卫星通信技术发展概述

卫星通信技术发展概述（精选九篇）

卫星通信技术发展概述 篇1

卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波,在两个或多个地球站之间进行的通信。它是微波通信和航天技术基础上发展起来的一门新兴的无线通信技术,所使用的无线电波频率为微波频段(300MHz~300GHz,即波段1m~1mm)。这种利用人造地球卫星在地球站之间进行通信的通信系统,则称为卫星通信系统,而把用于现实通信目的的人造卫星称为通信卫星,其作用相当于离地面很高的中继站,因此,可以认为卫星通信是地面微波中继通信的继承和发展,是微波接力通向太空的延伸[1]。

卫星通信是空间通信的一种形式,它主要包括卫星固定通信、卫星移动通信和卫星直接广播三大领域。由于卫星通信具有覆盖面大、频带宽、容量大、适用于多种业务、性能稳定可靠、机动灵活、不受地理条件限制、成本与通信距离无关等优点。多年来,它在国际通信、国内通信、军事通信、移动通信和广播电视等领域得到了广泛应用[2]。下面我们就从卫星通信的发展简史、现状、趋势等方面对卫星通信进行概括和综述。

2 卫星通信发展简史

1945年10月,英国科学家阿瑟·克拉克发表文章,提出利用同步卫星进行全球无线电通信的科学设想。20年后这一设想才变成了现实。通过不断研究和试验,1964年8月美国发射的第三颗"新康姆"卫星定位于东经155°的赤道上空,通过它成功地进行了电话、电视和传真的传输试验,并于1964年秋用它向美国转播了在日本东京举行的奥林匹克运动会实况。至此,卫星通信的早期试验阶段基本结束。20世纪60年代中期,卫星通信进入实用阶段。1965年4月,西方国家财团组成的"国际卫星通信组织"将第1代"国际通信卫星"(INTELSAT-Ⅰ,简记IS-Ⅰ,原名晨鸟)射入西经35°W的大西洋上空的静止同步轨道,正式承担欧美大陆之间商业通信和国际通信业务。两周后,原苏联也成功地发射了第一颗非同步通信卫星"闪电-1"进入倾角为65°、远地点为40000km、近地点为500km的准同步轨道(运行周期12h),对其北方、西伯利亚、中亚地区提供电视、广播、传真和一些电话业务。这标志着卫星通信开始了国际通信业务。20世纪70年代初期,卫星通信进入国内通信。1972年,加拿大首次发射了国内通信卫星"ANIK",率先开展了国内卫星通信业务,获得了明显的规模经济效益。地球站开始采用21m、18m、10m等较小口径天线,用几百瓦级行波管发射级、常温参量放大器接收机等使地球站向小型化迈进,成本也大为下降。此间还出现了海事卫星通信系统,通过大型岸上地球站转接,为海运船只提供通信服务。20世纪80年代,VSAT(Very Small Aperture Terminal,甚小口径终端)卫星通信系统问世,卫星通信进入突破性的发展阶段。VSAT是集通信、电子计算机技术为一体的固态化、智能化的小型无人值守地球站。VSAT技术的发展,为大量专业卫星通信网的发展创造了条件,开拓了卫星通信应用发展的新局面。20世纪90年代,中、低轨道移动卫星通信的出现和发展开辟了全球个人通信的新纪元,大大加速了社会信息化的进程[3]。

我国卫星的研究和使用始于20世纪70年代初。1972年我国租用国际第4代卫星(IS-Ⅳ),引进国外设备,在北京和上海建立了4座大型地球站,首次开展了商业性的国际卫星通信业务。1984年4月8日,我国成功地发射了第一颗试验通信卫星(STW-1),它定点于东经125°赤道上空。1988年3月7日和12月22日,我国又相继成功发射了2颗经过改进的实用通信卫星,分别定点于东经87.5°、110.5°赤道上空。1990年2月4日,我国成功地发射了第5颗卫星,定点于东经98°赤道上空,同年春又将亚洲一号卫星(24个转发器)送入了预定轨道。1997年5月12日,中国成功发射了第3代通信卫星"东方红三号(DFH-3)"卫星,主要用于电视传输、电话、电报、传真、广播和数据传输等业务[4]。目前,全国已有近400个市、县通过卫星可与180多个国家和地区进行远地通信。每个省级电视台都有1~2套卫星电视节目。今后还将发射具有更多转发器的卫星,以使我国卫星通信的水平进入一个新的阶段。

3 卫星通信发展现状

随着科学技术的进步和人们对通信需求的日益增长,卫星通信技术发展非常迅速。因此,在实际应用中有不同形式和类别的卫星通信系统。按业务划分,主要包括卫星固定通信、卫星移动通信和卫星直接广播等领域,下面主要对这三个领域分别进行介绍。

3.1 卫星固定通信现状

至2005年底,全球经营卫星固定通信业务的公司约有30个,共拥有200多颗在轨静止卫星。其中SES全球公司拥有37颗、国际通信卫星公司拥有28颗、泛美卫星公司拥有24颗、欧洲通信卫星公司拥有22颗,四家公司共拥有卫星数,占全球卫星数的50%以上[5]。

以上卫星中具有代表性的先进卫星有阿尼克-F2(Anik-F2)和iPSTAR等卫星。阿尼克-F2 卫星是加拿大电信卫星公司(Telesat)于2004年7月发射的世界上第一颗面向大众消费者的商用宽带卫星,它具有94台转发器,其中C频段24台、Ku频段32台、Ka频段38台,Ka频段有38个点波束,小部分转发器有星上处理功能,整星功率16kW,卫星重量5950kg。iPSTAR 卫星是泰国Shin公司2005年8月发射的迄今世界上通信容量最大的商用宽带卫星,它的Ku频段用户链路有84个点波束、3个赋形通信波束、7个赋形广播波束,Ka 频段馈线链路有18个点波束,共有114台转发器,通信总容量45Gbit/s,相当于1000个以上常规36MHz带宽转发器容量,整星功率15kW,卫星重量6300kg[6]。

在国内方面,截至2005年底,全国建有国际、国内通信广播地球站80多座,连接世界180多个国家和地区的国际卫星通信话路达2.7万多条。中国已建成国内卫星公众通信网,国内卫星通信话路达7万多条,初步解决了边远地区的通信问题。已建立了100多个卫星通信公用网和专用网。各类甚小口径终端站达5万多个,其中包括金融、气象、交通、石油、水利、民航、电力、卫生和新闻等部门的专用通信网80多个,经营甚小口径终端通信业务的公用网约30个。

3.2 卫星移动通信现状

卫星移动通信是指利用通信卫星作中继站实现移动用户之间或移动用户与固定用户之间相互通信的一种通信方式。它是传统的卫星固定通信与地面移动通信交叉结合的产物。从表现形式来看,它既是一个提供移动业务的卫星通信系统,又是一个采用卫星作中继站的移动通信系统,所利用的卫星既可以是对地静止轨道(GSO)卫星,也可以是非静止轨道(NGSO)卫星[8,9]。

静止轨道卫星移动通信中,有"国际海事卫星"(Inmarsat)系统、移动卫星-2(MSAT-2)系统、亚洲蜂窝卫星(ACeS)系统、瑟拉亚卫星(Thuraya)系统等。上述系统中波束覆盖包含中国的有"国际移动卫星"系统和亚洲蜂窝卫星系统。

"国际海事卫星"系统是由国际移动卫星公司经营的全球卫星移动通信系统。自1982 年开始经营以来,该系统卫星已发展到第4代。第4代卫星有2颗,第一颗Inmarsat-4 F1 于2005年3月发射成功,卫星总重5959kg。该星采用了一副能产生多波束的9m直径的L频段大天线和一台具有信道选择和波束成形功能的透明弯管式数字信号处理器(DSP),共有200个窄点波束、19个宽点波束和1个全球波束,其点波束提供用户终端的卫星等效全向辐射功率强度高达67dBW,它的应用将使用户终端进一步小型化,实现手持式用户终端电话通信,并使通信数据速率进一步提高,实现432kbit/s高清晰视频直播移动通信。Inmarsat-4卫星支持所有Inmarsat业务和宽带全球区域网(BGAN)新业务。后者包含因特网、内部网、视频点播、视频会议等接入业务[10,11]。

亚洲蜂窝卫星(ACeS)系统是由印度尼西亚等国家建立起来的区域性个人卫星移动通信系统。该星于2000 年2 月发射成功,卫星重4500kg,功率为14kW,服务区覆盖整个亚洲。星上装有两副12m直径的L频段收发大天线,共有140个点波束,覆盖我国约为45个点波束,其等效全向辐射功率强度高达73dBW。该星可支持20000条话音信道及200万用户。地面用户终端有固定式、移动式、便携式和手持式,可向用户提供双模的话音、传真、低速数据以及区域性漫游等项业务[12,13]。

低轨道卫星移动通信中,有铱系统(Iridium)、全球星系统(Globalstar)和轨道通信系统(Orbcomm)等。

铱系统是由66颗低轨卫星组成的全球卫星移动通信系统,1998年11月开始商业运营,2000年3月破产,2001年新的铱卫星公司成立,并重新提供通信服务。该系统全球覆盖包含两极地区,星上转发器采用先进的处理和交换技术,多点波束天线,且有星际链路,是最先进的低轨卫星通信系统;其星际链路和馈线链路为Ka频段,用户链路为L频段,它提供电话、传真、数据和寻呼等业务。用户终端有单模、双模和三模手机,车载机和固定终端。

全球星系统是由48颗低轨卫星组成的全球卫星移动通信系统,1999年开始商业运营。卫星采用透明转发器,多波束天线,用户链路和馈线链路同为VHF频段,向用户提供寻呼、传真、短数据和定位等业务。用户终端有手机、车载、机载、船载等移动终端,以及半固定和固定终端[14,15]。

轨道通信系统是由36~48颗低轨卫星组成的全球卫星移动通信系统,1997 年开始商业运营。卫星采用处理转发器、单波束天线,终端为单模手机和寻呼机。

中国作为国际海事卫星组织成员国已建成覆盖全球的海事卫星通信网络,跨入了国际移动卫星通信应用领域的先进行列。

3.3 卫星直接广播现状

卫星直接广播分为电视直接广播(简称电视直播)和声音直接广播(简称声音直播)。

卫星电视直播可用卫星广播业务(BSS)频段的广播卫星或卫星固定业务(FSS)频段的通信卫星,前者一般称直接广播(DBS)业务,后者称直接到户(DTH)业务。这两种卫星都是静止轨道卫星,公众用户都可使用电视接收终端直接收看这两种卫星广播的电视节目[12]。

在美国,现卫星电视直播业务主要工作于两种频段:一种为C频段中功率卫星转发器,另一种为Ku频段高功率卫星转发器。此外,2005年已发射的Spaceway-1卫星上使用了Ka频段转发器。C频段卫星系统现有20多颗卫星提供约250多套电视频道节目和70多个音频节目。地面可用约2m口径接收天线从上述卫星中直接接收电视信号。美国DirecTV和Dish Network两大公司为美国BSS业务Ku频段数字卫星电视直播业务主要经营商。两者现有在轨卫星近20颗,向全国和各州约提供1500套数字电视和音频节目。用户可用0.45m口径接收天线直接从卫星接收到符合要求的电视信号。截至2006年6月底,这两家公司的用户总数已达到2797.3万户[16]。

欧洲地区的卫星电视直播业务空间段运营商主要为SES全球公司和欧洲通信卫星公司。SES全球公司在欧洲的ASTRA卫星系列和欧洲通信卫星公司的Hot Bird等卫星系列都担负着欧洲地区卫星电视直播和宽带通信等任务。这两个卫星系列很注重以多星共位方式来扩展频谱资源利用,其中共位数最大的是ASTRA系列在19.2°E轨位用7颗卫星共位,Hot Bird系列在13°E轨位用5颗卫星共位。ASTRA系列19.2°E轨位7星集成后的综合效果使其拥有频谱资源达2GHz宽度的FSS和BSS业务的Ku频段及500MHz宽度的Ka频段,使其120台Ku频段转发器同时工作,任一转发器既有同星备份又有异星备份,用户从一个轨位可接收到120台转发器提供的600套节目中的任一套节目。截至2006年6月底,欧洲最大的卫星电视直播公司之一英国天空广播公司(BSkyB)的卫星电视用户数已达817.6万户。

国外,在卫星固定电视基础上还发展了移动电视。卫星移动电视的实质就是卫视直播加上可跟踪直播卫星的移动终端,关键是解决移动跟踪天线及其成本问题。卫星移动电视的主要目标是汽车市场,也包括船舶、飞机等。据Frost & Sullivan市场调查公司2003年的研究报告:到2007年将近有1000万辆车会安装视频系统[16]。

卫星声音直播主要利用卫星直接向个体用户和交通工具用户传送音频、视频广播节目。现有L频段的非洲星、亚洲星,S频段的Sirius-1、Sirius-2、Sirius-3、XM-1、XM-2、XM-3(替代XM-1)、MBSAT等卫星在轨运营,提供服务。

在卫星电视广播业务方面,中国已建成覆盖全球的卫星电视广播系统和覆盖全国的卫星电视教育系统,全国共有卫星广播电视上行站34座,卫星电视广播接收站超过20万座。中国从1985年开始利用卫星传送广播电视节目,目前已形成了占用33个通信卫星转发器的卫星传输覆盖网,负责传送中央、地方电视节目和教育电视节目共计47套,以及中央32路对内、对外广播节目和近40套地方广播节目。卫星广播电视业务的开展与应用提高了全国广播电视,特别是广大农村地区广播电视的有效覆盖范围和覆盖质量,卫星通信广播技术在"村村通广播电视"和"村村通电话"工程中发挥了不可替代的作用。卫星远程教育宽带网和卫星远程医疗网初具规模。2007年12月25日,由中国卫星通信集团公司和中国航天科技集团公司共同发起并投资组建的中国直播卫星有限公司在京隆重揭牌。该公司拥有中卫1号、鑫诺1号、鑫诺3号、中星6B等地球同步轨道卫星,同时正在建设的中星9号、鑫诺4号和鑫诺6号卫星也按计划有序展开,初步形成了规模化发展格局。2008年6月9日,"中星9号"直播卫星发射升空。该卫星可满足广播电视客户的多层次的需求,在2008北京奥运会期间成功为广大观众传输数量丰富、清晰可靠的广播电视节目[17]。

4 卫星通信的发展趋势及我国卫星通信的发展目标

4.1 卫星通信的发展趋势

未来卫星固定通信发展的趋势是:为实现国际卫星固定通信的重大变革并为适应高清电视传输和因特网接入需求,卫星宽带通信业务已成为卫星固定通信业务的主要发展方向。使用宽带网用户只需安装一个终端,既可收看高清电视,也可接入宽带因特网上网操作。当前,国际上卫星宽带通信业务发展主要表现在两方面:一方面是在传统的VSAT技术基础上开发新产品并利用现有的C频段和Ku频段卫星资源,快速地建立起宽带通信系统,以满足用户急需,并与快速发展的地面宽带通信业务竞争中争取生存空间;另一方面是发展频率更高的Ka等频段新型卫星宽带通信系统,以适应新业务的需求,并力争与发展中的地面宽带通信系统相适应,起到应有的补充和延伸作用。

未来卫星移动通信发展的总趋势是:从便携式用户终端向手持式用户终端扩展;从单一的话音业务向多种业务发展;从窄带业务向宽带业务发展;从单独组网到多网互连发展。这里的多网互连即借助地面通信网的优势,实现与地面通信网的互连互通和在多制式网络中的相互漫游。最后与地面通信网络组成无缝隙覆盖全球的个人通信系统。

未来卫星直播通信发展的总趋势是:DBS业务与DTH业务融合,信源编码和信道传输调制采用新技术和新体制,以改善系统的传输性能,提高卫星转发器带宽和功率利用率。在标清数字电视基础上,发展高清数字电视直播业务;建立太空电影院,直播数字电影,促进电影业发展。为扩大容量更好地为高清电视服务,由使用频率较低的S、C频段和较高的Ku频段已发展到使用频率更高的Ka频段。利用大波束播放全国性节目或其它节目,点波束播放地方节目。采用多颗卫星异频段和同频段于同一轨位工作,以扩大空间段容量和提高为用户服务的可能性。同一幅用户站接收天线,在不改变指向下接收来自多个轨位上卫星的电视节目。用户终端由单向接收式发展为双向交互式,以提供用户点播等服务。随着卫星电视直播和声音直播移动接收方式发展,它标志着卫星直播业务已从固定接收方式扩大为移动接收方式。从而使其用户主要为企、事业单位和家庭扩大为个人和各种移动载体(汽车、船舶等交通工具)。

随着卫星固定通信、卫星移动通信、卫星直接广播三种通信方式融合,地面电信网、计算机网和有线电视网三网融合,各种卫星通信网与各种地面通信网互连互通,未来的通信网,必将是一个包括地下的光缆,地面的微波和蜂窝移动通信,低轨道、中轨道以及静止轨道的通信卫星系统组成的服务于全球的混合通信网。它们之间既可以单独组成通信系统,又可以在不同系统间互连互通,真正构成全球无缝隙覆盖的天地一体化的海、陆、空、天共用的能够提供各种带宽和多种业务的综合通信网。在此种综合通信网中,任何个人可在任何地点、任何时间、与任何对象(人或计算机)互通任何信息(语言、图像、文字和数据等),它将标志着真正个人通信时代的到来[7]。

4.2 我国卫星通信的发展目标

在卫星固定通信方面:管好、用好现有卫星通信系统,积极发展新业务、新市场、新系统;自主建设并运营以VSAT设备为主体覆盖全国的卫星公用通信网;大力发展国产卫星和地球站,逐步提高国产设备市场占有率;自主建设并运营星上处理的新一代区域性卫星宽带通信系统;2010 年前适时发射国产星上处理卫星,初步建成新一代宽带卫星通信系统。

在卫星移动通信方面:管好、用好现有卫星移动通信系统,大力开发新业务、新市场;自主建设并运营手持式用户终端为主的区域性卫星移动通信系统,2010年前适时发射首颗试验卫星,初步建成区域性卫星移动通信系统;积极参与国际性组织的全球覆盖卫星通信系统规划、设计、建设和经营活动。

在卫星直接广播方面:利用现有"亚洲之星",开通和发展L频段声音直播业务;利用现有通信卫星,继续发展Ku频段DTH电视直播业务;自主建设并运营我国的L频段国内卫星数字声音直播系统;自主建设并运营我国的Ku-BSS 频段国内广播电视卫星数字直播系统,发展以我为主的用户终端,2010年国产用户终端设备成为主导产品;做好直播卫星广播业务全面推广应用工作,争取2010 年拥有3000万用户。

构建全球无缝覆盖天地一体化综合信息网:卫星通信具有覆盖面大、无缝隙覆盖、与地形和距离不敏感等特点,决定了它成为全球无缝覆盖综合信息网不可缺少的组成部分;地面通信网只有与卫星通信网联合起来,才能有效地形成全球无缝隙覆盖的海、陆、空立体服务区。我国区域与全球其它区域建设和改造同步;卫星通信与地面通信建设和改造同步;预计2020年全网初具规模并发挥效益。

天基综合信息网:天基综合信息网在一定意义上可看作卫星通信网的扩展和延伸。它本身还包含卫星通信系统和属卫星通信范畴的跟踪和数据中继卫星系统。在天基综合信息网的建设上,2010年前突破网络体系的关键技术,发射2颗跟踪和数据中继卫星,初步建立空间数据传输系统,为某些应用卫星提供试验性服务;2015年前发射改进型跟踪和数据中继卫星,提高空间数据传输系统性能;2020 年初步建成天基综合信息网,为各种应用卫星和载人飞船等航天器提供长期稳定运行的天地一体化信息应用网络体系[7,17]。

5 结束语

本文综述了卫星通信的发展动态,并在此基础上,阐述了我国卫星通信的发展目标,可以预见,21世纪的卫星通信将获得重大发展,尤其是世界上新技术,如光开关、光信息处理、智能化星上网控、超导、新的发射工具和新的轨道技术的实现,将使卫星通信产生革命性的变化,卫星通信将对我国的国民经济发展,对产业信息化产生巨大的促进作用。

卫星通信的技术发展及应用 篇2

关键词：卫星通信;海上石油卫星;VSAT;自动跟踪

0 引言

20世纪90年代初，从中海油开始建立第一个卫星端站至今，已经有超过的卫星通信技术应用。

目前，已经形成了以湛江、天津、深圳、上海这4个中心站点为核心的网状网络，且已经具备了链路相互备份功能。

1 卫星通信在中海油的发展

1.1 TES卫星系统

TES(TelephonyEarthStation)是基于卫星的全数字话音和数据通信的网状网，它在多个地球站之间提供网状连接，支持系统内任意地点远端站之间的电话、同步、异步数据通信，TES系统在中海油的应用主要用于话音与数据传输。

运用的是C波段卫星的频分多址方式FDMA实现与地面站间的通信，使用四相相移键控QPSK或二相相移键控BPSK调制方式，信道编码采用编码效率为1/2或3/4的前向纠错FEC。

TES是中海油海上平台初期使用的一种主要的卫星通信方式，主要承载的业务为话音业务，所使用的卫星资源前期以亚洲3号卫星为主，后来转至鑫诺1号卫星。

卫星通信技术发展应用 篇3

摘 要：本文介绍了卫星通信的基本概念及相关技术，重点介绍卫星通信技术在中海油应用领域上的发展以及小站卫星通信方式的应用。

关键词：卫星通信；海上石油卫星；VSAT；自动跟踪

0 引言

20世纪90年代初，从中海油开始建立第一个卫星端站至今，已经有超过20年的卫星通信技术应用。目前，已经形成了以湛江、天津、深圳、上海这4个中心站点为核心的网状网络，且已经具备了链路相互备份功能。

1 卫星通信在中海油的发展

1.1 TES卫星系统

TES（TelephonyEarthStation）是基于卫星的全数字话音和数据通信的网状网，它在多个地球站之间提供网状连接，支持系统内任意地点远端站之间的电话、同步、异步数据通信，TES系统在中海油的应用主要用于话音与数据传输。运用的是C波段卫星的频分多址方式FDMA实现与地面站间的通信，使用四相相移键控QPSK或二相相移键控BPSK调制方式，信道编码采用编码效率为1/2或3/4的前向纠错FEC。TES是中海油海上平台初期使用的一种主要的卫星通信方式，主要承载的业务为话音业务，所使用的卫星资源前期以亚洲3号卫星为主，后来转至鑫诺1号卫星。

1.2 VSAT卫星系统

VSAT卫星通信系统的地面部分由中枢站、远端站和网络控制单元组成，中枢站的作用是汇集卫星来的数据然后向各个远端站分发数据，远端站是卫星通信网络的主体，VSAT卫星通信网就是由许多的远端站组成的，一般远端站直接安装于用户处，与用户的终端设备连接。VSAT卫星通信系统是中海油海上平台主要的卫星通信应用方式。此系统的特点是天线口径小、灵活性强、可靠性高、使用方便及小站可直接装在用户端等特点，利用VSAT用户数据终端搭配复用器使用，可同时承载话音业务和数据业务。VSAT卫星系统主要配合Netperformer系列复用器使用，Netperformer系列复用器使用了信元中继cellrelay技术，将语音流和数据流分割为特定的信元cells，然后将不同业务类型的信元cells复用到单一的物理或逻辑链接上，根据对时延的敏感程度不同对业务进行分类，并赋予不同的传输优先级，能有效保证话音业务质量，为中海油的海上平台及移动船舶提供稳定的话音及数据业务。目前中海油主要使用的是中星10号的卫星的转发器来承载卫星话音及数据业务。

1.3 STARWIRE卫星网管系统

STARWIRE系统在网管NCS的支持下可提供PAMA，DAMA等业务，使用了先进的PCMA载波叠加专利技术，能有效地节省卫星转发器带宽。主要由NCS网管系统、ST用户终端、卫星三部分组成。STARWIRE卫星网管系统是第三代按需分配的卫星通信系统，终端设备内置路由功能，直接支持先进的IP网络互联业务。NCS网管通过控制信道监控ST的工作，ST之间通过控制信道FOW/ROW建立业务信道。中海油下属的4个中心站点通过STARWIRE网管系统能够有效管理所属辖区内的卫星小站。相对于早期卫星通信技术应用，NCS系统能够更加有效地对小站进行管理，节省卫星资源带宽。

1.4 SKYEDGEⅡ卫星网管系统

SKYEDGEⅡ卫星网管系统是一个双向卫星通信系统，由两个方向的传输构成：入境基于DVB-RCS标准，采用MF-TDMA技术对资源进行预约分配减少数据碰撞；出境基于DVB-S2标准，支持CCM及ACM工作模式，可用于单播和组播数据、VoIP、ABIS等业务数据。系统主要由卫星主站、卫星/转发器、远端站三部分组成。SKYEDGEⅡ支持三种基本网络拓扑结构星型、网状、多星状。SKYEDGEⅡ卫星网管系统是目前中海油主要使用的卫星通信系统，利用此网管系统，将中海油的4个海上卫星中心站进行整合，形成了统一的大网管系统，对各中心站点进行链路互备，形成一个完整的多功能卫星网管系统。

2 卫星通信技术在中海油的应用形式

2.1 海事卫星A/C/F站的应用

海事卫星共有4颗卫星覆盖全球海洋，它们分别是大西洋西区、大西洋东区、印度洋区、太平洋区。海事卫星A站于2007年底正式停止运营，中海油海上船舶与移动式钻井平台目前以C站、F站为主要的应用。

2.2 固定天线式的卫星通信应用

固定天线式卫星通信主要应用在中海油海上固定式采油平台、自升式钻井平台以及陆地端站上，是一种常规的卫星通信应用。固定式采油平台及自升式钻井平台主要以3.7米C波段的卫星天线为主，Ku波段卫星天线为辅。卫星中心站使用的是大口径卫星天线来承载卫星通信业务。固定天线式在中海油是最早的卫星通信应用，也是中海油目前最成熟的卫星通信应用，中海油内曾使用直径为12米的卫星天线作为卫星的主站使用。

2.3 半自动跟踪天线式的卫星通信应用

半自动跟踪天线主要应用于中海油自升式钻井平台，天线以C波段的半自动跟踪天线为主。由于工作环境需求，自升式钻井平台需要经常更换钻井位置，期间钻井平台需要拖航至新的目的地，使用固定式卫星天线则需要经常性地对天线的方位及俯仰进行调整，且拖航期间无法使用。采用半自动跟踪天线可以在拖航期间自动寻星，主要缺点是无法360度旋转，实现不了全自动跟踪，有时需要人工进行干预。

2.4 自动跟踪天线式的卫星通信应用

自动跟踪天线C波段主要以美国的SEATEL的97型全自动跟踪天线以及西安盘古通信技术有限公司的全自动跟踪天线为主；Ku波段主要以SEATEL的4006自动跟踪天线以及国内的一些动中通天线为主。中海油海上半潜式钻井平台一般以C波段的自动跟踪为主要的卫星通信，南海9号钻井平台所使用的自动跟踪天线卫星系统经过测试能够提供4Mb/s以上的链路带宽。Ku波段的自动跟踪天线主要应用与海上的移动船舶，包括拖轮及勘探船，这些移动船舶受限于天线的安装场地要求，而且对链路带宽要求不大，Ku波段的自动跟踪天线的应用非常适合在这类环境使用。

3 结语

卫星通信技术在中海油海上平台及移动船舶上有着超过20年的应用，从早期的TES小站的话音应用，到现在的多功能SKYEDGEⅡ网管系统的多业务综合应用，中海油在卫星通信应用方面已经覆盖了C、L、Ku等波段。随着中海油向深海发展，卫星通信技术将在中海油海上勘探、开发、生产方面发挥着重要的作用。

参考文献：

[1]徐建平.休斯网络系统公司VSAT卫星通信小站技术手册（第二分册）[M].北京：气象出版社，1996.

[2]倪雨生，刘英. GMDSS系列丛书第一分册卫星通信[M].北京：人民交通出版社，1997.

[3]吴诗其，胡剑浩，吴晓文，曹世文，等.卫星移动通信新技术[M].北京：国防工业出版社，2001.

作者简介：董恩奇（1994—），男，黑龙江双城人，沈阳理工大学学生。

刘珍宝（1993—），男，辽宁朝阳人，沈阳理工大学学生。

VSAT卫星通信技术的发展与应用 篇4

关键词：通信技术,卫星通信,VSAT,发展与应用

VSAT卫星通信技术是一种先进的通信技术, 是现代通信技术研究和发展的主流方向。近些年来, 随着VSAT卫星通信技术研究的深入, 该技术已开始被广泛应用到各个领域当中, 如:地理信息采集与传输, 远端通信、导航定位等。并且VSAT卫星通信技术具有较强导航、定位、测量功能, 在导航领域中的应用能实现精准定位, 实时导航, 更有效消除了传统通信模式下, 对基站信号的依赖性, 具有非常强的应用优势, 非常值得推广和应用。研究VSAT卫星通信技术, 对于促进通信技术改革, 提高我国通信技术水平有重要意义。

1 VSAT卫星通信技术的发展

VSAT卫星通信技术的核心技术是:通信技术、CGNSS技术、卫星技术、定位技术、微波技术, 属于微波通信的一种形式, 是新时代背景下各类高新技术相互融合的产物, 该技术最早主要应用于军事活动领域, 后随着经济发展与科学技术进步, 该技术得到普及, 开始广泛应用于社会活动领域。VSAT卫星通信技术源自传统卫星通信系统, 是基于卫星通信技术, 于二十世纪八十年代, 美国率先研发一种新型卫星通信技术。VSAT卫星通信系统不仅设备小, 天线小, 结构紧凑, 安装方便, 且对使用环境没有特殊要求, 价格便宜, 具体智能化特点, 组网灵活性强, 不易受地面网络干扰和限制。VSAT卫星通信系统, 能提供:数据传输业务、语言传输业务、传真传输业务、图像传输业务、信号传输业务, 通信效率高, 通信信号稳定性好。系统具体包括:系统部分与终端部分两大组成部分。系统部分由:射频设备、天线设备、放大器、变频设备、编译码器、基带设备等相关设备组成, 具体应用中也会因通信业务类型的不同, 应用到其他类型设备。具体根据通信业务性质的不同, 可分为:电视通信、数据通信、语言通信三大类, 通常使用的是静止轨道通信卫星, 具体应用:KA、Ku、C等频段。以语音业务为主的VSAT卫星通信系统, 能为专用语音网信号与公用网信号交换与传输提供服务, 且支持少量数据传输业务。而以数据业务为主的VSAT卫星通信系统, 除能进行数据通信外, 还能提供少量语言业务。综合类业务为主的VSAT卫星通信系统, 既能提供图像业务, 还能提供语言业务, 应用范围最广泛。

2 VSAT卫星通信技术的应用

通过前文对VSAT卫星通信技术的分析可以知道, 该技术与传统通信技术相比, 具有很大优势, 能有效提高通信水平, 不仅继承了卫星通信优点, 更有效弥补了传统通信缺点, 且应用成本低, 具有较强实用性和经济性。实践证明, 一个VSAT卫星通信系统, 可允许一千个小站和终端的接入, 能进行双向通信。具体应用中, 组网方式灵活, 可分为:网状型、星型、混合型等三大类。可用于:气象、民航、地理、军事、石油、导航、工业等领域, 以及边远地区通信。例如, VSAT卫星通信技术在导航领域中的应用, 能实现GPS全球定位, 且通信延迟低, 能对物体进行精准定位。并且由于VSAT卫星通信系统天线小, 对使用环境没有特殊要求, 所以不会因卫星天线偏离, 造成通信与定位的终止, 很好的解决了天线稳定性与不可移动问题, 而且VSAT卫星通信系统智能化程度高, 能自动对准卫星, 获得信号极大值, 所以定位信息更准确, 速度更快。如此强大的定位与导航功能, 则可用于交通管理, 铁路运营调度等各个方面。另一方面, 近些年来VSAT卫星通信技术应用到宽带领域也成为重要研究方向, VSAT卫星通信技术下, 能实现文件软件的传输、下载、互联、接收等等, 通信速率能从几kbps到几百kbps, 甚至是达到Mbps, 且仍然在不断提高, 这为宽带技术改革创新提供了条件。但具体应用中, 必须要考虑到VSAT卫星通信技术条件下的网络通信协议和网络监管协议, 所以实际应用中, 还存在一定的局限性。此外, VSAT卫星通信技术还能应用到广播信号传输中, 能实现多频传输, 能有效提高广播信号覆盖面, 解决传统广播信号传播中存在的覆盖面不足的问题, 并且相关技术已十分成熟。此外, 除了进行广播信号传播外, 还能用于电视信号传播。我国电视受众群体庞大, 电视机拥有量非常大, 市场规模潜力非常大, 但传统电视信号覆盖范围有效, 且信号质量差, 不能满足受众需求。而利用VSAT卫星通信技术进行电视信号传播, 则能大大提高电视信号传播质量, 扩大信号覆盖范围, 解决偏远地区的看电视问题。很多学者认为, 我国应积极发展自己的卫星电视直播技术, 显然VSAT卫星通信技术融入电视传播领域将成为必然。此外, VSAT卫星通信技术还可在海洋通信中应用, 海洋通信涉及语音业务、信号业务、数据业务, 传统通信方式效率低, 效果差, 不能满足通信需求。而基于VSAT卫星通信技术的海洋通信系统, 不仅能提供传统的语音、数据业务外, 还能提供GPS和GSM业务, 且能够进入网络, 实现一种高性能的无缝通信, 能实时接收到气象数据与应急告警, 有效提高了海运安全性, 解决了海洋通信问题, 不久的将来VSAT卫星通信技术将成为主流通信技术。

3 结束语

通过对VSAT卫星通信技术的分析, 不难看出, 该技术具有非常强大的应用优势, 可应用于各个领域, 并且该技术已逐渐成熟起来, 非常值得推广和应用。VSAT卫星通信技术在导航定位, 数据通信, 语音通信领域都能发挥巨大的优势, 弥补传统通信技术缺陷。

参考文献

[1]焦贵峰.VSAT卫星通信技术及其在电力系统中的应用[J].东北电力技术, 2013, 02:44-47.

[2]林端元, 林红, 俞国伟.VSAT卫星数据通信技术在西藏尼洋河防汛预警报系统中应用[J].水利科技, 2013, 02:4-6.

卫星通信系统的发展及其关键技术 篇5

1.1 卫星通信发展现状

卫星通信技术发展十分迅速, 20世纪60年代时, 卫星通信只是在军事上得到了应用, 到了70年代时, 卫星通信的发展达到了顶峰, 90年代时, 光纤通信诞生了, 这对卫星通信造成了一次冲击, 但卫星有它自己独特的特点, 如卫星具有多址连接方式、可以按需分配带宽等特点, 这些是光纤通信所不能及的, 所以卫星通信在偏远地区, 越洋通信中被优先选用。星上交换作为卫星通信的核心部分, 受到国内外学者的深度研究, 星上技术结合ATM, 使得卫星ATM技术成为卫星领域的一个研究热点。目前许多国家就卫星ATM已经展开了深入研究, 期望在未来有一个质的飞跃。

1.2 现今卫星通信遇到的难点

(1) 卫星通信的成本因素。众所周知, 在长距离通信中, 最需要的技术就是卫星通信, 因为卫星通信具有通信容量大、覆盖地域广、不受地理条件限制和通信方式机动灵活等优点。但是随着对通信资费的调整后, 长途通信费用大幅下降, 但卫星的转发器费用却并没有因此而改变, 因此使得卫星通信成本还是很高。

(2) 卫星通信中宽带IP问题。当前, 宽带IP卫星通信中基本上都是采用ATM传输技术, 因为ATM的性能可以满足欧美等地的性能指标要求。但当系统采用RS块编码、交织以及FEC技术时, 虽然提高了卫星链路的传输质量, 却也在无形中增加了卫星ATM实现的复杂度, 这与现在运用的卫星通信技术是不相同的。

(3) 卫星通信中数据速率问题。当前是信息时代, 需要有更加快捷的方式来及时地传输信息, 而传统的基于频分复用和码分复用技术已经无法满足卫星通信的需求, 随之出现了分组交换技术;同时, 长距离的传输也带来了延时问题, 这就需要通过快而有效的方法来解决延时对实时数据的影响问题。

2 卫星通信系统中的关键技术

2.1 数据压缩技术

随着科学技术的发展, 数据压缩技术已经发展得很成熟, 尤其是在数据处理相关领域。数据压缩可以给通信带来很大的方便, 例如节约了时间、提高了频带利用率、节约了存储空间等。数据压缩标准有很多, 但被人们广泛采用的标准主要是对静止图像压缩编码的ISO标准以及CCITT的H.26标准。而在卫星通信中主要采用的是MPEG62, 该项技术主要是面向对象的, 而且在多媒体同步方面发挥了很好的作用, 同时它的实时交换、实施表现等方面也做得很完美。

2.2 智能天线系统

降雨以及大地对电磁波的吸收从很大程度上导致高频段的卫星ATM网络产生突发错误, 而且卫星本身也存在各种限制和随机错误, 这就需要通过智能天线的多波束来覆盖到更广的区域, 例如, 可以采用多波束快速跳变系统;同时在低轨道系统中采用蜂窝式天线来实现跟踪和同频复用功能;星上和同步轨道系统要想构成蜂窝式覆盖图就必须要采用相控阵列天线。

2.3 多址接入技术

针对接入方式, ATM/TDMA多址接入方式比FDMA和CDMA更适合星上处理卫星对多址接入的要求, 因为此种方式有较好的信息传输角度、网络应用灵活性好等特点。但是, TDMA方式对速率和发射功率要求很高, 这在无形中就增加了解调器的实现难度, 同时也增加了载波功率与噪声功率密度的比值的要求。为了克服上述问题, 该领域专家提出了一种新的方式, 采用多频质的TDMA, 即MF-TDMA (Multiple Frequency-TDMA) 多址接入技术, 它是将FDMA于TDMA相结合, 这样可以降低每个TDMA链路的接入速率和调制解调器的工作速率, 同时对上行链路的值C/N0 (C/N0=E/N0*Rb) 的要求也减弱了。

2.4 卫星激光通信技术

卫星通信要求速率很高, 这就需要采用激光进行通信。卫星通信采用激光可以提升卫星的通信量和保密性, 减轻了卫星的重量和大小;在大气层外, 没有大气的干扰, 通信更加准确, 同时也降低了误码率;运用激光可以提升数据的传输速率以及系统的可靠性;同时卫星通信也互不干扰, 最主要的是, 采用激光通信可以大幅度地降低延时, 使信息能够得到及时传输, 激光的这些优点都被发挥得淋漓尽致。有专家预测, 激光技术运用到卫星通信中将是很有前途的, 对通信行业的发展起到不可替代的作用。

2.5 信道纠错编码技术

众所周知, 在卫星通信中难免会产生错误, 尤其是在卫星通信的过程中。ATM信元在面对突发错误时会产生很大的错误。在ATM信元中, 位于ATM信头的最后一个字节是信头差错控制 (HEC) , 它主要是通过检测和纠正单比特错误以及检测是否有多比特来保护ATM信头。所以, 在出现丢失信元或者信元误插现象时, 主要是由于HEC在多比特发生错误时没有发生作用。因此提出了采用交织技术来降低信元丢失率和检测不出错误的概率来保护ATM信头、改善信息的传输质量。

采用MF-TDMA的多址接入方式的星上ATM系统可为不同的地球站提供不同的Qo S服务, 而不同的Qo S需要不同的误码率 (BER) 和信元丢失率 (CLR) , 因此针对不同的业务需要进行不同的编码, 使整个系统的灵活性增强。

3 卫星通信系统未来的发展趋势

随着卫星通信技术的发展, 卫星通信的使用范围越来越广, 服务水平也越来越高, 虽然卫星通信在发展的过程中遇到了不小的困难, 遭受了很大挫折, 但是卫星通信的前景依然让人看好。卫星通信的发展与一个国家的经济、国防发展密切相关, 未来卫星通信将沿着数字化、网络化、以及信息化这“三化”方向前进, 针对卫星通信的未来发展趋势而言, 我们应该在现有的基础上提高频段频谱的利用率, 同时将IP与ATM技术相结合去建立卫星宽带综合业务数字通信网——国家信息高速公路;要进一步去实现建立小型化、智能化、经济化未来的卫星通信网, 实现移动用户间可以利用卫星进行通信, 而不再需要基站;如果将卫星与Internet网络相连, 实现卫星互联网技术, 这样就可以利用宽带卫星进行双向传输, 并且下载和地面网络反馈的速度也得到了大幅提升, 同时也大大减轻了频谱拥挤现象以及抗干扰能力。

摘要：卫星通信技术中星上处理 (OBP) 和异步传输模式 (ATM) 被认为是未来通信的发展方向和核心技术, 本文针对卫星通信技术目前的发展现状, 通过分析其在当今通信行业中所处的地位、作用以及面临的挑战, 总结其关键技术, 给出未来通信的发展方向, 这对以后的卫星通信研究具有重要意义。

关键词：星上处理,异步转移模式,宽带IP,卫星通信

参考文献

[1]丁龙刚.卫星通信技术[M].北京:机械工业出版社, 2006

卫星激光通信现状与发展趋势分析 篇6

在激光通信技术诞生之前, 人们进行远距离的通信主要依靠的是微波通信, 这种技术的缺点比较明显, 随着人们通信需求的增加, 这种技术逐渐不能适应社会的需求, 微波频率的资源变得非常紧张。特别是在高精度的对地观测需求出现之后, 微波的通信技术更加不能满足社会的需求, 因此, 就需要研究新的通信技术, 以满足社会的各种通信需求, 于是卫星激光通信技术逐渐成了空间高速数据传输的新兴技术。该技术的容量非常大, 而且与其他的通信技术能够进行充分融合, 减少中间的解码过程, 它为实现高速全球无缝连接提供了新的手段。

1 卫星激光通信的种类

按照激光传输环境的不同, 可以将卫星激光通信分为两大类:一种是真空环境下的激光通信, 它也叫做星间激光通信, 这种通信技术主要应用在比较特殊的设备中, 因为在一般环境下, 很难达到真空的要求, 因此使用的范围较小, 局限性较大, 例如在卫星与卫星或者与飞船、航天飞机等之间的通信属于真空通信, 因为太空中没有空气, 达到这一要求相对简单;第二种是在大气环境下进行的激光通信, 这种通信技术应用比较广泛, 例如在卫星与地面、海上用户及空中飞行器的连接等, 它也叫做星地激光通信。

卫星激光通信技术的研发开始于20世纪70年代, 在当时情况下, 人们已经意识到微波通信的局限性, 于是开始探索新的通信方式, 到了20世纪90年代才开始进行实验, 研究的时间非常长, 因此, 该技术仍然处在发展阶段, 现阶段的发展状况仍然有前进的空间, 而且未来的发展前景也是非常广阔的[1]。

2 卫星激光通信技术的发展现状

卫星激光通信技术的发展时间不是很长, 因此, 它现在的技术还很难应用到实践当中, 该技术还有许多问题需要去解决, 例如美国。美国在卫星激光通信技术上的研究时间最长, 而且取得的成绩也是最好的, 在1994年, 美国研发中心开始对深空通信方案进行详细地论证, 以期能够找出卫星激光通信的核心技术, 它们首先综合分析了激光同X波段/Ka波段通信的效费比, 最终的结果显示激光技术在进行大数据量的传输作用方面存在明显的优势, 这种优势非常明显。在之后的过程中, 美国研发中心开始在激光调制/检测的方法方面进行了细致的研究, 研发中心最后明确了发展的方向, 那就是以脉冲位置调制及其相关改进调制的方式当做重点的发展方向。美国研发中心也进行了深空数据的星载中继和地面站直接接收方案比较, 结果表显示, 要想实现不间断地深空激光链路的数据中继, 单个星载中继站与多个地面站投资成本是差不多的。但是多地面站联网工作的优势较为突出, 例如它可以通过分散部署降低天气对激光通信的影响, 进而能够使其达到与星载中继站的方式相同的效果, 同时, 这种技术在天气情况非常好的前提下, 能够在同一时间对多个深空探测器进行精确的跟踪, 提高工作的效率。因此, 美国在该技术上的研发重点是用于深空通信的多光学地面站。研发中心在2009年时, 又进行了实地实验, 设计了3路上行信号光当做通信的载体, 这些激光的最大发射功率超过20 m W, 功率非常强, 在其他国家很难达到这一功率, 但是, 这项实验并没有取得非常好的效果, 因为卫星上的平均接收功率还是非常低, 只有不到-70 d Bm, 很难达到通信的要求, 而且, 信号的强度只能达到精跟踪传感器的灵敏度。因此, 上行链路只能维持基本的光束跟踪, 并不能保证码元同步, 常常会出现信号太弱导致时钟同步失锁的情况发生, 造成通信中断[2]。

3 卫星激光通信技术的发展趋势

从美国研发中心的研究结果可以看出, 目前卫星激光通信技术的发展现状仍然不是非常乐观, 最主要的原因就是激光功率强度的大幅度衰减, 地面激光在达到卫星的过程中, 会损失大量的能量, 使得达到卫星的激光强度非常弱, 这种强度势必会造成通信数据的丢失, 进而难以满足通信的需求, 美国的激光发射设备具有一米以上的超大孔径天线, 具备完善的光机电一体配套设施, 并配备非常精密的测控系统, 但是, 这些客观条件仍然不能满足卫星上接收到信号的需求, 信号的稳定性仍然非常差。激光在上行过程中会遇到非常多的空气介质, 这些介质会阻碍激光的前进, 激光在穿越空气时, 会损失掉非常多的能量, 进而导致激光强度受到衰减, 而激光在从卫星达到地面的过程中, 损失的能量较小, 因为, 在太空中的介质几乎为零, 损失的能量可以忽略不计, 直到接近地面时才会有大气衰减和相位畸变。因此, 解决激光通信难题的关键是减少地面到卫星的衰减, 降低损耗, 提高激光传输的有效性。

卫星激光通信技术的发展已经接近成熟的第二代, 距离实际应用越来越近。借助卫星激光链路组建空间骨干网具备了初步的硬件条件, 空间组网是卫星激光通信下一步发展趋势。

4 结语

卫星激光通信技术的发展难题就是地面到卫星的传输影响, 在这过程中会造成激光能量的衰减, 使得激光的能量无法达到传输的需求, 因此必须提高其传输效率。该技术的发展趋势是建立空间组网, 使得激光在更加有效的环境下进行传输。

参考文献

[1]李勇军, 赵尚弘, 吴继礼.零相位因子LEO/MEO双层卫星光网络设计[J].中国科学, 2011 (2) :10-21.

我国卫星海洋遥感监测技术的发展 篇7

海洋面积约占地球表面积的71%, 在整个地球环境变化中起着非常重要的作用。围绕着海洋资源开发、海洋环境安全和海洋权益维护, 各国开展了新一轮的以高科技为依托的海洋军事, 海洋资源和科技的竞争, 由此也就促进了卫星海洋遥感高新技术的快速发展。我国东临太平洋, 大陆海岸线18000多公里, 6500多个面积在500平方米以上的沿海岛屿, 岛屿岸线约14000多公里, 约300万km2海域的专属经济区。由于卫星遥感具有大范围、高频度和实时观测的优势, 对我国进一步发展海洋经济具有非常重要的现实意义。

二、海洋遥感卫星的类别

1957年10月4日前苏联发射了人类历史上第一颗人造地球卫星, 标志着遥感新时期的开始。至今世界各国共发射了各种人造地球卫星已超过3000颗, 其中大部分为军事侦察卫星 (约占60%) , 用于科学研究及地球资源探测和环境监测的有气象卫星系列、陆地卫星系列、海洋卫星系列、测地卫星系列、天文观测卫星系列和通讯卫星系列等。通过不同高度的卫星及其载有的不同类型的传感器, 不间断地获得地球上的各种信息。

至今, 国际上发射的海洋遥感卫星, 大致可以分3类:

1. 海洋水色卫星

海洋遥感的主要目的是测量海水中叶绿素与悬浮泥沙等的浓度及其分布监测海洋中的水色浓度分布, 可以掌握海洋初级生产力的分布、海洋渔业以及养殖业资源状况和环境质量, 同时也可以正确估算水土流失, 维护港口河道安全等, 为海洋资源合理开发和利用提供科学依据。如美国的Sea WIFS、MODIS, 日本的OCTS、GLI, 印度的MOS、OCM, 韩国的OSMI、KGOCI, 中国的COCTS等。

2. 海洋地形卫星

主要用于探测海洋表面拓扑, 即海平面高度的空间分布。此外, 还可探测海水、有效波高、海面风速和海流等。由美法合作于1992年8月发射的Poseidon以及JASON-1/2、Laser ALT-1/2等。

3. 海洋动力环境卫星

主要用于探测海洋动力环境要素, 如海面风场、海浪场、海流场和海冰等, 此外还可获得海洋污染、浅水水下地形、海平面高度等方面信息。如:欧空局 (ESA) 于1991年7月和1995年4月发射的ERS-1/2, 以及Seasat、Envisat-1、RADARSAT-1/2、Quick SCA等。

三、我国海洋遥感监测现状

我国的卫星遥感海洋监测起步于20世纪80年代, 当时利用接收的美国NOAA极轨气象卫星和日本GMS静止气象卫星遥感数据, 监视我国沿海的台风活动和每年冬季的渤海海冰。经过近30年的发展, 特别是2002年5月和2007年4月我国发射了具有自主知识产权的HY-1A和HY-1B卫星以后, 我国的卫星遥感海洋监测进入了一个崭新时代, 使我国从此进入空间遥感海洋观测时代。现在HY-1B卫星正在太空稳定运行, 为我们提供了非常宝贵的连续全球海洋监测数据, 使我国跻身美、饿、法、日等世界海洋观测能力强国之列。

为接收处理海洋卫星遥感监测数据, 国家海洋局在北京建设了功能较为完备的、具有多种卫星数据接收处理能力的HY-1卫星地面应用系统, 下辖北京、三亚和牡丹江三个卫星地面接收站, 在杭州建有一套卫星地面接收处理系统, 北海分局、东海分局和南海分局等单位也建有卫星数据接收站。

1. 沿海海洋水质遥感监测

20世纪90年代以来, 随着流域污染物排海量的增加, 河口及其邻近海域环境的变化, 使得近海生物的多样性降低, 海洋资源和环境的承载力下降等;另一方面, 生态环境的衰退、服务功能的下降与可持续利用能力的降低, 已成为制约沿海经济持续发展的重要因素。针对我国沿海水质环境恶化, 灾害 (富营养化、赤潮和污染等) 频发, 水体服务功能下降和持续利用能力降低, 每年国家海洋局组织沿海各级海洋行政主管部门对我国管辖海域水环境质量现状和趋势进行海洋常规监测, 消耗大量的人力、物力、财力资源。而这种常规现场监测方法也仅是海洋站点、航次剖线的测量, 一年只能得到一张全国水质沿海的水质图, 无法满足大面积沿海水质环境实时动态监测、评价和服务决策的需求;由此相继实施了国家海洋局组织的国家公益专项“基于HY-1B等海洋水色卫星的沿海水质实时监测和速报业务体系”以及国家863项目“海岸海洋环境HY-1B等海洋水色卫星测量沿海水质参数定量化遥感模型和水质分类技术, 实现了从光化物质遥感到非光化物质遥感的跨越, 填补了我国沿海水质遥感监测的空白。

2. 海岸带遥感监测

海岸带位于陆地和海洋相互交绥的过渡地带, 各种环境要素和资源构成一个有机的整体。我国海岸线总长约3.5万千米, 为世界上海岸线最长的国家之一。海岸带生态系统健康是实现社会经济可持续发展的基础, 是提高人民生活质量和生活环境的重要保证。它可以满足人们多种需求, 有效保护和改善环境, 为动植物提供栖息场所, 为人类提供食品、能源和游憩场所。我国沿海地区是经济发展最迅速的区域, 其面积占全国的14%, 沿海11个省、自治区、直辖市人口总数约为5.5亿, 占全国的40%, GDP总产值占全国的60%以上。使用卫星遥感监测技术, 可以获取大面积、实时动态的监测数据, 为海岸带资源的开发、利用和管理提供强有力的监测信息服务。目前正在实施的我国近海海洋综合调查与评价, 就是充分利用高分辨率遥感数据进行中国最大规模的海岸带遥感调查与研究, 调查内容涉及海岸带中的海岸线、潮间带、植被、航道、旅游区、海洋保护区、滨海湿地, 海岸带地貌要素的类型、面积、长度与分布及海岸线变迁等。以其全面系统地掌握我国海洋带资源分布、开发利用现状和潜力, 满足海岸带规划、管理、保护和合理利用的需要, 实现海岸带环境资源有效保护和开发的协调发展。

我国自主海洋卫星资料处理技术提升, 海洋卫星资料的融合重构技术、新领域拓展应用技术等方面近10年来取得长足进展, 开始步入国际先进行列。为大力发展海洋科学技术, 提高海洋环境探测、资源开发和权益维护, 我国将在今后10年中逐步形成海洋水色、动力、监视和新型遥感器试验等4个海洋卫星系列。这些卫星的研制和发射, 以及卫星遥感监测应用系统的建立, 将对建立健全我国全天候的海洋立体监测网, 为我国的经济建设和国防建设提供重要的技术和信息支撑。

参考文献

[1]潘德炉, 龚芳, 我国卫星海洋遥感应用技术的新进展[J], 杭州师范大学学报, 2011, 1:vol.10, no.1

[2]谢文君, 陈君, 海洋遥感的应用与展望[J], 海洋地质与第四纪地质, 2001, 2 (13) :123-128

[3]王爱明, 等, 海洋监视监测SAR卫星任务初步分析[J], 遥感技术与应用, 2007, 2 (22) :162-165

光通信技术最新发展概述 篇8

波分复用 (WDM) 技术极大地提高了光纤传输系统的传输容量, 目前1.6Tbit/s WDM系统已经大量商用, 而基于DWDM技术提高光传送容量的最高水平基本保持在10Tb/s;全光传输距离也在大幅度扩展, 从目前的600km左右扩展到2000km以上, 超长距系统减少了电再生中继站点, 可大幅度降低OUT的初期投资, 另一方面在进行扩容时, 只需增加系统两端的OUT即可完成波道增加, 缩短波道扩容工程建设时间, 因此超长距系统的优势就在于提高效率, 降低成本。但超长距离系统必定存在一些新技术的应用, 对工程设计安装和维护管理会提出新的要求, 同时运营商和厂商对超长距离系统的建设缺乏足够的经验, 因此其有优势的同时也存在风险。1000km~2000km的超长距系统一般采用比较成熟的技术, 相对风险较小, 目前IP业务呈现大站快车式的业务模式, 为了满足这样的业务需求, WDM系统需要提供更多的大站之间的直通波道, 根据中国的地理分布看, 这些大站之间的距离也在1000km~2000km, 因此, 采用1000km~2000km的超长系统既可满足业务需求, 又可提高效率降低成本, 是目前应用较多的系统模型。

2 智能化光网络 (ASON)

一直以来, 传统光传输网络SDH、WDM等存在分速率、分业务接口, 不同厂商传输设备不可对接, 只有传送平面和管理平面, 没有分布式智能化的控制平面等局限性。ASON在光传送网中引入了控制平面, 以实现网络资源的按需分配从而实现光网络的智能化。ASON可以实现跨厂商, 支持多厂家环境下的连接控制;通过光交叉连接设备OXC使组网拓扑从环型、线性结构演进成高效的网状拓扑, 为路由寻找和快速修复提供了可能性;便于引入按需带宽业务、波长批发、波长出租、动态路由分配、L1 VPN等新的业务类型。ASON可与现有的DWDM, SDH网络融合, 先在现有网络中形成一个个ASON, 然后逐步形成整个的ASON, 利用DWDM系统的大容量和长途传输能力以及ASON节点的宽带容量和灵活调度能力, 可以组建一个功能强大的网络。

近年来, 光网络设备制造商大力投入ASON设备的研发工作, ASON产品逐步趋于成熟。美国AT&T公司率先开通了连接近100个城市的智能光网络, 这是至今为止最大的Mesh组网结构, 日本NTI部署了有40多个智能核心交换节点的智能光网络, 我国从2004年开始, 逐步在省内干线网和城域层面引入ASON技术, 如CIENA在吉林铁通, LUCENT江苏电信, ALCATEL在北京通信的城域传送网核心层采用了ASON技术等, 从发展情况看, 国内外运营商对ASON有很高的关注度, 但都没有大规模应用, 即使引入也只是局部引入, 距离大规模应用还有一段距离, 其原因在于ASON的标准有待完善, 设备间的互联互通规则不明确, 先在城域网还是骨干网中引入ASON?现有环状网改为网状网的光纤链路等问题, 使得ASON既面临挑战也面临发展。

3 智能化ODN

自2010年以来, 随着PON技术的成熟及其成本的不断下降, 中国电信掀起了“宽带中国, 光网城市”FTTH的规模化建设, 而作为其全业务竞争对手的中国联通和中国移动, 也在不同程度上增加了FTTH的战略投入, 作为光纤接入网传输通道的ODN光纤覆盖分散, 遍布于城市的每个角落, 链路更新频繁, 从而带来了比以往严峻得多的光纤管理问题。传统的光纤管理手段靠大量的人工维护, 不止容易出错, 且管理混乱, 在物联网应用促进光纤管道的规模化和复杂化的今天, 我们需要有别于传统的智能化、自动化的高效光纤管理方式。

智能化ODN即是为了满足FTTH规模建设面临的海量光纤管理需求而被提出的一种新的光纤管理模式。其原理是利用电子标签及标签载体标识光纤资源, 取代原来的纸质标签, 纸质标签上信息全部存储到电子标签。类似网卡的MAC地址, 具有全球唯一性的识别码, 同时改造传统ODN设备, 增加智能管理控制模块 (可进行简单耦合, 可与原有设备分离或替换, 无需重新部署) , 配合智能管理系统可对光纤进行统一管理, 实现资源信息同步化, 即施工人员完成施工后, 通过智能管理终端, 即可完成现场数据和资源数据库数据的同步, 从而免除人工资源录入过程, 杜绝端口资源浪费和大量误派单;实现施工操作可视化, 即不再需要人工打标签, 施工工单中需要进行操作的端口自动亮灯, 无需通过标签进行查找, 省时省力;实现运维主动化:进行主动的故障发现和准确的故障定位, 从而提升用户感知度, 提高运维效率, 节省维护成本。

智能化ODN可以解决新建光纤网络的管理问题, 但是运营商原有的光纤网络不可能实现全体改造, 所以如何解决原有大规模光纤管理的智能化才是棘手问题, 另各个厂商智能ODN方案各异, 如何形成统一标准并与运营商资源管理系统等得各个子系统对接等实际问题还尚需化很大精力完善。

4 结语

虹膜识别技术发展概述 篇9

随着包括网络在内的信息技术的发展, 身份识别的难度和重要性越来越突出。传统的身份识别方法已不能满足当代社会的需要, 基于生物特征的身份鉴别技术已经成为身份鉴别的热点。

虹膜识别是基于生物特征的身份鉴别技术, 它由下面几个基本单元组成:图像采集, 图像的预处理, 模式匹配和做出决策[1]。采取虹膜图像, 是虹膜识别的首要步骤;接下来要对虹膜图像进行预处理, 即对虹膜定位和归一化;在获取了归一化的虹膜图像后, 就是提取特征码, 以便对以后获取的虹膜图像匹配识别, 从而根据匹配的结果做出恰当的判断。而这又以对虹膜定位和虹膜特征提取及匹配最为重要, 下文就目前这两方面的研究作简要综述。

1 虹膜定位方法

虹膜定位的方法主要有最小二乘法、基于灰度梯度的方法、粗定位和精定位结合的方法、John Daugman的微积分方法以及Hough变换方法。田启川、刘正光 (2008) 将虹膜边界定位算法分为两大类:一类是基于灰度梯度的定位方法, 如微积分方法;一类是基于二值边界点的方法, 如最小二乘法、Hough变换[2]。

1.1 Daugman的基于灰度梯度的边界定位方法

人眼从瞳孔、虹膜到巩膜颜色的灰度有明显变化, John Daugman提出的微积分方法就是利用这种灰度变化定位虹膜边界。这种微积分方法本质是当沿特定方向增大半径时, 图像把在圆周上的积分对半径的微分最大处作为界定边界。主要考察人眼图像, 首先把它在以点 (x0, y0) 为中心、以r为半径的弧度ds上积分, 然后对不断变化的半径r的局部求导导, , 导导数数最最大大处处对对应应的的位位置置设设为为 ( (rr, , xx00, , yy00) ) , , 这这就就是是人人眼图像的界定边界。

式 (1) 中, I (x, y) 是人眼图像, Gσr是高斯型光滑函数。这种算法如果全空间搜索, 定位准确度和稳定度很高, 可以很精确地定位虹膜的内、外边界。但是它的计算量很大, 费时长, 容易受到局部干扰的影响, 时常使最优化求解陷于局部极值点。

1.2 基于二值化边缘点的边界定位方法

这类方法包括Hough变换和最小二乘法。不过使用最小二乘法, 必须首先要把边界点和非边界点分开, 然后根据二值化边缘图像进行边界定位, 即二值化定位瞳孔边界, 最小二乘法定位外边界。但是先区分边界点和非边界点难度很大, 人们往往只能去除部分非边界点, 容易造成虹膜定位的边界发生偏移, 因此这种方法的实用性差。

Hough变换是以简单的几何图形, 如直线和圆等, 作为检测对象, 即现在说的计算机视觉算法———检测具有已知形状的目标。具体的运算中运用到差分运算和二值化等, 并且把二维图像空间映射到三维参数空间。其中圆的Hough变换可以在人眼图像中检测虹膜内外半径和内外边界中心, 实现虹膜图像分割。它首先产生边界点, 即在人眼图像上采用一阶导数和阈值处理, 然后是通过边界点投票来确定虹膜边界参数。该方法相对而言, 稳定性较高, 是一种很好的定位虹膜边界方法, 但是它耗时长, 且容易受到虹膜上环状的“神经环”影响。

另外, 虹膜定位方法还有粗、精定位结合的方法。用粗定位确定虹膜的大概位置, 然后用精确定位确定虹膜边界, 这样可以提高定位速度和精度。这类方法有诸如Daugman算法和Hough变换相结合的定位检测方法、二值化图像定位虹膜内边界与Hough变换定位虹膜外边界相结合的方法等。不过在虹膜识别中, 应该优先考虑精度, 再考虑提高速度。

2 虹膜特征提取和匹配算法

2.1 Gabor变换

Gabor变换是一种短时傅立叶变换, 最早由D.Gabor提出。是在傅立叶变换中加入一个Gauss函数作为窗函数, 再给出图像等信号的时频信息, 通过Gauss函数来实现信号的时频分析。Gabor变换可以获取一些纹理特征, 但它是非正交的, 对纹理图像的处理效果不是很好。

根据Gabor变换, J.G.Daugman (1980) 提出了2D-Gabor滤波器理论, 2D-Gabor滤波器可以最大限度地获得空域和频域的联合分辨率。

2.2 傅里叶变换

连续测量的信号, 可以表示为无限叠加的不同频率的正弦波信号。傅立叶变换就是以累加方式, 来处理测量到的原始信号中不同正弦波的频率、振幅和相位。对图像的傅里叶变换, 是将图像从图像空间变换到频率空间, 这可利用傅里叶频谱特性处理。

这其中有2-D傅里叶变换和快速傅里叶变换。2-D傅里叶变换如下:

式 (2) 、 (3) 中, u和v均为频率变量。

快速傅里叶变换是对离散傅里叶变换的算法进行改进获得的。但是它不能局部化分析, 也不能时频完全分离, 使得在图像信号的处理和分析中效果不佳。

2.3 小波变换和小波包分解

小波变换是J.Morlet (1974) 首先提出的。小波变换是时间和空间频率的局部化分析, 可以聚焦原始信号的细节。在小波变换中, 时间和频率的窗函数宽度都是α函数, 对低频分析时可将时间窗加宽, 将频率窗减小;对高频分析时可将频率窗加宽, 将时间窗减小。小波变换包括1-D小波变换和2-D小波变换。

小波包分解可以根据信号特性和分析要求自动选择相应频带与信号频谱相匹配。一般说来, 小波分析是将信号分解成低频的粗略部分和高频的细节部分, 然后仅对低频信息继续分解, 得到低频信息和高频信息, 依此下去, 而不对高频信息做分解处理。小波包分解则对各频带进行分解, 既对低频信息分解, 也对高频信息分解。用小波包分解分析纹理图像时, 对低频信息分析的同时, 对图像高频信息有选择地正交分解, 这样可以得到比较全面的图像特征信息。

3 虹膜识别未来发展

虹膜识别的研究, 仍有以下问题需要解决:

(1) 实际操作中, 由于虹膜图像获取精度不高、睫毛和眼皮的遮挡会损失部分虹膜的信息, 以及虹膜图像分类算法自身的原因, 其识别率并不是很理想。

(2) 虹膜识别技术的应用应该充分考虑一些特殊因素。例如, 由于网络的日益重要, 研究应用虹膜识别技术进行网络身份认证必会成为一个重要方向。

因此, 在未来的发展趋势上, 虹膜识别的主要研究方向有: (1) 虹膜图像提取设备的研究。 (2) 虹膜数据库的建立与虹膜图像的标准化工作。 (3) 虹膜特征的提取研究。 (4) 虹膜识别技术研究。

另外, 经定位、归一化和图像增强后的虹膜图像目前常采用Hamming距离对其进行分类。Hamming距离是一种严格意义上的模式匹配, 而虹膜图像由于图像提取质量不高、定位不够精确和提取的特征不完全等各种原因, 决定了虹膜图像的匹配只能采用一些模糊的识别方法, 如神经网络、支持向量机等机器学习的方法。因此, 各种机器学习方法在虹膜识别方面的应用是今后虹膜识别中一个重要的研究课题。

参考文献

[1]康浩, 徐国治.虹膜识别系统[J].电路与系统学报, 2000, 5 (01) :12-15.

[2]田启川, 刘正光.虹膜识别综述[J].计算机应用研究, 2008, 25 (05) :1295-1300, 1314.

[3]王蕴红, 朱勇, 谭铁牛.基于虹膜识别的身份鉴别[J].自动化学报, 2002, 28 (01) :1-10.

[4]J.Daugman.High confidence visual recognition of persons by a test of statistical independence[J].IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 1993, 15 (11) :1148-1161.