移动中的卫星通信系统——动中通
发布时间:2017-07-06

  

  2002年,在北京举行的“中日友好马拉松”比赛现场,首次将一种名为“动中通”的设备用于赛事直播。而在此之前,国内直播马拉松赛事,大概需要架设20到30个微波中继站,参加直播的工作人员大概需要200多人。而这次直播马拉松比赛,只用了两辆“动中通”车。

  

  所谓的“动中通”,其实是相对于传统的载体卫星通信系统而言。传统的通信系统,在与卫星通讯的过程中,是静止不动的。即便是卫星电视转播车,也是要等到停下不动,才能进行转播工作。此类需要静止才能进行卫星通信的系统被称为“静中通”。而文章开头所提到的“动中通”,通常安装在移动载体上,例如列车、轮船或汽车等,在载体移动的过程中,动中通系统可以通过调整天线的方向,自动跟踪卫星,使通信不被打断。

  早在20世纪80年代,美国就开始了动中通的研究,并成功将其运用于军事上。现如今,在民用领域也慢慢的得到推广,类似于抢险救灾、电视转播以及公共安全等。2008年北京奥运会的火炬传递过程中,动中通便发挥了重要的作用。

  

  动中通系统主要由三部分组成,包括通信系统、天线系统和天线控制系统。其中,通信系统负责信号的处理,天线系统负责信号的发射和接收,天线控制系统负责卫星信号的追踪。在天线控制系统的内部,有一个综合控制器,控制器的主要部分是惯性导航系统。惯导系统通过测量角速度和加速度的变化,并进行捷联解算,输出载体的姿态、速度和位置的变化量,再转换成天线的角度变化量,最后由伺服机构调整天线的方位角、俯仰角和极化角,从而实现对卫星信号的实时追踪。可以说,整个动中通系统的关键技术便集中在这个惯导系统上。

  早期动中通内部的惯导系统,以光纤陀螺仪或激光陀螺仪为主,价格非常高,例如国内最早由原重庆巴山仪器厂生产制造的移动卫星通讯车。随着科学技术的发展,利用MEMS加工技术生产的惯性原件开始进入市场,弥补了其在低端电子市场的空白,动中通的成本也终于大幅度降低。

  

  目前所说的惯性原件包括两大类:加速度计与陀螺仪。

  自iPhone4以后,几乎每部手机都配有陀螺仪。在今年的里约奥运会上,作为黑科技亮点之一的Hysko智能拳击手套,其内部的主要元件也由陀螺仪与加速度计组合而成。以上这些都是单个的惯性原件,精度较低,属于电子消费级别产品,造价大概在几美金左右。

  除此之外,类似荷兰的XSENS与美国的MicroStrain,这些公司的产品一般将陀螺仪与加速度计进行封装,并内置卡尔曼等滤波器,以整套的惯导系统推向市场,其精度可达到10°/h。这些产品基本到了工业应用的级别,能满足较高端动中通系统对精度的要求,造价在1000美金以上。相对于激光陀螺仪动辄十几万几十万的价格,算是非常便宜了。

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