低轨道卫星通信研究

低轨道卫星通信研究（精选八篇）

低轨道卫星通信研究 篇1

城市轨道交通对改善城市交通、优化城市布局、促进国民经济发展发挥重要作用，随着我国城市化水平的逐步提高，城市轨道交通在我国大、中城市得以迅速发展，轨道交通建设面临前所未有的机遇。轨道交通通信系统是指挥列车运行、进行运营管理、公务联络和信息传递的重要手段，在保证轨道交通安全、快速、高效运营中发挥着十分重要的作用。现代城市轨道交通对安全高效运营提出了很高的要求，这就要求必须同步建设比较先进的通信系统，以此来满足传输和处理轨道交通运营过程中的各种信息。并且在轨道交通建设中，各个城市要充分考虑对功能的需求及自身经济条件等因素，从而确定与城市发展相适应的轨道交通通信系统模式，以便充分发挥通信系统的功能优势。

（二）通信系统总体构成

城市轨道交通通信系统的任务是建立一个视听链路网，提高现代化管理水平和传递语音、数据、图像及文字等各种信息。为了保障轨道交通安全高效地运营，重庆轨道交通通信系统主要从两方面作了改进。一方面扩充完善了一些新的功能模块，如通信综合网络管理系统;另一方面对一些传统模块采用新的技术，使它们的性能得到改进。系统主要由传输系统、公务电话系统、专用电话系统、无线通信系统、广播系统、时钟系统、视频监控系统、乘客信息系统、电源及接地系统、通信综合网络管理系统等子系统组成，如图1所示。

（三）通信子系统功能分析

1. 传输系统

传输系统是最重要的子系统，在进行总体方案及系统容量设计时，应考虑近期建设和远期发展的需求，确保系统性能可靠，容量可扩，系统构建相对灵活。

目前，重庆轨道交通二号线的通信系统采用开放式传输网络(简称OTN)，系统包括4个基本组成部件：构成系统骨干的光纤、网络节点、供用户访问系统的各种类型的用户接口、网络管理系统。

为了满足轨道交通信号、电力监控、防灾、环境及设备监控、自动售检票及语音等多种业务信息传输的需要，传输系统采用以光迁通信为主的传输介质。传输网络的逻辑拓扑结构采用双环结构，从而保证系统在故障情况下仍可提供更好的系统恢复能力，提高网络运行的可靠性。网络节点及用户接口模块是用户接入网络的唯一途径。用户端的信息经网络节点实现上传下载。由于信息的多样性，系统可为用户提供丰富的接口类型。传输设备的网络管理系统采用成熟的操作系统，功能强大，界面友好，操作人员可轻松完成对网络的配置、管理及维护工作。

2. 公务电话系统

重庆轨道交通公务电话系统是作为专网进行网络构建的，由程控交换机、电话机及附属设备组成。公务电话系统与公用电话网的连接方式采用全自动呼出、呼入方式，通过2M数字中继电路工作。电话号码纳入本地公用电话网统一编号。系统功能主要包括：电话交换功能、计费功能、非话业务功能(包括数据、传真等非话业务)、复原控制方式功能、号码存储和译码功能、电路选择和释放功能、新业务功能(包括缩位拨号、热线服务、呼叫限制、三方通话、呼叫转移、强拆/强插等新功能)、维护管理功能、过压过流保护与抗干扰功能。

3. 专用电话系统

专用电话系统是为运营组织、电力供应、设备维护和防灾救护提供有效通信手段的重要通信系统。该系统主要由调度总机、调度台、调度分机组成，并通过传输系统连接而成。

调度总机是调度电话子系统的核心部分，由具有交换功能的交换机或交换模块组成。调度台设在控制中心，是调度业务的操作控制台。调度分机为普通电话机，与总机通过传输系统提供的点对点专用音频话路连接。

实际应用中的系统主要功能包括：通话功能、选叫功能(即调度台对分机进行单呼、组呼、全呼及分机对调度台进行一般呼叫或紧急呼叫)、会议功能、录音功能、维护管理功能。

4. 无线通信系统

无线通信系统是为控制中心调度员、车辆基地调度员、车站值班员等固定用户与列车司机、防灾、维修、公安等移动用户之间提供通信手段的专用系统。无线通信系统采用有线和无线相结合的传输方式。中心无线设备通过传输系统与车站、车辆基地的无线基站连接，各基站通过天线空间波传播或经漏缆的辐射构成与移动台的通信。无线通信系统根据运营管理需要分别设置了行车调度、防灾调度、综合维修、车辆基地调度等系统。系统具有单呼、组呼、全呼、紧急呼叫、呼叫优先级权限设置等调度通信功能，并具有录音、存储、监测等功能。

5. 视频监控系统

该系统为运营相关人员提供有关列车运行、防灾救灾及乘客疏导等方面的视频信息。系统由车站本地监视系统、控制中心远程监视系统、远程多路信号传输系统以及多媒体网络管理终端组成。系统具有监视、控制优先级、循环显示、任意定格与锁闭、图像选择、实时录像、摄像范围控制、字符叠加等功能。

视频信号远距离传输采用数字传输方式，本地视频传输信号采用视频同轴电缆传输。车站与控制中心的视频和控制信号通过传输系统进行传输，同一时刻同时上传至控制中心的数字视频信号路数仅与控制中心需同时显示的路数有关，与前端摄像机数量无关。所以在控制中心不需设置大容量视频交换矩阵和传输设备，系统结构简单。

6. 广播系统

广播系统是城市轨道交通行车组织的必要手段，一方面对乘客进行广播，通知相关乘车信息;一方面又是事故抢险，组织指挥的防灾广播;此外还可以通过广播对运营人员发布有关信息，以便协同配合工作。

该系统采用模块化设计、总线式结构，由车站级、中心级和列车广播设备组成。具有中心广播、车站广播、预存广播信息、自动音量调节、自动音频测试和远程控制等功能。系统采用中心广播和车站广播两级控制方式，控制中心的智能广播台输出的音频信号和控制信号，通过高品质语音卡提供的RS422通道，经传输系统传输到各站，再通过语音卡连接到车站广播设备，从而实现控制中心的远程广播组织和指挥。

7. 乘客信息系统

该系统主要由信息管理系统和终端乘客信息显示屏组成，乘客信息通过传输系统传输。在全线各车站及车辆客室内设置乘客信息显示屏，显示列车到、发、乘车须知、时事新闻等各钟乘客信息，并在发生突发事件时具有报警联动功能，显示相关报警信息。

8. 时钟系统

为保证轨道交通运营准时服务乘客、统一全线设备标准时间，提供统一定时信号，设置了时钟系统。

该系统采用GPS(全球卫星定位系统)标准时间信息，由GPS标准时钟信号接收单元、中心一级母钟、监控设备、二级母钟及子钟组成。系统设置数字同步设备，一级母钟接受外部GPS基准信号并对一级母钟进行校准，一级母钟定时向二级母钟、控制中心的子钟及其他需提供统一时间信息的各系统发送时间编码信号用以校准;二级母钟产生时间信号提供本站的子钟。母钟具有万年历功能并具有年、月、日、时、分、秒输出与显示。子钟能显示时、分、秒。自身时间精度，一级母钟在10-7以上，二级母钟在10-6以上。一级母钟、二级母钟配置数字式多路输出接口，以便向其他各系统提供定时信号。

9. 电源及接地系统

通信设备供电应采用一级负荷，电源系统应对通信设备提供不间断、电压及频率相对稳定的供电，并具有集中监控管理功能。

不间断电源系统(简称UPS)一般分为UPS机柜和蓄电池两部分，可采用离线式UPS系统或在线式UPS系统。离线式UPS系统平时由市电直接向负载供电，市电故障时瞬时切换到由逆变器供电(实用于对供电稳定性要求不高的设备供电);在线式UPS系统由市电经整流逆变后再向负载供电，市电故障时，改由蓄电池—逆变器方式向负载供电，这种方式较前一种方式供电更加稳定。UPS系统包含正常工作模式、蓄电池工作模式、静态旁路模式和手动旁路工作模式四种工作模式。

接地系统设计应做到确保人身、通信设备安全和通信设备正常工作。通信设备采用综合接地方式, 综合接地电阻值要求不大于1Ω, 分设室外接地体的保护接地及防雷接地的电阻值要求不大于10Ω。

1 0. 通信综合网络管理系统

为实现通信各子系统的集中管理、维护和故障监测，以便实现故障的快速定位，为尽快修复故障提供可能，重庆轨道交通通信系统专门构建了综合网络管理系统。该系统可对传输系统、无线通信系统、电话系统、广播系统、视频监控系统以及网络管理系统自身进行监控管理。

该系统硬件部分主要由用于收集、处理信息的远程终端和位于控制中心的监控终端组成。可编程逻辑控制器(简称PLC)是构成远程终端和监控终端的核心元件，实现数据的采集、分析和处理等功能。系统的远程连接及数据传输仍然由传输系统来实现。软件部分包括应用于PLC的软件和应用于监控终端的软件。监控终端软件采用可视化图形界面，界面直观清晰、简单明了、操作简单、数据记录详细、便于查找分析。

（四）结束语

随着城市轨道交通建设及通信技术的迅猛发展，各种应用于城市轨道交通运营的通信技术和应用方式也在不断发展，出现了很多满足各种不同应用需求的新技术、新模式。重庆轨道交通在对功能需求进行分析的基础上，结合自身实际情况，选择了合适的通信系统模式。通过这几年的运营效果来看，通信系统在提高运营工作效率和服务水平上发挥了重要的作用。

摘要：文章结合重庆轨道交通通信系统构建模式, 对轨道交通通信系统的传输系统、公务电话系统、专用电话系统、无线通信系统、视频监控系统、广播系统、乘客信息系统、时钟系统、电源及接地系统、通信综合网络管理系统等主要子系统的功能进行了分析。同时结合运营效果指出该通信系统在提高运营工作效率和服务水平上发挥重要的作用。

关键词：城市轨道交通,通信系统,功能分析

参考文献

[1]GB 50458-2008, 跨座式单轨交通设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2009.

[2]何宗华, 汪松滋, 等.城市轨道交通通信信号系统运行与维修[M].北京:中国建筑工业出版社, 2007.

低轨道卫星表面充电模拟 篇2

卫星在太空运行过程中,在周围等离子体和光电效应等综合作用下,会带上与周围等离子体环境不同的悬浮电位,这个电位会影响星上测量载荷的测量精度和测量范围.利用航天器与等离子体相互作用系统软件SPIS,采用粒子分室法模拟了低轨道(710 km)卫星的.充电特性.结果表明,由于等离子体温度低、浓度高,卫星的充电电位较低(-0.719 V);而周围的等离子体环境受卫星尾迹效应的影响显著.

作 者：杨集 陈贤祥 夏善红 YANG Ji CHEN Xian-xiang XIA Shan-hong 作者单位：杨集,YANG Ji(中国科学院,电子学研究所,传感技术国家重点实验室,北京,100080;中国科学院,研究生院,北京,100039)

陈贤祥,夏善红,CHEN Xian-xiang,XIA Shan-hong(中国科学院,电子学研究所,传感技术国家重点实验室,北京,100080)

低轨道卫星通信研究 篇3

关键词：电磁编队,Hill方程,磁偶极子,Simulink

传统的卫星编队控制需要用推力器,推力器燃料耗尽,编队的寿命随之终结,同时推进剂的空间残留和羽流可能污染卫星部件,干扰卫星的正常工作。电磁编队飞行(EMFF)利用高温超导线圈产生电磁力和力矩对卫星编队进行控制,被认为是航天领域新技术的一场变革,有着广泛的应用前景。电磁力作为航天器群中的内部力,可以进行航天器的相对控制,而不能改变质心,辅助推力器控制、飞轮控制,可以达到传统控制的效果。电磁力和力矩的产生不消耗推进剂,而且电能在太空中可以再生,使得编队寿命不再受推进剂携带量的限制,也不会产生推进剂残留。

自2002年以来,美国麻省理工学院从可行性研究到建立了专门的电磁编队飞行地面试验床,在电磁编队飞行建模仿真、非线性控制和基于超导线圈的电磁体设计等方面开展了系统研究。David Miller[2]等人基于美国的类地行星发现者(TPF)的编队计划,设计了电磁控制编队方法,并进行了仿真。Laila M.Elias[3]等人研究了电磁力矩的作用及在电磁力矩的作用下利用反作用飞轮进行控制的方法。Samuel A.Schweighart[4]等人研究了利用三个正交超导线圈产生磁偶极子的方法,并分析了磁偶极子受地球磁场的影响,提出了角动量管理的方法。

本文以近地轨道双星近圆绕飞为例,建立电磁力控制卫星编队飞行的相对运动模型,设计控制律,利用Simulink对闭环反馈控制系统进行仿真,并分析系统的收敛性和干扰力矩的影响。

1磁控小卫星编队飞行数学模型

本文研究绕地球飞行的两颗小卫星构成的近地轨道编队,在Hill坐标系描述小卫星编队飞行的相对运动。Hill坐标系是随目标小卫星一同运动的动坐标系:原点在目标小卫星质心,ox轴沿地球半径方向朝外,oy轴垂直于ox轴,指向飞行方向,并在目标小卫星的轨道平面内,oz轴与前两轴构成右手正交系。在近圆轨道假设条件下,小卫星近距离编队飞行相对运动动力学方程即Hill方程为[5]:

式(1)中Fc为控制力、m为小卫星质量、ad为外部干扰加速度,n为轨道角速度,编队中小卫星之间的距离在百米以内。

参考星和环绕星分别安装三个正交线圈,参考星与环绕星的磁偶极子强度向量分别为1=[u1x,u1y,u1z]T和2=[uT2x,u2y,u2z],参考星到环绕星的距离矢量为珒r=[x,y,z]T。则根据文献[6],编队中环绕星受到的电磁力为:

而参考星受到的电磁力正好相反为:

这样磁控小卫星编队的Hill方程进一步整理为:

电磁偶极子相互作用产生电磁力的同时也产生电磁力矩,环绕星受到的电磁力矩为:

这里要注意参考星受到的电磁力矩并不是环绕星所受电磁力矩的相反值,根据上述公式为:

由于电磁力与r4成反比、电磁力矩与r3成反比,也就是在编队控制过程中产生电磁力的同时会产生较大的“电磁干扰力矩”,这样带来飞轮或控制力矩陀螺等小卫星姿态控制中的角动量饱和如何卸载等问题。

三轴稳定小卫星采用反作用飞轮系统,沿卫星星体坐标系的三个轴各装一飞轮,设飞轮的轴向转动惯量分别是Iwx、Iwy和Iwz,飞轮相对于星体的角速度为珚ωw。星体的角速度为珚ωB,卫星整体的惯量张量矩阵为I]T,则小卫星的姿态动力学方程为[7:

式(7)中珔TB为小卫星受到的电磁干扰力矩。采用四元数的小卫星姿态运动学方程为:

2磁控小卫星编队控制律设计

这里编队控制的任务就是使编队中环绕星的相对位置保持和标称位置一致,标称位置可通过事先设计好的编队构形计算得到。编队构形分为轨道平面内构形和垂直轨道平面方向构形两部分:轨道平面内是椭圆,椭圆长短半轴之比为2:1,短半轴记为p;垂直轨道平面方向是简谐振动,振幅为s;轨道平面内与垂直轨道平面方向还分别存在构形相位角φ和θ。上述四个几何参数就决定了通常所谓的编队构形,不同的编队构形即对应不同的几何参数值。根据文献[8]可得Hill坐标系中标称相对状态的计算表达式为:

式(9)中n为轨道角速度,u为平均纬度幅角(u根据轨道要素计算u=ω+M)。

根据式(4)可令控制力为:

把式(10)代入式(4)整理可得:

由式(11)可见编队控制律的设计等价为二阶定常系统的控制律设计,根据经典控制中关于二阶系统的分析设计理论容易确定控制器参数k1和k2。当存在相对位置跟踪指令r*=[x*,y*,z*]T时,控制信号为:

根据式(10)可得反馈控制所需的实际控制量为:

上述控制律的实现需要获取得到相对位置和相对速度信息,其中相对速度也可根据相对位置测量值进行滤波处理得到。当施加在环绕星的电磁控制力为F珔2时,则根据式(2)可反算磁偶极子强度向量1和2,但已知条件是力的三个分量,需要求解磁偶极子强度的六个分量,这样存在无穷组解,这里参考文献[9]的方法,限制1在相对位置矢量方向上、限制2在由相对位置矢量和力F珔2构成的平面上,在这样的限制条件下可解算得到满足要求的1和2。

3磁控小卫星编队控制仿真分析

使用Simulink软件搭建磁控小卫星编队动力学与控制仿真系统,轨道动力学模型考虑J2项地球引力。由参考星和环绕星绝对状态计算Hill坐标系相对状态,再由编队控制律生成电磁力指令,电磁力指令再转换为磁偶极子强度指令,进一步根据式(2)计算实际的电磁控制力,最后把控制力转换到惯性系成为卫星轨道动力学模型中的外部作用力。根据式(5)、式(6)计算电磁干扰力矩,把电磁干扰力矩转换到星体坐标系成为卫星姿态动力学模型中的外部作用力矩。

下面对磁控小卫星编队进行仿真分析,设置的仿真条件为:参考星的初始轨道根数为a=7 000km、e=0.001 1、i=97.85°、Ω=90°、ω=0°、М=0°,编队构形几何参数为p=50 m、φ=0°、s=30 m、θ=0°,环绕星初始相对状态偏离标称值为5 m(三维位置分量)和0.01 m/s(三维速度分量)。小卫星质量50 kg,惯量张量矩阵对角线为:[12.5 12.5 12.5]kg·m2,飞轮转动惯量为0.01 kg·m2。卫星姿态三轴对地定向稳定,采用PD控制律,比例反馈系数为6、微分反馈系数为12,编队采用本文的控制律,k1=0.0001、k2=0.02。在上述条件下,积分步长0.25 s,仿真所得相对位置的控制过程如下图所示。

从图1可见,在电磁控制力的作用下,环绕星相对参考星的相对运动轨迹逐渐收敛到标称轨迹,这充分说明了本文所提编队控制方法的正确性和有效性。控制过程中环绕星所受的电磁力及磁偶极子强度曲线分别如图2。

从图2可见,编队控制所需的最大电磁力大致是10-3 N,收敛过程耗费的时间接近3 000 s,进一步的仿真结果还表明提高电磁控制能力能够缩短收敛时间,但同时会带来较大的姿态电磁干扰力矩。本仿真算例中相应的电磁干扰力矩和飞轮转速情况分别如图4、图5。

从图4可见,编队控制所产生的最大电磁力矩大致是0.065 N·m,对于小卫星来说这样的干扰力矩难以承受,所幸的是编队控制收敛后的电磁干扰力矩较小,这样避免了飞轮转速的长期递增。即便如此,从图5可见收敛后飞轮每分钟最大转速也在2万转以上,而姿控飞轮的饱和转速一般限制在每分钟数千转以下,也就是说,编队电磁控制的实现给姿态控制带来新的问题和挑战,对角动量的管理是需要进一步研究的课题。

4 结论

电磁编队控制技术具有不消耗燃料、不产生污染等优点,是编队飞行控制技术未来发展的热点之一。本文主要研究近地轨道小卫星编队的电磁控制问题,建立了磁控小卫星编队飞行的相对运动和姿态运动数学模型,其中包括产生电磁力和电磁力矩的数学模型,在此基础上,通过把编队相对运动控制模型转化为等价的二阶定常系统进行了控制律的设计,最后搭建了磁控小卫星编队Simulink仿真系统并进行了仿真分析,仿真结果表明本文所设计的编队控制律正确有效、磁偶极子强度也在能够提供的范围内,但仿真结果也表明电磁编队控制带来较大的干扰力矩,给小卫星的姿态稳定控制带来新的问题和挑战,这需要下一步深入研究。

参考文献

[1] Miller D W,Electromagnetic formation flight final report.Massachu-setts Institute of Technology Department of Aeronautics and Astronau-tics

[2] Miller D W,Sedwick R J,Kong E M C.Electromagnetic formationflight for sparse aperture telescopes.Massachusetts Institute of Tech-nology

[3] Elias L M,Kwon D W,Sedwick R J.et al.Electromagnetic forma-tion flight dynamics including reaction wheel gyroscopic stiffeningeffects.Journal of Guidance,Control,and Dynamics,2007;3:30—2:499—511

[4] Schweighart S A,Sedwick R J.Dynamics of an electromagneticallyflown formation of spacecraft within the earth’s magnetic field.SPIE,2004:5166—5186

[5]张育林,曾国强,王兆魁,等,分布式卫星系统理论及应用.北京:科学出版社,2008

[6] Schweighart S A.Electromagnetic formation flight dipole solutionplanning,for the degree of doctor of philosophy.Massachusetts Insti-tute of Technology,2005

[7]黄圳圭.航天器姿态动力学.长沙:国防科技大学出版社,1997

[8] Gill E,Amico S D,Montenbruck O.Autonomous formation flying forthe PRISMA mission.AIAA Journal of Spacecraft and Rockets,2007;44(3):671—681

低轨道卫星通信研究 篇4

卫星轨道误差对SAR干涉处理的影响研究

根据卫星轨道参数与雷达干涉基线参数的关系,推导出卫星轨道误差与基线参数之间的误差传播关系,分析了基线参数误差对参考相位、高程误差、模拟干涉图影响的大小.结果表明:卫星轨道误差对SAR干涉处理中的高程误差和模拟干涉图误差的.影响较小,但对参考相位的影响较大.

作 者：何平许才军 作者单位：武汉大学测绘学院,武汉,430079刊 名：大地测量与地球动力学 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF GEODESY AND GEODYNAMICS年，卷(期)：29(5)分类号：P227关键词：SAR干涉处理 轨道误差 误差分析 轨道参数 模拟干涉图

低轨道卫星通信研究 篇5

轨道交通通信系统主要完成三个方面的任务:一, 必须保证轨道交通指挥和调度有效进行;二, 要为广大旅客传输各种信息服务;三, 维护设备和运营管理的服务。通过这三种任务和能力的完成, 才能确保整个轨道交通通信系统的正常运转。

一、通信传输系统的功能分析

作为整个城市轨道交通通信系统的“神经”, 各种信息都会通过这个“神经”系统的传输。在日常工作中, 各种调度信息、电话语音信息、视频信息、自动检票信息等数据的传递都通过传输系统进行。而这些信息都是轨道交通正常运行的必要条件, 如果一些信息的传输出现中断就会影响到轨道交通的安全。

当前, 国内外所采用的传输技术一般用SDH、OTN等技术, 可以兼顾技术的安全稳定性和先进性。这种性能的传输网络还应当具备以下几个方面的特点。第一, 先进性。构成该网络的IP技术和SDH技术以及综合端口技术都处于国内外领先水平;第二, 容量大。要满足整个城市轨道交通的通信系统畅通无阻必须才有SDH光纤技术。第三, 网络自愈。在传输过程中一旦某个环节出现故障, 该系统必须能够通过自身自愈功能消除故障和安全隐患。

二、传输系统的关键技术分析

当前, 国内外主要传输系统有六种:OTN、SDH、ATM、宽带IP、IPover SDH与IPover WDM、以太网技术。这六种技术的特点分别介绍如下。

1. OTN技术。

该技术是开放、传输、网络英文首字母的缩写, 意为开放的传输网络。因此OTN技术的特点主要为:首先, 能够合理利用接口模块处理各种物理接口和各种复杂环境中的通信协议。采用光纤技术, 传输距离没有限制;其次对于数据、语音和视频传输具有很多优势;再次, 该系统的适应性非常强, 能够不断扩展适应各种标准端口的发展。

2. SDH技术。

该技术是同步、数字和体系的英文缩写, 意为同步数字体系。该系统广受青睐, 是目前世界各国普遍采用的技术。SDH技术除了核心网应用以外, 还可以灵活的提供需要的2Mbit/s通道。它有非常成熟的标准和产品, 安全性、适用性和可用性都非常强, 是世界各国电信传输的基础, 其兼容TM、REG、DXC等技术模式, 并可以在各种模式之间灵活转换。

3. ATM技术。

该技术是异步、传输和模式的英文缩写, 意为异步传输模式, 该模式可以实现不同信息系统之间的传递和转换, 例如电话、视频、IP数据等。该技术可以承载各种不同业务和流量之间的划分, 并对其分析, 实现数据的集成处理。

4. IP技术。

IP技术是互联网迅速普及的后果, 当前比较先进的IP承载系统有SDH、ATM和宽带IP, 其中又以宽带IP为最优。由于轨道通信系网络并非专业地IP业务, 其不适合在骨干网络中传输。但是宽带IP将成为未来传输系统的发展趋势。

5. IPover SDH与IPover WDM。

以IP业务为主的数据业务是当前信息传输发展的主要技术标志。目前, ATM和SDH均能支持IP, 分别称为IPover ATM和IPover SDH, 两者各有千秋。IPover ATM利用ATM的速度快、多业务支持能力的优点以及IP的简单、灵活、易扩充和统一性的特点, 可以达到优势互补的目的。

6. 以太网技术。

该技术也是一个重要承载技术, 但是与媒体无关, 可以透明地将电缆和各种光纤对接。该技术比较适宜处理突发的IP数据流, 采用了异步工作方式, 具有很好的扩展性能, 其速率可以扩展至10Gbit/s。其最大的特点是可以在光线上以最大速度传输, 减少网管开支, 提高网络结构。

三、传输技术应用及选择

传输系统是轨道交通通信系统的骨干网, 它既要考虑通信发展的方向, 又要考虑轨道交通的安全, 还要考虑轨道交通通信业务的多样性、复杂性而对通信系统业务接口的要求。因此, 传输系统选用IPover SDH和综合业务接入相结合是最佳选择。IPover SDH的优点是:对IP路由的支持能力强, 具有很高的IP传输效率;符合Internet业务的特点, 如有利于实施多播方式;能利用SDH技术本身的环路和网络自愈合能力达到链路纠错的目的;同时又利用OSPF协议防止链路故障造成网络停顿, 提高网络的稳定性;将IP网络技术建立在SDH传输平台上, 可以很容易地跨越地区和国界, 兼容不同技术标准实施全球联网;省略了ATM层, 简化了网络结构, 降低了运行成本。

摘要：本论文以城市轨道系统为着眼点, 抓住其主要特点, 解析了城市轨道交通在通信过程中传输系统的技术, 希望为城市轨道交通通信的发展提供一些思路和建议。

低轨道卫星通信研究 篇6

一、当前我国机车信号运用的主要问题

1 机车信号标准化有待完善

我国机车信号标准化工作经过多年探索, 充分借鉴国外先进经验, 因地制宜地在不同线路的区段内依然采用不同的闭塞分区, 并不断改进, 但是, 由于各个闭塞分区内采用先对独立的相关设备设施, 并且闭塞分区之间的设备设施难以兼容, 导致列车在通过多个闭塞分区时, 需安装多套信号控制设备, 一定程度上增加了运输成本和运营风险。

2 机车提速与跨线信号引导不健全

经过多次大幅提速, 我国轨道交通提速里程现已达到13000km。但路段经过的各闭塞分区速度仍未能实现统一, 并且沿线相关设施设备也未能进行相应的升级改造。在现行的轨道交通信号控制标准中, 半自动闭塞和三显示自动闭塞区段中的黄绿显示信号含义明显不同, 因此, 在轨道交通列车实际运行过程中, 需要对相关信息加以区别对待。特别是在列车即将进入车站之前, 信号控制提示信息相对较少, 进而导致列车速度有效控制距离较短, 存在一定安全隐患, 因此, 亟需通过制修订相关标准来予以完善。

3“黄闪黄”问题

目前的轨道交通信号控制标准中, 对于“黄色闪光”及“黄色灯光”等信号含义进行了明确的定义, 但是对于信号控制系统“黄闪黄”或者“两个黄灯闪烁”的相关信息含义却没有明确定义。因此, 在列车实际运行过程中, 驾驶人员遇到上述信号提示时, 只能按照控制速度理解, 对于轨道交通运行效率等造成了一定的影响, 因此, 建议有关部门尽快明确“黄闪黄”的确切信息含义标准。

二、亟待规范的轨道交通信号控制相关标准

1 明确速差信号的含义

目前, 在城市轨道交通运行实际过程中, 主要采用非速差制和速差制信号两种显示方式。其中, 速差信号通过不同的信号显示方式提示列车控制当前行驶速度, 代表着当前轨道交通信号控制领域主流方向, 在世界范围内得到了推广。随着我国轨道交通持续提速, 以及四显示闭塞分区管理模式的广泛应用, 其信号显示方式中的速差信息含义也正在逐步拓展。因此, 建议进一步明确提出要减速到规定的速度等级, 并通过接近的地面信号机传达给通行列车。

2 明确码序的定义

根据现行技术规范, 当轨道交通信号控制系统绿黄灯显示时, 表示提示驾驶人员前方可能是黄灯要减速, 要求其降低驾驶速度, 但对于信号的下一个提示信息并没有明确的规定。因此, 在相关技术标准的制修订过程中, 应对于进站信号的两个黄灯显示上, 进一步明确其码序定义, 并随着主体化机车信号和超速防护系统的推广加以实施。例如, 明确规定, 收到黄2闪光信息时, 在通过前方信号机后, 下一个信号是双半黄闪光信息;收到黄2灯光信息时, 在通过前方信号机后, 下一个信号是双半黄灯光信息。由此, 机车驾驶员就可以提前两个闭塞分区获知进站信号机提示的进侧线命令, 以明显增强预告性。

3 补充制定信息定义及显示方式

当前, 为提高列车侧线通过速度, 尽管相关标准中补充了进站信号机“一个黄色闪光和一个黄色灯光”的确切信号定义, 现行轨道交通信号控制标准中, 对于该信息的以及相关信号含义并没有明确加以规定, 直接导致轨道列车在实际行进过程中的速度受到限制, 进而影响了该条线路的通行效率。我国轨道交通经过多次提速, 列车制动距离明显增加, 三显示闭塞分区管理模式的进站口信号显示方式难以满足实际需求, 存在一定的安全隐患。鉴于此, 要解决上述问题, 机车驾驶员必须在预告处就明确获知该信号是指示列车通过, 还是在正线、测线、机外停车, 以便司机要提前减速度, 进而提高通过能力。因此, 建议相关标准在三显示闭塞分区段采取四显示的处理方式, 并在提速半自动闭塞分区上增加地面发码区段, 以提高通过能力。

结语

综上所述, 基于公开通信协议的轨道交通信号控制标准化是一项跨信号控制技术领域、应用范围广的工作, 轨道交通信号控制领域相关标准的完善, 既要考虑信号具体信息的兼容性, 确保相关标准的制修订要结合我国轨道交通发展实际需求, 并且符合我国轨道交通所有区段的需要, 同时还要考虑在具体实施过程中, 现有设备改造工作量的大小, 以降低对轨道交通秩序的干扰程度。

参考文献

[1]金治富, 翟润平.过饱和交叉口的动态最优控制策略[J].道路交通与安全, 2006 (03) .

[2]李琳, 金双泉.确定城市干道检测器最佳布设位置的仿真研究[J].湖南交通科技, 2005 (03) .

[3]韩悦臻, 曹三鹏.城市道路交通状态指标体系设计探讨[J].公路, 2005 (06) .

[4]何宁, 杨涛, 李朝阳, 钱林波.信号交叉口延误及排队长度的实证研究和应用[J].公路交通科技, 2002 (05) .

低轨道卫星通信研究 篇7

1.1第一轮建设规划

2008年, 合肥市编制完成第一轮建设规划《合肥市城市轨道交通近期建设规划 (2009-2016年) 》, 提出至2016年合肥城市轨道交通建设方案由1号线和2号线组成, 形成“十”字形的基本骨架, 建设方案线路总长53km。2012年6月, 1号线全线开工;2013年2月, 2号线潜山路站开工;预计1、2号线分别于2016年和2017年建成通车运营。

1.2第二轮建设规划

2014年, 合肥市编制完成第二轮建设规划《合肥市城市轨道交通近期建设规划 (2014-2020) 》, 提出近期 (2016-2020年) 新建轨道交通3、4、5号线。其中, 3号线:全长37.4km, 共33个站, 于2014年10月开工建设, 2019年10月建成通车;4号线:全长36km, 共28个站, 计划2015年开工建设, 2020年中建成通车;5号线:全长40.3km, 共34个站, 计划2016年开工建设, 2020年底建成通车。

二、轨道交通线网专用无线通信系统频率规划的必要性

轨道交通建设作为城市市政基本建设, 是提高城市经济建设步伐的必要保障之一, 同时也是反映城市综合实力的一项重要指标。轨道交通运输安全直接关系到人民的生命财产, 而轨道交通的专用无线通信系统是保证列车运输安全的基本保证。

轨道交通专用无线通信系统在轨道交通运输中起着举足轻重的作用, 其专用性、特殊性 (大部分运营区间位于地下) 和极高的可靠性、可用性要求也决定了轨道交通专用无线通信应该建立自己的专用无线通信网。至2020年, 根据合肥城市轨道交通建设规划, 将相继开通1、2、3、4、5等5条城市轨道交通线路, 各条线均需相应建设无线通信系统和安排指配频率。

为了节省宝贵的无线频率资源, 最大限度地合理利用这部分频率资源, 进行合肥城市轨道交通线网专用无线通信系统频率规划非常必要。

三、轨道交通专用无线通信系统频率规划方案研究

3.1基站载频数配置

轨道交通专用无线通信系统主要业务有:调度通信、电话互联通信、数据通信。根据其他城市轨道交通经验和运营数据, 测算无线通信系统话务量。网络话务量模型如下表所示:

参考其他地铁无线通信使用情况的调查分析, 正常运营时每站最大用户数不大于20人, 紧急情况下按70人计算, 则每个基站话务量为0.875 Erl,

按爱尔兰C表, 所需信道数为4个。在TETRA系统中, 基站的第一个载频提供3个业务信道和1个控制信道, 而每增加1个载频提供3~4个业务信道, 故每基站按两载频配置。

3.2频率分配

根据CCIR901所建议的互调最小的等间隔频率指配。其中800MHz集群通信系统占用806~821MHz (移动台发、基站收) 和851~866MHz (基站发、移动台收) 两段频率, 收发间隔45MHz, 每段15MHz, 每个载频间隔为25KHz, 总共600个载频。600个载频划分为三小段, 每小段200个载频。每200个载频又分为10个大组, 每大组分成2个中组, 每中组10个载频。轨道交通线路车站安装的都是两载频基站, 因此每个车站使用的频率是由2对频率构成的载频组, 要求所有频率间隔最小为20个载频, 同时每组 (同一基站) 2个工作载频之间的间隔最小为40个载频, 即40×25KHz=1MHz, 以减小互调干扰的影响, 并便于提高基站发射合路器的隔离度指标。

3.3频率申请原则

1、在满足合肥城市轨道交通线网 (1—5号线) 专用无线通信的使用需求的基础上, 考虑需要使用的频率数量。

2、尽可能降低和减少各种类型的频率干扰。频率干扰的类型有同频干扰、邻道干扰、互调干扰等。而频率配置主要考虑频率在地域上的复用。

3、采用CCIR901报告所建议的互调最小的等间隔频率指配。基站载频之间频率的间隔尽可能加大。

3、为提高频率利用率, 在移动通信系统中, 通常采用多小区频率复用技术, 在链状网中, 通常采用三频组频率ABC复用方式, 以提高频率利用率并尽可能减小同频干扰的影响。

5、合肥城市轨道交通线网 (1—5号线) 共有11个换乘车站, 换乘站由2条及以上的线路经过, 专用无线通信系统需要采用两组及以上的频率信号进行覆盖, 控制换乘站频率干扰。

3.4频率规划

纵观合肥城市轨道交通的近期和远景规划, 完整的轨道交通网络存在3线轨道换乘站 (如:高铁南站) , 在这些换乘站中三条线路的基站均须对其进行网络覆盖, 即在该换乘站中需要3组频率。由于地上、地下空间均采用漏缆方式覆盖, 其信号覆盖针对性强, 不易对其他区间产生干扰。因此, 建议线路覆盖可以采用A、B、C的方式进行频率复用。对于, 车辆段、停车场的开放区域, 采用天线空间波的方式进行信号覆盖。根据以往的其他城市轨道交通的特点, 对于轨道交通各条线路的车辆段和停车场, 一般各自单独复用一组频率。

滨湖控制中心是轨道交通1、2、3、4、5号线的控制中心, 其调度大厅需进行信号覆盖。控制中心一般为地面建筑, 而其就近车站一般为地下车站, 考虑到OCC只作调度大厅的室内信号覆盖, 在进行系统信号覆盖设计时尽量控制信号的覆盖范围, 因此采用从就近车站引出信号进行调度大厅的信号覆盖。考虑到消防、公安及灾备等特殊条件下, 同时结合其他城市轨道交通的特点, 还需要申请应急备用频率一组, 脱网直通模式下单独使用一组。

综上所述, 区间正线3组、换乘站 (2、3线换乘) 3组, 停车场1组, 车辆段1组, 脱网直通1组, 备用1组, 共需频率10组20对频率。

四、结语

合肥市无线频率资源紧缺, 市政、公安、机场、企业等各行各业对无线频率资源的需求越来越多, 必须合理规划频率区域, 进行频率复用, 提高频率利用率。轨道交通专用无线通信系统是运营管理不可缺少的通信工具, 应充分利用有限的频率资源为轨道交通服务。

遵循总体规划、合理利用、优化配置、确保应用的原则, 根据轨道交通网对无线通信系统的需求, 提出一个合理、先进、可扩充的数字集群网络方案, 结合该网络方案提出合肥城市轨道交通线路专用无线通信系统频率规划方案。

摘要：根据合肥轨道交通建设规划情况, 分析合肥市轨道交通专用无线通信系统频率的复用模式, 合理规划频率, 节约频率资源, 提高频率利用率。

关键词：轨道交通,专用无线通信,频率复用,频率规划

参考文献

[1]合肥轨道公司《合肥市城市轨道交通近期建设规划 (2009-2016年) 》

[2]合肥轨道公司《合肥市城市轨道交通近期建设规划 (2014-2020年) 》

[3]合肥轨道公司合肥市轨道交通1号线、2号线设计文件

[4]信息产业部《800MHz数字集群通信频率台 (站) 管理规定》信部无[2007]173号文

低轨道卫星通信研究 篇8

Zig Bee是一种新兴的短距离、低功耗、低复杂度、低数据传输速率、低成本的双向无线网络通信技术。它主要用于近距离无线连接,适合于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备中,同时支持地理定位功能。它有自己的无线电标准,可以在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。而这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,所以它们的通信效率非常高。最后,这些数据就可以进入计算机,用于分析或者被另外一个无线技术如Wi Max收集。

Zig Bee的基础是IEEE802.15.4,这是IEEE无线个人区域网(Personal Area Network,PAN)工作组的一项标准,被称作IEEE802.15.4(Zig Bee)技术标准。Zig Bee不仅只是802.15.4的名字。由于IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议,因此Zig Bee联盟对其网络层协议和API(应用编程接口)进行了标准化。Zig Bee的终端设备只需占用4K字节的通信资源,而作为Hub(网络集线器或网络中心)或路由器的Zig Bee协调器需要占用32K字节的通信资源。每个协调器可连接多达254个节点,几个协调器则可形成一个网络,对路由传输的数目则没有限制。另外Zig Bee联盟还开发了安全层,以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识,以及保证这种利用网络的远距离传输不会被其它节点获得。

2 Zig Bee的技术特点

由于Zig Bee物理层、MAC层、网络层和应用层的特殊设计,使得Zig Bee具有以下一些特点:

数据传输速率低:只有10kbps到250kbps,专注于低传输应用。

低功耗:由于工作周期较短、收发信息功耗较低且采用了休眠模式,可以确保两节五号电池支持长达六个月到两年左右的使用时间。由于不同应用具有不同的功耗,因此具体的使用时间还受到具体应用的影响。

数据传输可靠性高:采用了碰撞避免机制,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避免了发送数据时的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输机制,发送的每个数据包都必须等待接收方的确认信息。

网络容量大:一个Zig Bee设备可以与另外254个设备相连接,一个Zig Bee网络可以容纳最多65536个从设备和一个主设备,一个区域内可以同时存在最低100个Zig Bee网络。

时延小:Zig Bee针对时延敏感的应用做了优化,通信时延和休眠状态激活的时延都非常短。设备搜索时延典型值为30ms,休眠激活时延典型值为15ms,活动设备信道接入时延为15ms。

有效范围小:有效覆盖范围在10~75米之间,具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定,基本上能够覆盖普通家庭或办公环境。

工作频段灵活:使用的频段分别为2.4GHz(全球)、868MHz(欧洲)以及915MHz(美国),均为免执照频段。

兼容性好:与现有的控制网络标准无缝集成。通过网络谐调器(Coordinator)自动建立网络,采用CSMA-CA方式进行信道存取。为了可靠传递,提供全握手协议。

安全性高:Zig Bee提供了数据完整性检查和鉴权功能,加密算法采用AES-128,同时各个应用可以灵活确定其安全属性。

实现成本低:模块的初始成本估计在6美元左右,很快就能降低1.5~2.5美元,且Zig Bee协议是免专利费的。

协议套件紧凑而简单:Zig Bee的具体实现的要求很低。Zig Bee协议套件的需求估计:8位微处理器,如80C51;全协议套件软件需要32K字节的ROM;最小协议套件软件大约4K字节的ROM。

3 ZigBee与蓝牙的比较

蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范,其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的无线电空中接口,将通信技术与计算机技术进一步结合起来,使各种3C设备在没有电线或电缆相互连接的情况下,能在近距离范围内实现相互通信或操作,它是一种低成本、低功率无线“线缆替代”技术。其传输频段为全球公众通用的2.4GHz ISM频段,提供2Mbps的传输速率和10米~100米的传输距离。

蓝牙技术已经为人们带来了设备之间以无线方式交换数据的新体验,并且得到了预期的迅猛发展。然而ZigBee协议的提出,其低成本的特性无疑给蓝牙带来了巨大的挑战,甚至有人认为Zig Bee有取代蓝牙的可能。下面就将Zig Bee与蓝牙做一简单比较,如表1所示。

Zig Bee技术的目标不是要和蓝牙技术竞争,而是要补充蓝牙技术的盲区。蓝牙技术的特性使它更适合于音频、视频和图像等多媒体设备,以及需要经常交换大量数据的设备。而Zig Bee技术更适合于轻巧的便携式设备、数据交换量不高的设备、无线控制设备和需要大量挂接的设备。

虽然Zig Bee和蓝牙共同工作在2.4GHz的频率上,但它们之间的干扰却微乎其微。Zig Bee模块在未投入使用的情况下属于低功耗的休眠状态,因此,对蓝牙设备的数据传输造成干扰的可能性极小。反之,如果蓝牙设备对ZigBee设备的数据传输造成干扰,以至丢失数据包,Zig Bee的发送方将收不到接收方的反馈,则发送方将重新发送数据,直到数据被正确传输为止。

蓝牙技术填补了远距离和中距离无线技术顾及不到的盲区,使人们感受到无线技术在设备间传输数据的便利,并成功地推动了短距离无线连接技术的应用。而Zig Bee技术又填补了蓝牙技术的空白,并以其低功耗和低成本的特性逐渐显示出它在某些领域的优势。

4 Zig Bee的应用及发展前景

通常,符合如下条件之一的应用,就可以考虑采用Zigbee技术做无线传输:

1)需要数据采集或监控的网点多;2)要求传输的数据量不大,而要求设备成本低;3)要求数据传输可性高,安全性高;4)设备体积很小,不便放置较大的充电电池或者电源模块;5)电池供电;6)地形复杂,监测点多,需要较大的网络覆盖;7)现有移动网络的覆盖盲区;8)使用现存移动网络进行低数据量传输的遥测遥控系统;9)使用GPS效果差,或成本太高的局部区域移动目标的定位应用。

鉴于以上特性,Zig Bee在今后有望成为无线网络的主流技术,而且支持Zig Bee的设备的价格会越来越低。Zig Bee将会在工业、办公以及家庭自动化得到广泛的应用。

1)在工业领域,利用传感器和Zig Bee网络,使得数据的自动采集、分析和处理变得更加容易,可以作为决策辅助系统的重要组成部分。例如危险化学试验的成功检测,火警的早期检测和预报,高速旋转机器的检测和维护。这些应用不需要很高的数据吞吐量和连续的状态更新,重点在于低功耗,从而最大程度的延长电池的寿命,减少Zig Bee网络的维护成本。

2)在医学领域,将借助于各种传感器和Zig Bee网络,准确且实时的监测每个病人的血压、体温和心跳速度等信息,从而减少医生查房的工作负担,有助于医生做出快速的反应,特别是对重病和病危患者的监护和治疗。

3)在办公自动化领域,可以借助Zig Bee传感器进行照明控制,使用传感器检测周围环境,只有检测到人来的时候才将照明开关打开。该系统还可以通过Zig Bee网络进行集中控制。

4)在家庭自动化领域,Zig Bee可用于安全系统,温度控制装置等方面。另外将Zig Bee用于遥控装置的优点在于不像目前采用的红外装置那样会受到角度的限制。而且Zig Bee支持各种网络结构,更容易扩展覆盖范围。同时由于Zig Bee设备功耗低,电池的使用寿命也和红外装置的差不多。

另外,由于Zig Bee的低延迟特性,Zig Bee还可以用于PC机的外设。例如带反馈的无线游戏垫或手柄可以充分利用Zig Bee的低延迟特性,其性能与有线控制器是一样。

参考文献

[1]瞿雷,刘盛德,等.ZigBee技术及应用[M].北京航空航天大学出版社,2007.

[2]吕治安.ZigBee网络原理与应用开发[M].北京航空航天大学出版社,2008.

[3]李文仲,段朝玉.ZigBee无线网络技术入门与实战[M].北京航空航天大学出版社,2008.