动中通关键技术及性能测试
国内动中通系统技术介绍
国内动中通天线自跟踪技术介绍1 动中通卫星通信系统的组成 (1)2 动中通天线跟踪方式介绍 (2)2.1 精确指向跟踪系统 (2)2.2 单脉冲自动跟踪方式 (3)2.3 混合跟踪方式（差分GPS） (3)3 动中通惯导比较 (4)1 动中通卫星通信系统的组成动中通卫星通信系统主要由天线自动跟踪系统和常规卫星通信系统两大部分组成，其中天线自动跟踪系统是关键技术。
2 动中通天线跟踪方式介绍目前，国内动中通系统天线自动跟踪系统有三大类：1精确指向跟踪系统；2单脉冲自动跟踪系统；3混合跟踪系统（差分GPS），这几种方式根据其技术特点，应用范围有所不同，分别介绍如下：2.1 精确指向跟踪系统精确指向跟踪方式根据车辆运动过程中位置（经度、纬度、高度）及姿态（航向角、俯仰角及横滚角）等参数，计算出天线指向卫星的方位角，俯仰角和极化角。
该系统要求陀螺惯导系统精度高，稳定性好（不漂移），但不能解决卫星定点位置的漂移问题，因而此种方式的优点是不需要捕获引导，可实现盲対星，不怕遮挡（但卫星通信本身还是怕遮挡的）。
但缺点是高性能高稳定度陀螺惯导（法国进口光纤惯导）价格昂贵，而且不能解决卫星定点位置的飘移，因而跟踪精度稍低。
经过国内相关机构多次调研和实际测试，在相同精度的陀螺设备中，激光陀螺比光纤陀螺的漂移累计周期短，一年内需进行多次相校。
进口光纤陀螺稳定周期长，漂移累积小，一般选用OCTANS法国高精度光纤陀螺惯性导航系统作为该跟踪系统的测姿部件。
相关指标如下：2.2 单脉冲自动跟踪方式单脉冲自动跟踪方式是跟踪卫星的信标，其主要的技术特点是利用单脉冲精密跟踪技术，实现卫星通信天线在移动载体上对卫星的精密跟踪。
因而主要的优点是跟踪精度高，不怕卫星漂移(由于受太阳和月亮引力的影响，静止卫星会在一个与地球赤道平台夹角不断变化的倾斜轨道上运行。
假设卫星轨道的东西位置保持不变，则从地球显道表面观察卫星的日漂移轨迹是一个对称于同步静止卫星轨道位置的“8”字形)。
0.6米动中通天线技术指标东方红卫星
0.6米Ku波段低高度动中通天线1.概述DGTX-600D型0.6米Ku波段动中通卫星通信天线是针对应急移动宽带通信需求，严格按军标标准开发的高性能、低高度的动中通卫星通信天线，天线的低轮廓特性很好地解决了运动载体对天线安装高度的严格限制。
天线系统采用三轴陀螺惯导跟踪与卫星信标跟踪相结合的混合跟踪方式，具有抗颠簸能力强、遮挡恢复快、跟踪精度高的优点，最大支持4MHz通信带宽(跟使用卫星有关)，天线适用于国内、外全部Ku波段的通信卫星。
2.产品照片3.技术指标4.1电性能指标●工作频率发射14～14.5GHz接收12.25～12.75GHz●天线增益发射（14.25GHz）≥ 36.5dBi接收（12.5GHz）≥ 34.7dBi（20°仰角）上行馈线损耗≤0.6dB天线罩损耗≤0.4dB●G/T值≥ 12.4（12.5 GHz） dB/K（天线仰角≥20°，晴空，LNA噪声温度80°K）●极化方式线极化，收发正交●极化角可调范围≥180°●电压驻波比（VSWR）：≤1.35●交叉极化隔离度≥30dB●收、发端口隔离度≥85dB●旁瓣特性第一旁瓣≤ -14 dBi（方位）远旁瓣满足国际电联CCIR-580-4标准●功率容量≥100W●馈源接口收发接口均为BJ-120（WR75）4.2机械性能●天线运动范围方位：360°无限俯仰：20°～75°●天线运动速度、加速度方位：速度≥100°/s ，加速度≥400°/s2俯仰：速度≥100°/s ，加速度≥400°/s2●汽车最大运动速度≤120Km/h●驱动方式电动●极化调整方式自动极化跟踪●天线高度（含天线罩）：275mm●占用车顶面积：212501250mm●天线控制器采用19英寸标准机箱，高度1U●天线总重量: 不大于75Kg4.3天控系统性能●跟踪方式自动跟踪●跟踪精度0.2°●天线静态初始对星时间：小于2分钟●天线运动中初始对星时间：小于2分钟●遮挡再捕获时间：小于3秒（目标遮挡20分钟内）4.4天线控制的主要功能●自动采集载体所处位置的经度、纬度和载体的方向，显示天线的方位角、俯仰角；●能够存储5颗以上卫星的星位参数；●定位采用GPS、北斗二代双模式；●能够根据输入的数据，自动控制天线对准卫星；●具有记忆功能，掉电保护功能；●具有自检功能。
动中通培训资料
3 新型动中通：新品研发
与Starling合作研发有源阵列动中通 天线，该系统采用宽带天线单元， 多天线子阵合成技术，极化自动实 时跟踪，代表了合成天线的最高水 平。目前正在联合研制针对中国市 场需求的新型通信天线。
3 新型动中通
随着市场需求多元化发展， 低抛动中通和平板动中通已成为当 前世界“动中通”发展的主要方向 ，特别是高空载体和小型化车辆的 安装，对动中通的高度、重量、功 耗提出了严格的要求，传统的抛物 面天线已不能满足市场的需求， 但是，国内在这里领域的研究还处 于论证和样机的试验阶段，还没有 成熟的产品问世。
2 动中通技术
信标极值跟踪
原理
闭环跟踪，先在电子罗盘和GPS引导下使天线基本对准目标卫星， 此时利用天线接收的信标信号进行扫描，使天线对准卫星；当载 体运动时，利用专家库和超前控制等技术进行跟踪，在低成本下 实现高精度跟踪
特点
1、闭环跟踪，跟踪精度相对较高； 2、无高成本的惯导和单脉冲跟踪接收机，成本相对较低； 3、控制比较复杂。
3 新型动中通：国外产品
美国TracStar公司产品 IMVS450M型天线
IMVS450M天线为柱面 天线，其高度为30cm，直 径为1.2m，重75kg，属中 等轮廓天线系统 ，等效口 径为0.45m，采用INS惯导 模块、GPS和AGC电平进 行跟踪。
3 新型动中通：国外产品
以色列Starling公司MiJET型天线
跟踪技术：惯导（激光或光纤陀螺）跟踪
原理 开环跟踪，利用激光或光纤陀螺得到天线载体的精确姿态，从而控制天 线准确对准卫星，对惯导系统的精度要求很高。 特点
1、国外同精度激光和光纤陀螺价格相当，光纤陀螺制作工艺相对简单，低 温、 抗冲击性能好，飞船和卫星上基本用光纤陀螺。 2、国内激光陀螺已定型小批量生产，光纤陀螺还没生产出来。因为禁运， 所以国内激光陀螺一般用俄罗斯90年代初技术的中低精度陀螺来组合，需 GPS辅助，且可靠性低，但价格较低，约为30~40万左右。 3、进口光纤陀螺组合平均无故障时间是国产的6-10倍。 4、现有技术下国产激光陀螺的高压电源和密封性（内充惰性气体）比较差。
动中通天线(80W)
动中通天线美国TracStar公司的宽带双向卫星通信系统天线系列产品——IMVS450M柱面反射器天线系统，突破了低轮廓相控阵天线系统的限制。
是专为运动中的车载VSAT卫星通信系统而设计的中等轮廓、宽带、高码速率卫星通信天线产品。
创新的天线系统自动展开技术，自动搜索、捕获指定的卫星信号，容许非专业人员在改良或非改良的公路上操作移动VSAT卫星通信天线。
存取宽带卫星通信信息。
在车辆运动过程中，可通过自动控制方位、仰角和极化角，自动跟踪保持精确的指向效果。
系统特点：∙系统最大特点是满足宽带卫星通信需要。
上行数据传输速率可大于2Mbps.天线效率和增益高，G/T值高达11dB；∙系统高度只有30cm；∙单键操作自动捕获卫星，无需手动对星；∙可配置世界范围的Ku波段卫星；∙可与任何卫星MODEM互联；∙跟踪车速大于95mph(150Km/h)；∙无需专用天线校准测试设备；∙无需计算机或外部设备去操作天线；∙无需电话呼叫网络操作手或服务；∙无需标校。
系统部件（1）天线IMVS450M天线系统包括柱面反射器、极化调节器、无源RF部件和天线罩组成。
（2）远程位置调节器远程位置调节器是一个机电一体化的组合件，在规定的速度和加速度要求下使天线波束指向期望的卫星，远程位置调节器有马达、驱动部件、角位置反馈器件、速度反馈器件以及需要的结构件组成，在天线控制器的控制下使天线旋转。
（3）天线控制器天线控制器(ACU)完成控制模式、位置环闭环，极限值监控、故障监控、平台运动补偿以及天线伺服环路补偿。
ACU 可以为每个远程位置调节器马达提供放大的驱动信号，并从每个远程位置调节器反馈器件接收位置和速度数据。
（4）惯性敏感元件惯性敏感元件可以测量移动平台在惯性空间（横摇、纵摇和艏摇）的位置和动态运动并向ACU提供这些数据，以便在卫星捕获、再捕获和正常运转时补偿或隔离平台的扰动。
天线利用综合性的GPS接收机测量移动平台在地面上某一点的位置并把该数据提供给ACU, 让ACU 来确定卫星的角位置。
动中通培训资料教材
动中通
1 动中通
动中通是一种车载（机载、船载）卫星通信天线系统，该天 线系统能在载体移动过程中始终对准卫星，保证卫星通信连续不 间断，一般使用0.6~1.2米的环焦天线或柱面天线、相控阵天线， 对伺服跟踪系统要求很高，其跟踪方式主要有指向跟踪、单脉冲 跟踪、信标极值跟踪，船载动中通一般使用圆锥扫描跟踪。
2 动中通技术
信标极值跟踪
原理
闭环跟踪，先在电子罗盘和GPS引导下使天线基本对准目标卫星， 此时利用天线接收的信标信号进行扫描，使天线对准卫星；当载 体运动时，利用专家库和超前控制等技术进行跟踪，在低成本下 实现高精度跟踪
特点
1、闭环跟踪，跟踪精度相对较高； 2、无高成本的惯导和单脉冲跟踪接收机，成本相对较低； 3、控制比较复杂。
4 动中通应用
4 动中通应用
小型车辆“动中通” 布局
4 动中通应用
装 甲 车 动 中 通 天 线
动 中 通 天 线
发射试验场综合指挥试验系统
动中通指挥车
4 动中通应用
装甲车车载“动中通”卫星通信系统
4 动中通应用
动中通主要业绩及荣誉
河南省公安厅“动中通”卫星通信指挥车，是公安部指定的北 京2008奥运火炬传递陕西省、甘肃、新疆自治区的火炬传递安 保主车，并圆满完成北京2008奥运期间的通信保障任务，荣立 公安部一等功。 江苏省公安厅“动中通”卫星通信指挥车，选用我公司的0.9 米“动中通”天线，做为江苏省、广西自治区、山西省2008奥 运火炬保障项目的主车。 唐山市公安局“动中通”应急通信车由我公司承担项目总集成 ，圆满完成了河北唐山地区北京2008奥运火炬传递保障任务。
目前公司主要的动中通产品仍然使用传统 的抛物面天线或切割抛物面天线，跟踪方式 为惯导开环跟踪、惯导+差分GPS开环跟踪以 及惯导+单脉冲闭环跟踪。
动中通方案
动中通方案1、具备车载电视会议系统点对点解决方案图中两台爱斯乐超级诺华视频会议终端组成了一个点对点视频会议系统。
爱斯乐丰富的通讯线路接口满足用户在多种通讯线路上组建视频会议系统的需求：IP广域网、ISDN（BRI/PRI）、E1、DDN专线、卫星线路（V.35）等。
会议带宽根据所用线路的情况可从64Kbps—2Mbps。
同时爱斯乐视频会议设备也是业界音视频接口最全的视频会议设备之一。
他丰富的音视频接口可以同时连接电子白板、实物展台、电视机、投影机、外接摄像头、音频矩阵、功放等。
爱斯乐视频会议设备支持硬件动态双视频流（H.239）可以同时把电脑XGA信号（分辨率1024×768）和会场画面传给对方显示出来。
或者同时传送二路活动视频，使会议内容更加丰富。
爱斯乐设备支持WEB界面管理，即使不在会场，只要有管理权限一样可以控制、调试。
中型视频会议组网方案某企业根据网络环境的特点和业务的需求，该系统需要建设19个点的视频会议系统，而信息中心还需设置一台爱斯乐多点控制器（MCU）。
该视频会议网络终端选用AETHRA意大利电讯公司会议室型终端产VEGA X5、VEGA X3和多点控制器（MCU）进行搭建。
在整个方案的设计中，充分考虑了原有网络的实际状况，以保持原有网络结构不变为前提，尽最大可能地利用原有系统设备，以节省经费投资，达到优化网络的目的。
同时方案也使网络构架更为灵活，保证网络平滑升级，以满足企业政府需求的不断增长，最大程度上保护了用户的投资和资源。
该系统建成后，大大提高了企业办公的效率。
以往企业内的半年经济工作会的会期一般耗时两天左右，而参会人员只限于各单位的主要领导。
在会后各部门和各单位还要花大量的时间去传达会议精神，而这些精神在传达之中往往出现了偏差，存在许多个人意见，这主要基于传达人对会议文件精神的理解，理解程度的深浅直接影响到会议精神的传达。
目前利用了该系统后，可以很好地解决了这一问题。
动中通培训资料
车辆运动速度大于150公里/小时
天线方位角速度100°/s，方位角加速度1000°/s2 天线俯仰角速度80°/s，俯仰角加速度750°/s2 采用低频滑环和高频关节保证方位无限旋转
3 新型动中通
随着市场需求多元化发展，
低抛动中通和平板动中通已成为当
前世界“动中通”发展的主要方向 ，特别是高空载体和小型化车辆的 安装，对动中通的高度、重量、功 耗提出了严格的要求，传统的抛物 面天线已不能满足市场的需求， 但是，国内在这里领域的研究还处 于论证和样机的试验阶段，还没有
3 新型动中通：新品研发
0.6米Ku波段低高度动中 通和0.6米Ku/Ka双频段低 高度动中通为总参通信部 中标项目，专为军方二代 星研制，已完成整机方案 设计，预计明年初完成整
机初样装调、联试。
3 新型动中通：新品研发
与Starling合作研发有源阵列动中通
天线，该系统采用宽带天线单元，
多天线子阵合成技术，极化自动实 时跟踪，代表了合成天线的最高水
系统采用宽带天线单元，多 天线子阵合成技术，极化自动实
时跟踪，代表了合成天线的最高
水平。其高度小于30cm，直径略 小于1.2m，重50kg，属中等轮廓
天线系统 ，等效口径仍为0.45m，
采用INS惯导模块、GPS和AGC 电平进行跟踪。
3 新型动中通：国外产品
以色列RAYSAT公司StealthRayTM 3000型天线
平。目前正在联合研制针对中国市
场需求的新型通信天线，为公司相 控阵天线研制奠定了技术基础。 研制成功的TE21模耦合器为单脉冲 跟踪的核心部件，已成功应用于装 甲动中通中。
4 动中通应用
4 动中通应用
小型车辆“动中通” 布局
动中通卫星通信系统
动中通卫星通信系统同步卫星的移动通信应用俗称“动中通”，是当前卫星通信领域需求旺盛、发展迅速的应用。
“动中通”除了具有卫星通信覆盖区域广、不受地形地域限制、传输线路稳定可靠的优点外，真正实现了宽带、移动通信的目的。
“动中通”卫星通信系统由中心站和“动中通”用户站组成，系统的网络拓扑结构以星状网为宜，中心站为固定地面站。
“动中通”用户站根据移动载体的区别可以是船载站、车载站（列车、汽车）、机载站，通过“动中通”用户站可以实现与中心站之间的双向数据、话音、图象传输。
“动中通”在铁路系统主要应用在客运列车的通信方面，装备“动中通”卫星通信系统后，在客运列车上可以开通卫星电视，装备车载电话厅，也可以用专用车厢，装备几间移动办公室，因为有Internet接入和电信通道，移动办公室内可配备计算机，电话，传真机。
“动中通”卫星通信的主要技术特点传输容量较大：可以实现几十——几百kb/s信息速率传输。
不平衡传输：接收DVB卫星广播信号和Internet接入。
单向接收：接收卫星电视广播系统组成“动中通”卫星通信系统由中心站和“动中通”用户站组成，系统的网络拓扑结构通常为星状网、也可以为网状网结构。
中心站与其他卫星系统主站相似，根据系统提供的业务要求设计、配置软件和硬件，并与地面网络连接，包括地面电话交换网、Internet地面接入口等。
“动中通”用户站由卫星接收和发射设备分系统、“动中通”天线伺服分系统组成，“动中通”天线伺服分系统是本项目应用的核心部分，通过其对选择卫星的跟踪功能，始终保持对准卫星转发器，实现信号的接收和分发。
卫星通信分系统卫星通信系统选择Ku频段，以获得较小的天线口径和较高的天线增益。
设备主要由收发信机和调制解调器组成，通信终端可以和以太网相连，提供数据应用和Internet接入；与话音网关连接，提供VoIP电话。
天线伺服分系统车载“动中通”Ku波段0.8米卫星天线，可在车行进期间始终高精度地对准所使用的同步通信卫星，实现高质量的通信。
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动中通系统由于其运动特性已经成为卫星通信网中的
一个新兴技术领域，也是现代应急通信指挥业务的首选。动
中通系统中天线伺服系统的跟踪稳定性是满足运动中通信
业务需求的关键，此外，将移动卫星通信技术与图像视频技
图 1 动中通通信系统组成框图
对于动中通系统来说，由于天线尺寸小，因此发射增益 较低，上行链路 EIRP 值不高，由于动中通系统提供的业务 类型包括语音、数据、图像等多媒体信息，通常整个系统所 支持的上行数据速率不超过 2Mbit/s，下行的速率不受限制， 这样才能满足通信业务需求，如果在没有明显遮挡的情况 下，当视频业务在 512Kbit/s 时，接收分辨率可以达到 768 *
作者简介：宋志强(1978-)，男，工程师，研究方向：通信工程。
2012.10
33
技术应用
(3) 差分 GPS 跟踪方式
432，帧数 30 帧/秒，画面质量清晰，能够满足实时通信系统
随着差分 GPS 技术的发展，目前指向跟踪方式广泛采用差 的业务需求。
分 GPS 以取代高成本的惯导方式。这种跟踪方式可以实现动态
动中通要在移动中通过卫星进行通信，要解决的核心问 题主要有两个：①天线在载体运动过程中能够快速准确的对 星，并且不受载体的摇摆、冲击、颠簸等干扰影响。②具有 较高的通信效率，能够克服和减少由天线旁瓣和极化特性、 多普勒效应和阴影效应等对通信系统的影响。本文对车载动 中通的关键技术和性能指标进行分析、研究和测试，为其在 通信系统中的应用做好技术支持。
其中，θ为入射波与动中通运动方向之间的夹角、ν为 载体运动速度、λ为工作波长。
质量和中断恢复时间两个方面，具体测试结果如表 1 所示。
表 1 外界环境影响测试
楼宇建筑 森林树木 桥洞直行 桥洞转弯 连续转弯
画面质量 中断
瞬断
中断 部分中断 瞬断
由公式可以看出，多普勒频移与工作波长和运动速度成 恢复时间 短
(1) 极值搜索跟踪方式 极值搜索跟踪方式是利用信号强度随天线指向误差增 大而减小的特征，不断搜索使天线保持在信号最强的方向。 优点是设备简单，成本较低；缺点是信号容易丢失，重新捕 获时间长。 (2) 指向跟踪方式 指向跟踪方式是利用惯性姿态测量单元建立一个坐标基 准，通过伺服系统使天线稳定在当地水平坐标系中，使之不受 载体运动的干扰。优点是不容易丢失信号；缺点是成本过高。
1.2 天线跟踪性能分析
动中通系统最关键的性能是天线在运动过程中跟踪性 能的稳定性，跟踪性能的好坏直接决定着动中通系统的通信 能力。由于动中通系统机动性能很强，随时都可能会产生导 致天线在方位、俯仰和极化方向上的抖动干扰，导致天线波 束偏离卫星，产生指向误差，造成电平值降低甚至中断通信。 在这种情况下，必须保证动中通天线始终对准所跟踪的卫星 不变，这是动中通系统所必须具备的能力。通常采用的伺服 跟踪技术有以下几类：
技术应用
动中通关键技术分析及性能测试
宋志强 辽宁葫芦岛 92941 部队 辽宁 125001 摘要：本文对动中通系统中的关键技术如旁瓣特性、极化特性、跟踪特性、多普勒效应等进行了分析和研究，最后对动 中通系统的性能进行了测试。 关键词：动中通；旁瓣特性；极化特性；跟踪方式
0 前言
动中通是运动中卫星通信的简称，主要是指车载或船载 移动卫星站之间或者与固定站之间进行的卫星通信。它是由 运动平台上的天线、卫星跟踪伺服系统、信道设备组成，动 中通具有机动性能强、使用方便、可靠性能高、抗干扰能力 强、保密性能好的优点，能够在运动过程中实时、大容量、 不间断的传递语音、数据、图像等多媒体信息，特别适合于 军用和民用通信中的应急指挥通信和突发事件的指挥通信， 目前已经在军事、公安、消防、救援等系统中得到了广泛的 应用。
此外，当载车在移动时，如遇到桥梁、山体、树木遮挡
对星，而且运动速度越快，精度越高。缺点是静止时测量精度低。 时，会出现接收信号电平降低甚至通信中断的现象。重新捕
(4) 单脉冲跟踪方式
获的性能除了与天线伺服系统有关以外，还与卫星通信的体
单脉冲跟踪方式是利用卫星信标的差信号在短时间内 制有关，如 FDMA 设备恢复时间短，而 TDMA 设备恢复时
天线的方位、俯仰和极化角度由跟踪伺服系统计算得出，由 于极化角度非常灵敏，如果天线不做随时的校准，天线在主 轴防线上的极化隔离度会大幅下降，上、下行链路可能引入 比较严重的交叉极化干扰。
为避免和减少动中通天线对临星的干扰，通常采用以下 措施：①提高天线的旁瓣特性，尽可能降低旁瓣干扰的影响。 ②提高天线在运动中的跟踪精度，降低偏轴方向上的较差极 化干扰。
短
较短
一般
长
正比，此外，径向夹角越小，多普勒频移越大。在实际应用 影响程度 大
较大
中
中ห้องสมุดไป่ตู้
大
中，卫星调制解调器具有码速调整和多普勒缓冲功能以降低
由测试结果可以看出，动中通受建筑物、桥洞等地理遮挡
多普勒效应的影响。
1.4 通信性能分析
的影响较大；中断恢复时间受自身运动方式和轨迹影响较大。
2.2 载体运动速度的影响测试
动中通通信系统组成框图如图 1 所示。
测试不同运动速度下的动中通系统性能指标，测试结果
如表 2 所示。
运动速度
表 2 不同运动速度下的 Eb/N0
30Km/h
60 Km/h
90 Km/h
Eb/N0
13.2
13.5
13.0
130 Km/h 13.3
可以得出结论，动中通系统受载体运动速度的影响较小。
3 结束语
判断出天线指向的指向偏差并迅速跟踪的方式。这种方式的 优点是跟踪精度高；缺点是信号丢失后重新捕获时间长。
1.3 多普勒效应
动中通系统在设计时要充分考虑多普勒频移的影响，多 普勒频移公式：
间长。
2 动中通系统性能测试 2.1 环境影响测试
对某型动中通系统进行性能测试，分析在不同外界条件下 的动中通系统性能。外界环境对动中通的影响主要体现在通信
1 动中通关键技术和性能分析 1.1 旁瓣特性和极化特性
通常动中通天线口径小、波速快，因而辐射能量相对分 散、旁瓣特性较差，容易对临星产生干扰。通常天线指向偏 差小于 0.2°，当车载系统由于颠簸、转向灯原因产生较大的 角度运动时，天线自动跟踪系统会产生较大的指向偏差，导 致偏轴方向增益超标严重，当恶化到 0.5°甚至更大时，如 果临星也具有相同频率覆盖的转发器频段，会造成严重的临 星干扰。动中通天线在运动状态下，极化角不在固定状态，