航空机载卫星通信解决方案-卫星应用大会

天通一号卫星通信在民航领域中的应用分析文 | 赵文强 左晶 武瑞 张展 冯剑锋 蒋欣中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心摘要：针对我国自主建设的天通一号卫星移动通信系统在民航领域中的应用开展研究，从民航前舱卫星通信现状出发，分析了天通一号卫星在民航领域应用的可行性，进而介绍了天通一号卫星在民航领域的应用前景，并对天通一号卫星在民航中应用面临的问题进行了简单分析。

关键词：天通一号；卫星通信；民航；应用研究一、引言目前，我国民用客机中的卫星通信系统主要采用海事卫星或铱星卫星通信系统，不仅价格昂贵，而且通话和数据传输安全性没法做到自主可控。

随着我国移动卫星通信技术的发展，具有我国自主知识产权的卫星通信系统已初具规模。

2016年8月我国发射了首颗可以应用于民用航空的S频段卫星通信系统——天通一号[1]。

天通一号卫星移动通信系统，是中国自主研制建设的卫星移动通信系统，也是中国空间信息基础设施的重要组成部分，其通信性能与国际海事卫星SBB通信能力相当。

因此，针对天通卫星在民航中的应用研究具有重要的意义。

二、民航前舱卫星通信现状卫星通信在民用航空的应用主要划分为前舱（驾驶舱）通信和中后舱（客舱）通信。

前舱通信需要高度完整性和快速响应的安全通信，中后舱通信是为航空承运人提供通信服务，以及乘客公众通信服务[2]。

目前，卫星通信系统已经在航空领域中得到广泛应用，正在运行的、新引进的飞机以及生产线上的飞机均具备安装卫星通信的基本条件，国内外卫星通信服务商根据不同机型也提供了多样化的经过适航认证的机载通信产品，并根据航空用户要求制定适用解决方案。

目前，应用在民航领域的主流卫星通信系统包括铱星和国际海事卫星、Viasat等系统。

其中，铱星系统和国际海事卫星系统广泛应用于民航前舱安全通信领域，为飞机的空中交通服务、空中交通管理、应急通信、定位追踪等应用提供空地链路。

铱星的频率与我国北斗卫星系统的频率存在冲突，目前在国内仅装备少量飞机。

航空卫星通信服务与无人机通信技术的结合研究随着航空领域的不断发展，航空卫星通信服务和无人机通信技术成为了两个日益重要的领域。

航空卫星通信服务为飞行器提供了可靠的通信支持，而无人机通信技术则为无人机的控制、导航和数据传输提供了关键的支持。

本文将探讨航空卫星通信服务与无人机通信技术的结合研究，重点介绍其应用领域、优势和挑战，以及未来的发展方向。

航空卫星通信服务为飞行器提供了全球范围内的通信覆盖，可以实现对飞行器的实时监控和数据传输。

航空卫星通信服务的主要应用包括民航领域、军事领域和应急救援领域等。

在民航领域，航空卫星通信服务可以保障飞机与地面控制中心之间的通信，提高飞行安全性和通信可靠性。

在军事领域，航空卫星通信服务可以实现各类飞行器之间的通信互联，增强作战效能。

在应急救援领域，航空卫星通信服务可以提供远程监控和指挥支持，加强救援行动的协调和指挥。

然而，航空卫星通信服务在某些场景下存在一定的局限性，如高空、高纬度和临界地带等。

这些地区的通信信号受到大气层折射、电离层扰动等因素的影响，使得通信信号不稳定，甚至无法传输。

因此，无人机通信技术的引入为克服这种局限性提供了新的解决方案。

无人机通信技术在无人机的控制、导航和数据传输方面具有重要作用。

无人机可以配备通信设备，成为可移动的通信节点，扩展通信网络的覆盖范围。

无人机通信技术的应用领域涵盖了搜救、边境巡逻、农业监测、环境监测等。

在搜救方面，无人机可以在地面无人机与地面救援人员之间建立通信链路，提供救援行动的实时信息和指引。

在农业领域，无人机可以配备多种传感器，实时监测农田的土壤湿度、气温和作物生长情况，并通过通信技术将数据传输到农民的移动设备上，实现精准农业管理。

航空卫星通信服务与无人机通信技术的结合可以为航空领域带来诸多优势。

首先，航空卫星通信服务可以通过无人机作为通信节点，扩展通信网络的覆盖范围，实现与地面通信基站之间的无缝切换。

其次，无人机可以配备高性能的通信设备和传感器，提供高速数据传输和实时监测能力，满足航空领域对通信和数据传输的需求。

2022年 3月 March 2022Digital Technology &Application 第40卷 第3期Vol.40 No.3数字技术与应用96中图分类号:TN967.1 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2022)03-0096-03DOI:10.19695/12-1369.2022.03.31机载通信导航设备对机载北斗接收机干扰评估天津七一二通信广播股份有限公司 吕琳 吕自鹏 张建军 韩明北斗卫星导航接收机作为机载导航设备，可能受到其他机载电子设备信号的干扰，本文分析了若干机载通信导航设备及相应地面端对机载北斗接收机可能造成的干扰情况，并提出相应防护建议。

结果表明，所分析的机载电子设备存在干扰机载北斗接收机的可能性，但影响程度较小。

随着卫星导航技术的发展，空中交通管理系统逐渐从现有陆基导航转向星基导航，中国民航未来的主用导航系统将逐步过渡到以北斗系统为基础，兼容多导航星座的卫星导航系统[1]。

在飞机飞行过程中，尤其是近着陆阶段，干扰会对卫星导航的精度、完好性、连续性和可用性构成威胁，是影响飞机安全的重要因素。

北斗卫星导航接收机作为未来的机载导航设备，可能受到其他机载电子设备信号的干扰，对此，本文理论分析了若干机载通信导航设备及相应地面端对机载北斗接收机造成的干扰情况，并给出了一些干扰防护建议。

1 甚高频通信设备对机载北斗接收机的影响甚高频（Very High Frequency,VHF）航空移动服务波段（118.0MHz到136.975MHz）分为760个频道，每个频道间隔25kHz。

VHF通信是民航飞机与飞机之间，飞机与地面之间的主要通信方式。

对于大多数地面端和所有的机载发射器来说，国际民航组织（International Civil Aviation Organization, ICAO）规定最大有效全向辐射功率（Equivalent Isotropically Radiated Power, EIRP）为13dBW （20W）[2]。

CAAC航空公司运行控制卫星通信实施方案中国民用航空局航空公司运行控制卫星通信实施方案第一章总则1.1目的《航空公司运行控制卫星通信实施方案》是航空公司建设独立于空中交通管制通信系统之外的，用于运行控制语音通信系统的基准文件。

本方案为航空公司制定卫星通信实施计划和与其他相关技术的融合应用提供政策与标准指导。

它的目的是利用卫星通信系统，全面解决飞机与运行中心（AOC）之间的陆空语音通信联系问题，快速提升运行控制能力。

1.2依据（1）《航空器运行》（ICAO附件6）；（2）《大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则》（CCAR-121-R4）；（3）《航空承运人运行中心（AOC）政策与标准》（AC-121-FS-2011-004R1）。

1.3适用范围本方案适用于按照CCAR-121部实施国内、国际定期载客和使用飞行签派系统的补充运行航空承运人。

— 1 —对于使用飞行跟踪系统的CCAR-121部补充运行航空承运人，使用飞机定位系统的CCAR-135部和CCAR-91部航空公司，推荐按照本方案建立运行控制卫星通信能力。

1.4背景随着我国机队数量和航空运输量的快速增长，面对空域紧张、复杂运行以及由于天气和流量控制等不利因素造成的航班大面积延误等问题，航空公司的通信联系和监控问题极大影响了航空公司运行控制能力的提高，安全压力日益增大。

在飞行运行中，可靠、稳定和不间断的语音通信可以帮助飞行签派员及时将影响飞行安全的信息通知机组，协助机组安全飞行，有效避免一些由于判断失误、决策不及时发生的飞行事故。

与受限的高频、甚高频通信相比，卫星通信具有质量高、保密性强、干扰小、容量大、覆盖范围广和运行稳定等优点，是航空公司首选的运行控制通信手段。

卫星通信技术在国际上已日臻成熟，并被发达国家航空公司普遍用于飞机与运行控制之间的语音通信解决方案。

当今国际上普遍使用的卫星通信系统有：海事卫星系统（BGAN）、铱星卫星系统。

另外，我国基于甚小口径天线系统(VSAT）技术的Ku或Ka 卫星移动通信系统和现代移动地空宽带通信技术，在解决技术难点后转向为航空公司飞行运行提供服务。

卫星通信接入的解决方案引言概述卫星通信是一种重要的通信方式，可以实现远距离通信和广域覆盖，广泛应用于军事、航空、航海、电力、石油等领域。

然而，卫星通信接入存在一些挑战，如高成本、高延迟和复杂的技术要求。

因此，为了提高卫星通信的效率和可靠性，我们需要采取一些解决方案。

一、卫星通信接入解决方案1.1 低轨卫星通信接入低轨卫星通信接入是一种有效的解决方案。

低轨卫星通信系统可以降低信号传输的延迟，并且可以通过增加卫星数量来提高通信容量。

此外，低轨卫星通信系统还可以提供更低的成本，因为低轨卫星的制造和发射成本相对较低。

1.2 高通量卫星通信接入高通量卫星通信接入是另一种解决方案。

高通量卫星利用多波束技术和高频段传输数据，可以提供更高的通信容量和更低的延迟。

此外，高通量卫星通信系统还具有更好的覆盖范围和更强的抗干扰能力，可以提供更可靠的通信服务。

1.3 卫星与地面站的集成卫星与地面站的集成也是一种解决方案。

通过将卫星和地面站进行紧密的集成，可以实现更高效的通信管理和资源分配。

集成后的卫星通信系统可以更好地应对不同地区的通信需求，并提供更灵活的服务。

此外，卫星与地面站的集成还可以降低通信成本，并提高通信的可靠性和安全性。

二、卫星通信接入的优势2.1 广域覆盖卫星通信接入可以实现广域覆盖，可以满足远距离通信需求。

无论是在陆地、海洋还是空中，卫星通信都可以提供可靠的通信服务。

2.2 灵活性卫星通信接入具有很高的灵活性。

无论是在紧急情况下的临时通信还是长期通信需求，卫星通信都可以提供相应的解决方案。

此外，卫星通信还可以根据需求进行容量扩展，以满足不断增长的通信需求。

2.3 可靠性卫星通信接入具有很高的可靠性。

卫星通信系统可以通过冗余设计和自动切换机制来保证通信的连续性。

即使在自然灾害等极端情况下，卫星通信系统也可以提供稳定的通信服务。

三、卫星通信接入的应用领域3.1 军事领域卫星通信在军事领域有着广泛的应用。

军事通信需要满足远距离通信和机动性的要求，卫星通信可以提供可靠的通信服务，并且可以在战场环境中快速部署。

全面开启航天强国建设新征程创新提升卫星应用服务效能——两会代表委员为航天发展建言献策商业航天进入快速发展阶段。

2024年的政府工作报告首提商业航天，明确积极打造商业航天等新增长引擎，为中国商业航天发展再添动力。

全国人大代表、中国航天科技集团五院研制人员孙泽洲表示，政府工作报告中明确指出，积极打造生物制造、商业航天、新材料、低空经济等新的增长引擎，中国商业航天保持了快速的发展态势。

孙泽洲指出，要重视解决市场需求的开发培育，积极拓展布局应用服务领域，将航天产品服务与互联网等技术相结合，打造更多的应用场景和市场空间，鼓励竞争同时也要注意引导合作，应发挥各类机构和企业的优势，汇集社会创新资源、技术资源、人才资源和社会资本，强化各种优势力量的战略合作，共同打造繁荣的产业生态。

全国政协委员、中国航天科技集团五院510所党委书记、副所长王润福建议，推动构建商业航天发展模式下核心产品的设计、制造、试验评价及供应链一体化、智能化、集约化发展体系，快速形成产业化发展能力。

他认为，满足商业航天要求的卫星研制生产具有大批量、低成本、短周期的特点，需要从单星、多星甚至星座的角度一体化考虑卫星和产品的设计、制造、测试、试验等工作，既要突出功能化、模块化、智能化设计，又要统筹质量、成本和进度要求，构建全新的商业航天卫星产业化发展体系。

全国政协委员、中国航天科技集团五院党委原书记赵小津表示，应积极服务国家战略，在商业航天领域加大投入，规划好、谋划好、设计好发展战略，努力成为商业航天发展的主力军；应发挥引领带动作用，与民营企业等商业航天企业加强合作，同时发挥自身在基础设施、工程经验等方面优势，和其他行业、其他单位做好配套协同，共同推动商业航天发展。

全国人大代表王巍院士表示，应充分调动社会优质资源，共享发展机遇，积极服务国家战略，联合形成合作共赢的产业生态，加速突破高性价比商业卫星关键技术，推出通信、导航、遥感及综合性商业卫星产品，开发商业市场急需的高性价比火箭发动机，将商业航天培育发展成为新质生产力，推动我国航天事业全面发展。

Industry Observation产业观察DCW1 研究背景目前，通航直升机的通信手段往往是短波和超短波电台。

在应急搜救实际应用中，其通信能力上存在两方面的不足[1]：一是通信条件的局限，二是系统带宽的局限。

这两方面的局限，使得直升机在处理应急事件时的应用效能受到极大的限制。

采用机载宽带卫星通信系统，通过同步卫星建立前方直升机平台与后方基地的宽带通信链路，既可以克服超短波系统通信距离受限问题，实现不受地域条件及距离限制的通信，又可实现图像、话音和数据等综合信息的宽带传输，从而可支持搜索救援过程中多维信息的获取和全程可视化指挥。

直升机载卫星通信技术已成为直升机通信系统的重要发展趋势之一，有着广阔的应用前景。

2 国内外状况日本和美国是开展直升机卫星通信应用最早的两个国家[2]。

2004年，日本 NICT公司成功研发出世界上第一个直升机机载卫星通信系统，其工作频段为Ku频段，前向链路有效数据的传输速率为64 kb/s，返向采用磁传感器检测遮挡的同步突发传输方式，有效数据传输速率为384 kb/s，为提高接收可靠性，直升机身两侧需要各安装一个相控阵天线。

美国早期将研发的卫星通信系统应用在阿帕奇直升机上，同样采用在机身两侧各安装一个机载卫通天线的方式保证通信链路的可靠性。

到了 2009年，ViaSat公司研发出用于直升机的宽带卫星通信产品VMT1200HE，该套设备使用了Ku频段小型赋形反射面天线（EIRP=44 dBW，G/T＝11.2 dB/K），天线等舱外设备的总重量 36 kg。

并将其应用在美国黑鹰直升机上，其天线安装于黑鹰直升机机身与尾梁的结合部，工作频段同样为 Ku频段，前向链路采用双重时间分集的方式发送，有效数据速率可达 5 Mb/s；返向链路采用突发传输的方式，有效数据速率为 325 kb/s，提供了IP话音和数据业务。

除了美、日两国，以色列在 AH-64D-1长弓阿帕奇武装直升机上，安装了以色列飞机工业公司的 EL/K-1891宽频卫星通信系统，如图2所示。

开启中国民航卫星宽带上网的序幕--专访中国电信集团卫星通信公司市场部总经理齐炳辉俞盈帆【摘要】2014年7月，中国电信与东方航空联手打造的中国大陆首个卫星宽带空地互联商业测试航班圆满完成上海往返北京的飞行任务，开启了空中互联网业务向民航旅客开放服务的序幕。

未来中国电信还将携手更多的航空公司和其他合作伙伴，为用户提供更好的机载通信服务。

<br> 对于这个中国民航发展历程中的新生事物，民航客机宽带上网在整个通信基础设施中的地位是什么，技术上是如何实现的，有哪些政策和技术上的必要条件，发展前景如何？为此，本刊记者采访了中国电信集团卫星通信公司市场部总经理齐炳辉。

【期刊名称】《卫星应用》【年(卷),期】2014(000)009【总页数】3页(P60-62)【作者】俞盈帆【作者单位】【正文语种】中文2014年7月，中国电信与东方航空联手打造的中国大陆首个卫星宽带空地互联商业测试航班圆满完成上海往返北京的飞行任务，开启了空中互联网业务向民航旅客开放服务的序幕。

未来中国电信还将携手更多的航空公司和其他合作伙伴，为用户提供更好的机载通信服务。

对于这个中国民航发展历程中的新生事物，民航客机宽带上网在整个通信基础设施中的地位是什么，技术上是如何实现的，有哪些政策和技术上的必要条件，发展前景如何？为此，本刊记者采访了中国电信集团卫星通信公司市场部总经理齐炳辉。

齐炳辉首先介绍了客机宽带上网的基本理念与系统组成。

他介绍说，随着当今通信技术的发展，人们已经越来越接近于任何时候、任何地方都能通信的无缝网络覆盖时代。

但民航客机的后舱（乘员舱）可能是最后的通信孤岛，虽然很多航班上都有国际移动卫星电话服务，但通话费用高昂，乘客如果没有非常紧急的情况是不会去使用的。

而客机宽带上网的出现则消除了这个通信孤岛，把后舱乘客也纳入了互联网之中。

基于卫星的民航机载通信方案即利用卫星通信系统，在民航飞机上安装专用机载卫星天线和卫星终端，通过卫星与卫星主站建立通信链路；同时在机舱内实现无线（WiFi）等覆盖，为机上乘客提供互联网接入等业务服务。

国外高通量卫星（HTS）在机载通信中的应用薛培元【期刊名称】《卫星应用》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】4页(P15-18)【作者】薛培元【作者单位】北京空间科技信息研究所【正文语种】中文坐过飞机的人都知道，在大多数航班上，上飞机后的一件大事，就是要关闭手机、iPad等移动电子设备，原因是防止对飞机的飞行造成信号干扰，确保飞行安全。

即使你平日的工作、学习和生活离不开互联网，这个时候也只能回到没有网络的时代。

但在遵守飞行规定的同时，忍受数小时甚至十几小时的“与世隔绝”，实在是不好受的事情。

对于习惯了随时随地连接互联网的乘客来说，如此长时间的“不连接”是一种煎熬。

如何消除飞行途中的“信息孤岛”，是航空服务业长期以来一直在努力解决的问题。

本文所称的机载通信，是指航空器对地面的通信，包括前舱通信和后舱通信。

前舱通信属于安全业务通信。

对于前舱通信，各航空公司都有较为成熟的手段，确保飞机飞行中通信的及时畅通。

后舱通信主要是指乘客通过卫星或地面基站方式，接入互联网或与地面人员进行话音等通信，一般称之为“航空客舱通信娱乐”（In-Flight Entertainment and Connectivity，IFEC）。

随着3G及4G手机、平板电脑等移动电子设备的普及，航空客舱宽带业务需求呈显著增长态势，对航空公司的通信服务提出了更高的要求。

机载通信为卫星应用提供了重要的市场机遇。

有数据统计，目前全球有超过3000架次的航班可以为乘客提供基本的IFEC服务，其中一半是通过卫星技术来是实现的。

据北方天空研究公司（NSR）的分析数据，未来10年机载卫星通信市场会有稳步发展。

预计到2024年，全球机载卫星通信市场规模将从2014年的47500单元（units）增长到95500单元，零售业销售收入将达到32亿美元。

欧洲咨询公司（Euroconsult）2014年发布的《航空客舱通信娱乐服务展望》（Prospects for In-flight Entertainment and Connectivity）的报告，勾画出了一个令人鼓舞的情景。

通信技术在航空航天领域的应用随着科技的不断发展和进步，通信技术在各行各业中发挥着重要的作用，航空航天领域也不例外。

通信技术的应用在航空航天领域带来了巨大的进步和改变，从飞机通信系统到航天卫星通信网络，不仅提高了空中通信的可靠性和效率，也为航空航天工程的实施和管理提供了更多便利。

一、航空通信系统的应用1. 无线电通信系统无线电通信系统是航空通信中最为常见的一种方式。

通过无线电通信系统，机组人员可以与地面的空中交通管制中心、机场调度员等进行实时的语音交流。

而且，无线电通信系统也能够实现机组人员之间的互联互通，保证了空中通信的及时性和准确性。

2. 卫星通信系统卫星通信系统在航空通信中也起到了重要的作用。

通过卫星通信系统，飞机能够实现全球范围内的通信。

无论飞机位于海洋、高山等地区，只要有卫星信号的覆盖，飞机与地面的通信都能够进行。

卫星通信系统的使用不仅提高了通信的灵活性，也增加了通信的稳定性。

二、航天通信网络的建设与应用1. 航天数据传输在航天领域，通信技术的应用主要用于传输航天器的数据。

航天器实时地将各种仪器所测得的数据传送回地面，通过通信技术将这些数据进行传输和处理，使地面指挥中心能够实时地掌握航天器的状态和飞行情况，从而对航天器进行有效的控制和调整。

2. 空间通信网络航天通信网络是指通过航天卫星建立的用于空间通信的网络。

该网络能够实现地面、航天器和空间站之间的互联互通，充分发挥通信技术在航天领域的作用。

这种通信网络不仅能够提供语音和数据传输，也能够支持高清视频传输和实时图像监控。

它为航天员与地面工作人员之间的通信提供了更为便捷和高效的方式。

三、通信技术在航空航天领域的意义1. 提高了通信效率使用通信技术能够大大提高航空航天领域的通信效率。

无论是地面与空中的通信，还是航天器与地面指挥中心之间的通信，通过通信技术的应用，能够实现实时交流，准确传递信息，提高信息的及时性和准确性。

2. 增强了安全保障通信技术的应用也增强了航空航天领域的安全保障能力。

一、产品1 综合业务VSAT卫星通信系统1.1 概述综合业务VSAT通信系统是由卫星、地球站和网控中心构成的卫星通信系统，可支持话音、数据和传真等业务，系统可工作在L、C和Ku频段。

VSAT系统地球站组成主要包括：天线、射频设备、信道设备和终端设备。

1.2 天线VSAT地球站天线包括动中通、静中通天线和便携式天线等系列天线。

1.2.1 车载动中通天线采用悬浮隔离三轴稳定技术设计，具有自动对星、跟踪功能，能够存储多颗卫星参数，可设置成自动跟踪、半自动跟踪和手动跟踪等多种工作模式。

主要技术指标：a) 工作频段：Ku；b) 天线口径：0.6米、1米，1.2米；c) 天线增益：1) 0.6米：收35.6dBi，发36.6dBi；2) 1米：收40.0dBi，发41.2dBi；d) 极化方式：线极化（自动调整）；；无极限，俯仰15～75e) 跟踪范围：方位360f) 初始开通时间：≤4min；g) 目标丢失3分钟以内的再捕获时间：≤1s；h) 馈源接口：WR-75。

1.2.2 车载静中通天线具有自动对星、跟踪功能，能够存储多颗卫星参数，可设置成自动跟踪、半自动跟踪和手动跟踪等多种工作模式。

主要技术指标：a) 工作频段：Ku；b) 天线口径：1.2米、1.8米、2.4米；c) 天线增益：1) 1.2米：收42.1dBi，发43.2dBi；2) 1.8米：收45.6dBi，发46.7dBi；3) 2.4米：收48.1dBi，发49.2dBi；d) 极化方式：线极化（自动调整）；e) 跟踪范围：方位：±180°，俯仰：10°～85°。

；f) 初始开通时间：≤10min；g) 馈源接口：WR-75。

1.2.3 便携式天线采用2~4片拼装式结构，电子罗盘和液晶显示辅助手动对星方式，具有：体积小、重量轻，便于携带，辅助对星手段使得对星操作快捷方便。

主要技术指标如下：a) 工作频段：Ku；b) 天线口径：0.5米、0.9米；c) 天线增益：1) 0.5米：收34.5dBi，发35.6dBi；2) 0.9米：收39.6dBi，发40.7dBi；d) 极化方式：线极化；无极限，俯仰：10°～85°。

第7期2023年4月无线互联科技Wireless Internet TechnologyNo.7April,2023作者简介:高清清(1983 ),男,河北沧州人,工程师,本科;研究方向:无人机卫星通信系统㊂卫星通信在无人机上的应用高清清(中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄050081)摘要:文章针对卫星通信在无人机应用中所面临的挑战和需求,提出了一系列解决方案并进行了深入分析㊂首先,分析了无人机通信需求和卫星通信在无人机通信中所遇到的问题;其次,提出了针对这些问题的解决方案;最后,展望了未来发展趋势㊂关键词:卫星通信;无人机;低轨卫星;高性能天线;安全通信中图分类号:TN927㊀㊀文献标志码:A0㊀引言㊀㊀随着科学技术的迅速发展,无人机在诸多领域如农业㊁物流㊁环境监测等方面发挥着越来越重要的作用㊂在遥感㊁物流配送㊁紧急救援等应用场景中,实时㊁稳定和高效的通信连接已成为无人机技术发展的关键㊂在这一背景下,卫星通信作为一种具有覆盖广泛㊁可靠性高㊁数据传输速率高等优点的通信方式,越来越受到关注㊂然而,卫星通信在无人机上的应用还面临着诸多挑战,如信号传输时延㊁信号干扰与阻塞㊁系统成本与复杂性以及安全与隐私问题等㊂1㊀卫星通信在无人机上的应用问题1.1㊀无人机通信需求分析㊀㊀随着无人机应用的不断拓展,无人机通信需求越来越多样化㊂其中,实时性㊁安全性㊁覆盖范围广和抗干扰性高是无人机通信的四大基本需求㊂(1)实时性是无人机通信的关键需求之一㊂无人机执行任务过程中,需要及时㊁稳定地传输遥测㊁遥控数据和高清图像等信息,以保障任务的稳定性和可靠性㊂因此,通信链路需要具备高速传输和实时传输的能力,确保数据及时到达目标地点㊂(2)安全性是无人机通信不可忽视的需求之一㊂无人机通信链路需要具备较高的安全性,避免敌方或恶意攻击者窃取或篡改通信数据,确保机密信息不被泄露㊂因此,通信系统需要具备良好的加密和认证机制,以确保通信的安全性㊂(3)无人机通信链路还需要具备较大的覆盖范围㊂在执行任务时,无人机可能需要覆盖较大的地理区域,因此通信系统需要具备足够的覆盖范围,以满足长距离㊁大范围的通信需求[1]㊂(4)抗干扰性也是无人机通信的重要需求之一㊂无人机通信链路需要具备良好的抗干扰性能,以应对复杂电磁环境中的各种干扰源,确保通信质量㊂因此,通信系统需要具备良好的抗干扰设计和信号处理能力㊂1.2㊀卫星通信在无人机通信中的挑战㊀㊀首先,由于卫星通信链路的距离较远,无人机通信中信号传输时延成为不可避免的问题㊂对于执行实时任务的无人机来说,时延可能会影响任务的稳定性和可靠性㊂其次,卫星通信容易受到地球大气㊁地形等因素的影响,信号干扰和阻塞问题也成为无人机通信中的挑战㊂这可能导致通信链路的不稳定,影响通信质量㊂此外,卫星通信系统的建设和维护成本较高,需要大量的投入㊂同时,卫星通信系统的技术复杂性也较高,增加了无人机搭载和操作的难度㊂最后,卫星通信系统还可能面临安全和隐私方面的挑战㊂敌方或恶意攻击者可能利用卫星通信链路进行窃听㊁干扰或篡改数据,危及无人机任务的安全㊂2㊀卫星通信在无人机上的应用问题分析2.1㊀信号传输时延㊀㊀由于卫星通信链路距离较远,信号需要在地面站㊁卫星和无人机之间进行传输,导致信号传播时间增加,从而产生时延问题㊂信号传输时延会对无人机通信产生重要影响,主要表现在实时性和控制性两个方面㊂实时任务需要保证及时性,但时延可能导致任务的稳定性和可靠性受到影响,降低了无人机的完成效果㊂同时,时延也会导致无人机响应指令速度变慢,影响任务执行效率㊂因此,研究如何解决信号传输时延问题对于提高无人机通信性能具有重要意义㊂2.2㊀信号干扰与阻塞㊀㊀信号干扰与阻塞主要来源于以下几个方面:(1)大气影响㊂地球大气会对卫星信号产生衰减㊁散射等影响,导致信号传输质量降低㊂特别是在恶劣天气条件下,如雨㊁雪㊁雾等,信号衰减现象更加严重㊂(2)地形阻挡㊂当无人机执行任务时,地形起伏可能对卫星信号产生阻挡作用,导致信号传输中断㊂如山区㊁峡谷等地形复杂地区,信号干扰和阻塞问题尤为突出㊂(3)人为干扰㊂在复杂的电磁环境中,卫星通信信号容易受到其他通信系统㊁雷达系统等设备的干扰㊂此外,敌方或恶意攻击者可能通过干扰设备,对卫星通信信号进行主动干扰,影响无人机的任务执行㊂2.3㊀系统成本与复杂性㊀㊀系统成本与复杂性主要来源包括地球大气㊁地形阻挡和人为干扰等方面㊂地球大气对卫星信号产生的衰减㊁散射等影响,可能导致信号传输质量降低,特别是在恶劣天气条件下㊂地形复杂的区域(如山区㊁峡谷)可能会对卫星信号产生阻挡作用,导致信号传输中断㊂此外,在复杂的电磁环境中,卫星通信信号容易受到其他通信系统㊁雷达系统等设备的干扰㊂敌方或恶意攻击者也可能通过干扰设备,对卫星通信信号进行主动干扰,影响无人机的任务执行㊂因此,研究如何解决信号干扰与阻塞问题对于提高无人机通信质量具有重要意义㊂2.4㊀安全与隐私问题㊀㊀信号窃听㊁信号干扰㊁数据篡改和隐私保护都是卫星通信面临的安全和隐私挑战㊂其中,信号窃听和数据篡改会导致敏感信息的泄露和任务执行错误,对执行军事任务或涉及敏感数据的无人机应用尤为重要㊂信号干扰也可能使无人机通信链路中断,影响任务执行㊂在民用无人机领域,隐私保护也是需要考虑的问题㊂因此,卫星通信系统需要采取有效的安全机制和隐私保护措施,以确保无人机通信的安全性和隐私性㊂3　卫星通信在无人机上的应用解决方案3.1㊀解决方案提出3.1.1㊀低轨卫星通信系统㊀㊀低轨卫星通信系统是应对卫星通信在无人机通信中面临的时延㊁干扰和阻塞等问题的一种解决方案㊂相比传统的地球同步轨道卫星,低轨卫星通信系统具有时延降低㊁干扰与阻塞减轻等优势㊂低轨卫星的高度较低,信号传输路径较短,因此信号传输时延相对较低,有助于提高无人机通信的实时性和控制性㊂同时,低轨卫星较高轨道卫星更靠近地球表面,大气对信号的影响较小,能够减轻信号干扰与阻塞问题,提高通信的稳定性和可靠性[2]㊂3.1.2㊀高性能天线技术㊀㊀高性能天线技术是卫星通信在无人机通信中的一个关键技术㊂它具有增益提高㊁小型化与轻量化㊁抗干扰性能强等特点㊂通过采用先进的设计和材料,高性能天线可以实现小型化和轻量化,有助于降低无人机的搭载负担,提高搭载卫星通信系统的可行性㊂在复杂的电磁环境中,高性能天线具有较强的抗干扰能力,可以保持通信链路的稳定性,对于无人机在执行任务时应对各种干扰源具有重要意义㊂此外,高性能天线具有更高的增益,可以提高信号接收质量,从而降低信号传输中的丢包率和误码率,提高通信质量[3]㊂3.1.3㊀动态频谱分配与接入策略㊀㊀动态频谱分配与接入策略是针对卫星通信在无人机应用中的信号干扰与阻塞问题提出的一种解决方案㊂该策略可以实时监测信号质量和干扰情况,动态地调整无人机卫星通信的频率分配和信道接入策略,以适应复杂电磁环境的变化㊂通过实现卫星通信频谱资源的最优利用,降低信号干扰的概率,提高通信质量㊂动态频谱分配与接入策略可以有效提高无人机卫星通信的频谱利用率和抗干扰能力,对于实现无人机高效可靠通信具有重要意义㊂3.1.4㊀安全通信机制㊀㊀在无人机应用的安全和隐私方面,安全通信机制是一种有效的解决方案㊂安全通信机制可以确保无人机卫星通信链路的安全性和隐私性,主要包括加密算法㊁身份认证㊁抗干扰技术和隐私保护等方面㊂通过加密算法和身份认证机制,可以防止信号窃听和数据泄露,确保通信链路只能由授权的用户和设备访问㊂同时,采用抗干扰技术和隐私保护技术,可以提高卫星通信链路的稳定性和安全性,保护用户的隐私数据㊂安全通信机制在无人机应用中具有重要意义,有助于提高无人机通信的安全性和可靠性㊂3.2㊀方案分析与实施3.2.1㊀低轨卫星通信系统性能评估㊀㊀为验证低轨卫星通信系统在无人机应用中的性能优势,需要对其性能进行评估㊂其中,时延分析是评估低轨卫星通信系统性能的重要方面,通过对比低轨卫星通信系统与传统地球同步轨道卫星通信系统的信号传输时延,验证低轨卫星通信系统在降低时延方面的优势㊂此外,抗干扰能力评估也是低轨卫星通信系统性能评估的重要方面,通过实验测试和仿真分析,评估低轨卫星通信系统在不同干扰环境下的性能表现,验证其抗干扰能力㊂性能评估结果可以为低轨卫星通信系统在无人机通信应用中的使用提供可靠性和实用性的支持㊂3.2.2㊀高性能天线技术应用㊀㊀为了确保高性能天线技术在无人机卫星通信中的有效应用,需要对其进行实际测试和应用验证㊂这包括对高性能天线的性能进行实验室测试和现场试验,以验证其在无人机卫星通信中的优越性㊂同时,还需要将高性能天线集成到无人机平台上,对其在不同应用场景下的通信性能进行实际测试,以验证其在无人机卫星通信中的实际应用价值㊂这些测试和验证将确保高性能天线技术能够提高无人机卫星通信的性能和可靠性,满足实际应用需求㊂3.2.3㊀动态频谱分配与接入策略的有效性验证㊀㊀为了确保高性能天线技术在无人机卫星通信中的有效应用,需要进行实际测试和应用验证㊂测试包括实验室和现场试验,评估高性能天线的增益㊁指向性和抗干扰能力等性能指标,以验证其在无人机卫星通信中的优越性㊂此外,需要将高性能天线集成到无人机平台上,进行不同应用场景下的通信性能测试,以验证其在无人机卫星通信中的实际应用价值㊂这些测试和验证有助于促进高性能天线技术在无人机卫星通信领域的广泛应用㊂4㊀卫星通信无人机技术的发展现状与未来趋势4.1㊀卫星通信无人机技术的发展现状㊀㊀目前,国内外已有多个卫星通信无人机技术研究项目,如欧盟的H2020项目㊁美国的无人机卫星通信项目等㊂这些项目的主要目标是研究如何在无人机中应用卫星通信技术,以实现长距离㊁高速率㊁大容量的数据传输和实时视频传输,同时提高无人机的操作效率和安全性㊂在国内,卫星通信无人机技术的研究也已经取得了一定进展㊂例如,中国科学院自动化研究所在2019年成功研制出了首个中国自主研发的卫星通信无人机系统 空天一体化智能探测与制导 系统㊂该系统能够实现高速率㊁大容量的数据传输和实时视频传输,能够自主规划㊁控制飞行路径,实现远程遥控操作㊂4.2㊀提高通信速率和可靠性的技术应用㊀㊀在提高通信速率和带宽方面,可以采用多信道和波束赋形等技术,通过增加频率和信道数来实现数据传输速率的提升㊂同时,利用高通量卫星和光通信等技术也可以扩展通信带宽,进一步提高数据传输效率㊂这些技术的应用可以使卫星通信无人机系统支持更高效的数据传输,更好地满足应用场景下的需求㊂为了提高卫星通信无人机系统的通信质量和可靠性,可以采用自适应调制和编码等技术,以及利用卫星多址技术和分布式空地网络等方式提高系统的容错性和可靠性㊂此外,还可以利用高性能天线㊁滤波器㊁功率放大器等技术提高信号的接收和传输质量,减少信号衰减和干扰㊂这些技术的应用可以使卫星通信无人机系统更加稳定和安全地传输数据[4]㊂5㊀结语㊀㊀本文针对卫星通信在无人机应用中所面临的挑战和需求,提出了一系列解决方案并进行了深入分析㊂针对无人机通信需求和卫星通信在无人机通信中所遇到的问题,本文提出了低轨卫星通信系统㊁高性能天线技术㊁动态频谱分配与接入策略以及安全通信机制等解决方案,并对这些方案进行了分析与实施㊂总之,卫星通信在无人机应用中具有重要的应用价值,能够为无人机的高效㊁安全运行提供关键支持㊂随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展,卫星通信与无人机技术将会更加紧密地结合在一起,为未来的无人机应用带来更加广阔的发展空间㊂参考文献[1]蒋红.卫星通信在无人机领域的应用[J].电信科学,2017(2):76-81.[2]高琪,杨鹏飞.低轨卫星通信系统在无人机领域的应用[J].电信科学,2018(2):65-70.[3]刘嘉,李萍.高性能天线技术在无人机卫星通信中的应用[J].现代通信技术,2019(8):58-62. [4]孙丹丹,刘丽丽.卫星通信无人机技术的研究现状与发展趋势[J].电子通信学报,2019(2):43-47.(编辑㊀姚㊀鑫)Application of satellite communication in UAVGao QingqingThe54th Research Institute of CETC Shijiazhuang050081 ChinaAbstract Aiming at the challenges and demands of satellite communication in UAV application this paper proposes a series of solutions and makes an in-depth analysis.Firstly this paper analyzes the requirements of UAV communication and the problems of satellite communication in UAV communication.Secondly this paper puts forward some solutions to these problems.Finally the future development trend is forecasted.Key words satellite communication drones low-orbit satellite high performance antenna secure communication。