应用于海上浮标的卫星通信终端关键技术研究
发布时间：2021-09-22 04:02
随着全球海洋探测活动日益频繁,从深远海到陆基间利用卫星通信实现数据中继通信的信息速率要求越来越高。卫星通信终端需要在恶劣的海洋动态环境下将水下载荷获取的监测数据实时回传到岸基,目前不足10 kbps的通信速率已经满足不了诸如图像、视频等观测数据的传输需求。同时,复杂海况下卫星通信终端面临对星跟踪困难的问题,传统“动中通”无法满足高动态下的卫星快速跟踪需求。因此,探究海上高速率卫星通信终端系统和海上卫星快速捕获跟踪技术对我国海洋探测具有重大意义。本文主要开展应用于海上浮标的高速率卫星通信终端的关键技术研究,包括高灵敏度低中频接收机、快速组合导航、高精度卫星载波闭环跟踪、扩频信号快速捕获等技术。论文主要工作和创新点如下:1.用于海上浮标的高速率卫星中继通信技术研究。首先,针对海上浮标高速率通信需求,综合考虑卫星通信链路资源、通信体制、链路预算,分别基于我国中继卫星和天通一号卫星链路资源设计了轻小型化卫星通信终端系统。该终端在国内首次实现海上浮标→空中卫星→地面岸基间2 Mbps的高速率数据传输。其次,为实现终端的轻小型化,提出了一种零中频结构的高灵敏度低中频接收机设计思路,采用射频和数字自...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)北京市
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
StarCCM+中浮标运动状态仿真模型
第1章绪论11成为全球气候观测系统（GCOS）、全球大洋观测系统（GOOS）、全球气候变异与观测试验（CLIVAR）和全球海洋资料同化试验（GODAE）等大型国际观测和研究计划的重要组成部分[93-96]。美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的国家资料浮标中心（NationalDataBuoyCenter，NDBC）管理的海洋浮标遍布全球，如图1.2所示，共1423个。其中，远海海啸监测浮标、TAO浮标、表面浮标等配装了基于Iridium系统的L波段通信终端Motorola9522B，可实现海上观测载体和岸站间2.4kbps的数据传输[97]。同时，中国海洋研究所与美国西北太平洋国家实验室研制的定时通信浮标（TimedCommunicationBuoySystem，TCBS）也采用了9522B卫星通信终端。9522B通信终端尺寸约为244mm*83mm*36mm，重量为420g，发射功率可达7W时。此外，美国海军的潜艇装备AN/BRA-34s使用L波段中继卫星能实现128kbps~8Mbps的数据通信。图1.22020年NDBC浮标全球分布图Figure1.2GlobaldistributionmapoofNDBCbuoyin2020法国的部分海洋观测浮标则安装了基于Argos卫星的VHF波段中继通信终端，实现海上载体和岸基站间4.8~9.6kbps码速率的数据通信任务等。荷兰Datawell公司的波浪骑士浮标可按需选择Argos、Orbcomm或Iridium通信终端。Argos通信终端能为大多数长期系泊浮标每天回传几千字节的观测数据。加拿大AXYS公司的TRIAXYS浮标使用Inmarsat和Iridium卫星通信终端。加拿大
第1章绪论12SYDIF环境观测浮标采用L波段铱星中继通信终端实现4.8kbps数据传输。上述浮标外观如图1.3所示。图1.3NOAA表面浮标（左）、波浪骑士浮标（中）和TRIAXYS浮标（右）Figure1.3NOAAsurfacebuoy(left),waveriderbuoy(middle)andTRIAXYSbuoy(right)上述各种浮标端通信终端均采用全向天线。（2）船载端卫星通信终端船载卫星通信终端主要包括集成天线、伺服机构、功率放大器、低噪声放大器和双工器的甲板上单元（ADE），甲板下单元（BDE）及同轴电缆。Inmarsat通信终端可以同时支持高速数据传输和和话音通话两种业务，典型的有Thrane&Thrane公司研制的BGAN便携终端Explorer527和移动船载终端Sailor500，以及Glocom公司研制的螺旋天线移动船载终端GX-9。上述卫星通信终端具体参数如表1.7所示，对应的外观如图1.4所示。其中，基于铱星二代系统的Sailor4300通信终端是L波段卫星通信性能和可靠性的巅峰，是一套功能全面、内置语音和数据功能的海上专用宽带终端。表1.7船载卫星通信终端参数指标Table1.7Parametersofshipbornesatellitecommunicationterminal特性参数Explorer527Sailor500GX-9Sailor4300卫星资源InmarsatInmarsatInmarsat铱星
【参考文献】：
期刊论文
[1]传统组合导航中的实用Kalman滤波技术评述[J]. 严恭敏,邓瑀. 导航定位与授时. 2020(02)
[2]北斗卫星导航系统应用产业化发展探讨[J]. 张正烜,高亢,郭广阔,柴伟平. 卫星应用. 2019(11)
[3]一种应用于海上浮标的卫星中继通信终端[J]. 饶浩,张岩,张津舟,王铮勐,梁显锋,安军社. 电讯技术. 2019(10)
[4]浮标基海洋观测系统研究进展[J]. 张少伟,杨文才,辛永智,王瑞星,李晨. 科学通报. 2019(Z2)
[5]海上无线通信中的卫星通信应用和发展前景[J]. 任嘉慧. 中国新通信. 2019(16)
[6]北斗卫星导航系统的现状及发展前景分析[J]. 苏相琴. 广西广播电视大学学报. 2019(03)
[7]Vertical-cavity surface-emitting lasers for data communication and sensing[J]. ANJIN LIU,PHILIP WOLF,JAMES A.LOTT,DIETER BIMBERG. Photonics Research. 2019(02)
[8]海洋与台风相互作用研究进展[J]. 周磊,陈大可,雷小途,王伟,王桂华,韩桂军. 科学通报. 2019(01)
[9]卫星通信在海上平台的普及应用[J]. 邱枫. 数字技术与应用. 2018(12)
[10]卫星导航在精确制导武器中的应用与研究[J]. 韩伟,雷红波,张哲,周维. 飞航导弹. 2018(12)
博士论文
[1]GPS/MIMU深组合技术研究[D]. 苗志勇.哈尔滨工程大学 2016
[2]北斗软件接收机及惯性/卫星超紧组合导航关键技术研究[D]. 谢非.南京航空航天大学 2014
[3]GNSS/INS深组合导航理论与方法研究[D]. 陈坡.解放军信息工程大学 2013
[4]GPS/SINS超紧密组合导航系统的关键技术研究[D]. 张涛.哈尔滨工程大学 2010
[5]北斗/微惯导组合导航方法研究[D]. 何晓峰.国防科学技术大学 2009
硕士论文
[1]基于矢量跟踪的GNSS/INS深组合关键技术研究[D]. 李明玉.中国运载火箭技术研究院 2019
[2]基于嵌入式的智能车载终端研究与实现[D]. 张正阳.北京交通大学 2019
[3]车载“动中通”伺服控制系统的研究与设计[D]. 王垚.北华航天工业学院 2019
[4]MIMU/GNSS组合导航硬件平台的设计与实现[D]. 邹明峰.哈尔滨工程大学 2019
[5]基于铱星通信的海洋环境观测数据传输系统的设计与实现[D]. 单海艳.国家海洋局第一海洋研究所 2018
[6]卫星地面应用系统集成测试环境及测试方法研究[D]. 常立新.电子科技大学 2017
[7]浮标卫星通信系统关键技术研究与实现[D]. 唐超.国防科学技术大学 2016
[8]机载卫星天线自动跟踪系统控制技术研究[D]. 范强.北京理工大学 2016
[9]一种新型低轨卫星跟踪测角控制系统设计[D]. 蒋金冰.南京邮电大学 2014
[10]车载“动中通”卫星通信地球站伺服控制系统的研究与设计[D]. 梁佰祥.南京邮电大学 2012
本文编号：3403100
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)北京市
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
StarCCM+中浮标运动状态仿真模型
第1章绪论11成为全球气候观测系统（GCOS）、全球大洋观测系统（GOOS）、全球气候变异与观测试验（CLIVAR）和全球海洋资料同化试验（GODAE）等大型国际观测和研究计划的重要组成部分[93-96]。美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的国家资料浮标中心（NationalDataBuoyCenter，NDBC）管理的海洋浮标遍布全球，如图1.2所示，共1423个。其中，远海海啸监测浮标、TAO浮标、表面浮标等配装了基于Iridium系统的L波段通信终端Motorola9522B，可实现海上观测载体和岸站间2.4kbps的数据传输[97]。同时，中国海洋研究所与美国西北太平洋国家实验室研制的定时通信浮标（TimedCommunicationBuoySystem，TCBS）也采用了9522B卫星通信终端。9522B通信终端尺寸约为244mm*83mm*36mm，重量为420g，发射功率可达7W时。此外，美国海军的潜艇装备AN/BRA-34s使用L波段中继卫星能实现128kbps~8Mbps的数据通信。图1.22020年NDBC浮标全球分布图Figure1.2GlobaldistributionmapoofNDBCbuoyin2020法国的部分海洋观测浮标则安装了基于Argos卫星的VHF波段中继通信终端，实现海上载体和岸基站间4.8~9.6kbps码速率的数据通信任务等。荷兰Datawell公司的波浪骑士浮标可按需选择Argos、Orbcomm或Iridium通信终端。Argos通信终端能为大多数长期系泊浮标每天回传几千字节的观测数据。加拿大AXYS公司的TRIAXYS浮标使用Inmarsat和Iridium卫星通信终端。加拿大
第1章绪论12SYDIF环境观测浮标采用L波段铱星中继通信终端实现4.8kbps数据传输。上述浮标外观如图1.3所示。图1.3NOAA表面浮标（左）、波浪骑士浮标（中）和TRIAXYS浮标（右）Figure1.3NOAAsurfacebuoy(left),waveriderbuoy(middle)andTRIAXYSbuoy(right)上述各种浮标端通信终端均采用全向天线。（2）船载端卫星通信终端船载卫星通信终端主要包括集成天线、伺服机构、功率放大器、低噪声放大器和双工器的甲板上单元（ADE），甲板下单元（BDE）及同轴电缆。Inmarsat通信终端可以同时支持高速数据传输和和话音通话两种业务，典型的有Thrane&Thrane公司研制的BGAN便携终端Explorer527和移动船载终端Sailor500，以及Glocom公司研制的螺旋天线移动船载终端GX-9。上述卫星通信终端具体参数如表1.7所示，对应的外观如图1.4所示。其中，基于铱星二代系统的Sailor4300通信终端是L波段卫星通信性能和可靠性的巅峰，是一套功能全面、内置语音和数据功能的海上专用宽带终端。表1.7船载卫星通信终端参数指标Table1.7Parametersofshipbornesatellitecommunicationterminal特性参数Explorer527Sailor500GX-9Sailor4300卫星资源InmarsatInmarsatInmarsat铱星
【参考文献】：
期刊论文
[1]传统组合导航中的实用Kalman滤波技术评述[J]. 严恭敏,邓瑀. 导航定位与授时. 2020(02)
[2]北斗卫星导航系统应用产业化发展探讨[J]. 张正烜,高亢,郭广阔,柴伟平. 卫星应用. 2019(11)
[3]一种应用于海上浮标的卫星中继通信终端[J]. 饶浩,张岩,张津舟,王铮勐,梁显锋,安军社. 电讯技术. 2019(10)
[4]浮标基海洋观测系统研究进展[J]. 张少伟,杨文才,辛永智,王瑞星,李晨. 科学通报. 2019(Z2)
[5]海上无线通信中的卫星通信应用和发展前景[J]. 任嘉慧. 中国新通信. 2019(16)
[6]北斗卫星导航系统的现状及发展前景分析[J]. 苏相琴. 广西广播电视大学学报. 2019(03)
[7]Vertical-cavity surface-emitting lasers for data communication and sensing[J]. ANJIN LIU,PHILIP WOLF,JAMES A.LOTT,DIETER BIMBERG. Photonics Research. 2019(02)
[8]海洋与台风相互作用研究进展[J]. 周磊,陈大可,雷小途,王伟,王桂华,韩桂军. 科学通报. 2019(01)
[9]卫星通信在海上平台的普及应用[J]. 邱枫. 数字技术与应用. 2018(12)
[10]卫星导航在精确制导武器中的应用与研究[J]. 韩伟,雷红波,张哲,周维. 飞航导弹. 2018(12)
博士论文
[1]GPS/MIMU深组合技术研究[D]. 苗志勇.哈尔滨工程大学 2016
[2]北斗软件接收机及惯性/卫星超紧组合导航关键技术研究[D]. 谢非.南京航空航天大学 2014
[3]GNSS/INS深组合导航理论与方法研究[D]. 陈坡.解放军信息工程大学 2013
[4]GPS/SINS超紧密组合导航系统的关键技术研究[D]. 张涛.哈尔滨工程大学 2010
[5]北斗/微惯导组合导航方法研究[D]. 何晓峰.国防科学技术大学 2009
硕士论文
[1]基于矢量跟踪的GNSS/INS深组合关键技术研究[D]. 李明玉.中国运载火箭技术研究院 2019
[2]基于嵌入式的智能车载终端研究与实现[D]. 张正阳.北京交通大学 2019
[3]车载“动中通”伺服控制系统的研究与设计[D]. 王垚.北华航天工业学院 2019
[4]MIMU/GNSS组合导航硬件平台的设计与实现[D]. 邹明峰.哈尔滨工程大学 2019
[5]基于铱星通信的海洋环境观测数据传输系统的设计与实现[D]. 单海艳.国家海洋局第一海洋研究所 2018
[6]卫星地面应用系统集成测试环境及测试方法研究[D]. 常立新.电子科技大学 2017
[7]浮标卫星通信系统关键技术研究与实现[D]. 唐超.国防科学技术大学 2016
[8]机载卫星天线自动跟踪系统控制技术研究[D]. 范强.北京理工大学 2016
[9]一种新型低轨卫星跟踪测角控制系统设计[D]. 蒋金冰.南京邮电大学 2014
[10]车载“动中通”卫星通信地球站伺服控制系统的研究与设计[D]. 梁佰祥.南京邮电大学 2012
本文编号：3403100
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