益，T为卫星接收系统的噪声温度，单位为dB/K 。 ? 品质因数G/T是指接收天线增益与接收系统总的等效噪声温度之比；
? G/T反映了接收系统的质量； ? 表征了卫星对接收不同地理位置的信号的放大能力； ? G/T在链路预算中的主要作用是求上行载噪比； ? G/T和SFD反映卫星接收系统的性能，也就是与地面发射站有关； ? 地面站接收天线增益对接收系统噪声温度的比，也同样用G/T表示，其主要作用是求下行载噪比。 SFD SFD（单载波输入饱和通量密度）单位为dBW/ 。 ? 含义：为使卫星转发器处于单载波饱和状态工作，在其接收天线的单位有效面积上应输入的功率； ? 由于卫星覆盖区域不同，SFD表征了卫星对不同地理位置的信号接收的饱和程度，它也有与G/T基本相同的覆盖图； ? SFD在链路预算中的主要作用是求发射站的上行全向辐射功率，进而不断调配，计算得出发射站天线口径和功放大小； ? SFD的标称值不仅和衰减档有关，实际上还和G/T值有关。如无特别指明，SFD 值是指其在G/T=0dB/K时的值。 载波带宽 符号速率 前向纠错(FEC)编码率通常为：1/2、2/3、3/4、5/6和7/8； Reed-Solomon编码率常用：188/204，如无则RS=1； BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、32APSK及64QAM的调制因子分别为1、2、3、2.11.2 载波噪声带宽
卫星链路计算公式 天线的增益与波束宽度 有效全向辐射功率 自由空间传输损耗 转发器的工作点 噪声与损耗 1. 天线增益：G=收点收到的功率 无方向天线辐射时，接点收到的最大功率定向天线辐射时，接收 微波天线增益：G= ηλπ24A 半功率角：)(7021 度D λθ≈ 【半功率角是指主叶瓣上场强为主射方向场强的1/ 2= 0.707时（即 功率下降1/2时），两个方向间的夹角。】 2. 接收点的功率密度（单位面积上的功率）为：)/(422m W d G P W T T E π= 接收天线收到的功率： 22)4(4d G G P d A G P A W P R T T T T E R πλπηη==?=① f R T T R L G G P P = ② 【式②一般性地描述通信线路中信号的传输，称之为“通信距离方程”】 3.自由空间传输损耗： 2)4(c df L f π=时，式②与式①相等。此即自由空间传输损耗。 【物理解释 物理解释：由于电磁波在自由空间无方向性地辐射，使得只有少部分信号被接收点收到，而其他大部分无法被收到的能量即视为损耗。】 4.有效全向辐射功率：T T G P EIRP =
若考虑馈线损耗，则 F T T L G P EIRP = 【物理解释：在接收点进行测量时，将T P 功率送入增益为T G 、最大辐射方向指向接收点的发射天线时所测得的结果与将T P T G 功率送入无方向性发射天线时所测得的结果是相同的。】 4. 转发器的工作参数： 工作点： 输入补偿 输出补偿 多载波与单载波工作时的输出功率 1） 44ππ?=?===f ES f T T f R T T R L EIRP L G P A L G G P A P W 即 )/)(4lg(10][[EIRP][W]22ES m dBW L f λπ+-= 【为使卫星转发器单载波饱和工作，在其接收天线的单位有效面积上应输入的功率，一般以W 或SFD 表示】 2）G/T 值：接收天线增益与接收系统总的等效噪声温度的比值称为地球站的G/T 值，也称性能因数或品质因数。 5. 噪声与损耗 噪声与损耗 噪声、干扰 热噪声 互调噪声 共信道干扰 交叉极化噪声 邻星、邻站干扰 邻道干扰 1） 热噪声功率谱密度：)/(0Hz W KT n = 【k 为玻耳兹曼常数，1.38054× 10-23J/K ；T 为电阻R 的绝对温度】 总的输出噪声功率：n p n B KTG B f H KT df f H KT N ===?∞|)(||)(|020 等效噪声带宽：p n G df f H f H df f H B 202020|)(||)(||)(|??∞∞==
radar_wind 1、接收功率的计算 根据电波传播理论，通信链路中电波的自由空间衰减为： L＝(4πd/λ)2 (1) 其中λ为工作波长，在卫星通信中，d为卫星到接收站的距离： d＝35786×103×｛1＋0.42×［1－cos(φs－φe)cosθ］｝1/2或 d＝42146×103×［1.023－0.302cos(φs－φe)cosθ］1/2 式中φs为卫星星下点的经度，φe为地球站经度，θ为地球站纬度。 如果源点的发射功率为Pt，接收方向上发射天线的增益为Gt，接收天线的增益为Gr，下行链路的自由空间衰减为Ld，则接收到的功率为： Pr＝Pt×Gt×Gr/Ld用对数表示，则 ［Pr］＝［Pt］+[Gt]＋［Gr］－［Ld］(2) 在卫星通信中，Pt×Gt定义为等效全向辐射功率EIRP，该值由卫星公司提供，通常以等高线图或表格的形式提供给用户。并将大气闪烁损耗、天线指向误差和馈源极化调整误差对接收的影响归结为ΔLd（Ku波段上行或下行链路瞬间雨衰量可超过10dB，而C波段最大雨衰量一般不超过1dB），则公式(2)变为： ［Pr］＝［EIRP］＋［Gr］－［Ld］－*ΔLd+ (3) Gr=10lg［(πD/λ)2 η］确定，其中D为接收天线的直径（米），η为接收天线的效率，通常在50%～70%之间（偏馈天线为65%，前馈天线为55%）。 2、当采用SCPC方式使用一个转发器时（SCPC为单路单载波系统，即一路载波只含有一套节目，要传送多套节目就需要多个载波，其优点是可在不同的地点上星，适合上行站不在同一地点而需共用一个转发器的情况。MCPC多路单载波系统，即一路载波包含多套节目，优点是没有多载波谐波干扰，频带和功率利用率较高，适用于多路信号在同一地点上星），转发器的发射功率将在几个载波之间分配，如果这几个载波都是等幅的，则对每1路载波而言，其EIRP要考虑带宽因子： ［S］＝10lg(B/Br)其中B为整个转发器的带宽，Br则为某个已调载波占的带宽。如果1个星载转发器的带宽被n个载波均分，则带宽因子成为［S］＝10lgn。 此外，在多载波使用时，总功率是多个载波的功率之和，所以每个载波需要有一定数值的功率回退。功率回退的目的是减小互调产物对转发器甚至是对其它转发器的干扰。功率回退的值［OPBO］由卫星公司提供。 综合上述几个因素，某1路载波的EIRP为： ［EIRP］＝［EIRP］－［S］－［OPBO］ 接收天线接收到载波的功率为： ［Pr］＝［EIRP］－［S］－［OPBO］＋［Gr］－［Ld］－［ΔLd］(4) 3、接收站的噪声温度和下行链路的载温比 如果接收天线的噪声温度为Ta，高频头的噪声温度为TLNB，则接收站的系统噪声温度大致（忽略了馈线的噪声温度）为： T＝Ta＋TLNB测定了噪声温度（现在有很多高频头给出的是噪声系数F单位是db，那么噪声系数和噪声温度TLNB的换算公式是: TLNB=(10F/10-1)T0 ,T0是常温下的绝对温度2900K），就可以得到下行链路的载温比C/T： ［C/T］＝［Gr/T］＋［EIRP］－［Ld］－［ΔLd］(5) 通常将［Gr/T］称为地球站的品质因数，它是用来描述卫星接收信号能力的一个重要指标。当多个载波使用1个转发器时，某1路载波的载温比为： ［C/T］＝［Gr/T］＋［EIRP］－［S］－［OPBO］－［Ld］－［ΔLd］(6)
卫星链路通信系统与SIMULINK仿真（上行链路） 一、实验内容 题目1 题目内容：理解信源编码在数字通信系统中的作用，研究SCPC系统中PCM 编码方式。利用MATLAB/SIMULINK通信模块库提供的基本模块搭建、编写PCM信源编码/译码模块，完成语音信号的编码/译码过程。通过参数设置，完成基本的运行调试，得到相关的运行结果，验证仿真过程的正确性。 1.实现框图 图1 PCM信源编码 2.实验结果与分析
图2接收端PCM 译码与发送端结果显示 从图2我们可以看出，PCM 解调得到的信号和发送端信号是相同的频率，验证了PCM 调制的有效性和可靠性，但是解调得到的信号和原有信号相比出现了时延的情况，这也说明在通信过程中此类情况无避免。 题目2 题目内容：了解SCPC 系统中信号调制/解调的实现机制。利用MATLAB/SIMULINK 通信模块库提供的基本模块搭建、编写BPSK(QPSK)调制/解调模块，完成信号的调制/解调的过程，并输出调制/解调前后的星座图和频谱图。 1. 实现框图 图3信号调制/解调过程 2. 实验结果与分析 Transmit Filter1Transmit Filter Modulator Baseband Demodulator Baseband Generator Channel
图4发送地球站端QPSK调制后的星座图 图5接收解调信号星座图 从图4和图5中可以看出，信号经过调制解调并叠加噪声之后，接收信号的星座图出现了明显的抖动，出现了不同程度的相位模糊，在不同信噪比情况下，信噪比的值越大，星座图点的分布越集中，与发送端信号相比，误码率也越低，相反，信噪比越小，星座图点的分布越分散，误码率也越低。 题目3 题目内容：掌握SCPC系统中信道编码的实现过程，验证信道/译码在整个系统中的功能。利用MATLAB/SIMULINK通信模块库提供的基本模块搭建、编
Ku频断卫星通信链路设计 为了使两个地面站能够通过卫星数据链路进行无线通信，设计了一个Ku频段卫星通信系统系統，数据速率为512kbit/s～4.096Mbit/s，速率可调步长为1比特/秒。选择相对简单的Ku波段地面站设计方案。信道的本地振荡器是固定频率，调制解调器的中频范围是950～1450。地面站的组件，如调制解调器，低噪声放大器，上变频单元，下变频单元，选自成熟的商业货架产品，降低设计风险与成本。 1引言 卫星通信系统具有频带宽，容量大，性能稳定，成本与通信距离无关的优点。超短波通信距离约为300公里，而卫星通信系统距离可超过2，000公里。短波通信距离长，但传输速率低。因此，建议选择卫星通信系统模式进行远程宽带无线通信。卫星通信系统有许多工作波段的频率，包括UHF，S，C，Ku与Ka。目前，国内主流的卫星通信系统波段的频率是Ku波段的频率，我在Ku波段的频率的工程设计方面有丰富的经验。根据用户的地理位置与物质条件，制了Ku 波段卫星通信系统系统。 2.卫星资源的选择 在系统应用程序中，选择“中卫1号”卫星。该卫星有20个Ku波段转发器，预计将在轨道上运行超过15年。该卫星采用洛克希德马丁公司推出的21世纪商用通信卫星平台，具有模块化设计，高可靠性，高智能化，简单灵活的轨道测控操作，高功率，高接收灵敏度，支持多种通信服务。该卫星将为中国与南亚，西，东，中亚与东南亚提供波束覆盖。卫星的主要任务是确保国内邮电公共网络，主要公司的VSAT专用网络，广播与电视服务的通信，以及解决偏远地区的通信问题，并为邻国提供通信服务。 2.1面站卫星天线 对于卫星系统，在选择地面站卫星天线时应考虑以下因素：价格预算，安装系数与电气性能。综合考虑后，卫星天线的基本技术性能确定如下： （1）天线形式：2.4m抛物面天线； （2）传输频率：14.0～14.5ghz； （3）接收频率：12.25～12.75GHz； （4）传输增益：大于或等于48.5dbi； （5）获得收益：47.5dbi或更高；