卫星通信的基本原理精选(九篇)

第1篇：卫星通信的基本原理范文

[关键词]卫星通信 信息安全 跨学科 教学方法

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）20-0042-05

随着信息技术的迅猛发展，信息安全领域对于保障我国政治安全、军事安全、国家基础设施安全和社会稳定等全局性影响的极端重要性日益凸显。尤其是在军事领域，战争的重心已明显向信息领域转移，作战的重心也转移到了制信息权的争夺上。现代战场空间被立体分布、纵横交错的信息网络所笼罩，各种作战要素被以计算机和通信技术为基础的信息网络连接成一个有机的整体。为适应我国社会信息化建设在新时代面临的新要求，尽快建设并形成网络信息安全保障体系刻不容缓，教育部设立了信息安全专业。由于起步晚、信息基础薄弱，我国信息安全存在不少突出问题，其中之一就是信息安全专业人才严重匮乏，其根本原因是信息安全人才教育与培养制度的不完善。信息安全是信息工作稳定可靠的重要保障，涉及计算机、通信、数学、物理、法律、管理等多个领域的专业知识，需要进行专门人才的教育与培训。目前我国主要采用高等院校设置专业课程的方式来进行信息安全教育，并且信息安全专业教育教学与其他学科信息安全教学严重脱节，形成了信息安全专业学生对所学知识“无用武之地”和其他理工类专业学生对信息安全知识“无所谓”的尴尬局面。

本文在分析我国信息安全专业与通信工程专业现状的基础上，首先探讨了我国信息安全专业课程体系，分析了信息安全“跨学科”教学在各理工类专业中的重要性。然后以卫星通信课程为例，研究了为卫星通信课程中实现跨学科信息安全教学的方法和手段。最后对跨学科信息安全教学提出了一些建议，探讨信息安全专业教育与其他理工专业教育“互为支撑、相互促进”的教育教学新方法。

一、我国理工类高等院校信息安全专业建设

（一） 信息安全专业建设

我国信息安全本科专业设置始于2001年，党中央、国务院高度关注我国信息安全专业建设，教育部为此下发了教育部教高[2005年]7号文件， 对加强信息安全学科专业建设提出了指导意见。目前，我国高校、科研机构的信息安全专业建设发展迅速。截至 2011 年底，全国在已有的 70 余所高校所建立的信息安全及相关类本科专业的基础上，在 25 所高校和研究所中设立了信息安全二级学科博士点，在各大学和研究所建立了部级和省部级的信息安全相关的重点实验室与工程中心。不少信息安全研究单位和企业与高校开展了多层次的合作，直接或间接地参与到信息安全人才的培养中来。另外，为促进高校形成自己的特色与品牌，面向社会需求培养，强化实践教学，“十一五”期间，全国已有包括武汉大学、清华大学等在内的 16 所高校获得教育部批准建设的部级信息安全特色专业或方向。近几年， 武汉大学计算机学院和北京电子科技学院都增设了信息安全本科专业；有些院校和科研机构也已开设相关专业，培养专门人才。这类教育与培训较为系统和体系化，主要针对在校学生和专业进修人员进行。

另外，许多高校根据自身的特点分别将信息安全设置在不同的一级学科中。实际上，信息安全专业所涉及的领域相当广泛，尤其是理工类高等院校完全可以根据自身的传统优势学科发展相应的信息安全研究方向， 自主设立相应的学科点，并且通过学科建设带动本科专业的建设，使其对学科发展形成支撑作用。例如西安电子科技大学根据本校的特色，在信息与通信工程一级学科下自主设立了信息安全二级学科，从通信与密码学外延培养通信保密和信息安全的专业人才， 取得了良好的效果。国防科技大学、信息工程大学等军事高等院校依托其理工特色，也根据现有的各类专业（数学、物理、计算机、通信、电子对抗等）外延，培养不同特色的信息安全领域的人才。

（二）信息安全课程体系建设

由于信息安全具有多学科交叉、理论与实践结合和涉及国家安全等特殊性，它是计算机、通信、微电子、数学、物理、法律、管理、教育等多学科交叉的产物。而信息安全专业有着系统的知识体系，同时包含密码理论与技术、安全协议理论与技术、信息对抗理论与技术、网络与系统安全等诸多研究方向，每个方向都有配套的培养方案，侧重点不同。信息安全专业学生既要系统地学习信息安全专业知识，又要与自己的专业方向相结合。由于国内的信息安全专业作为二级学科开设在不同的一级学科之间，因此课程设置差别很大。在全国数百所理工类高等院校中，各高校依据其办学思路和本校特点，其信息安全专业的定位不同，这决定了其课程体系设计差别很大。如“数字信号处理”、“编码理论基础”、“随机信号分析”、“通信原理”、“信息网络基础”等课程使得信息安全专业培养更倾向于密码学和通信安全；而“计算机网络”、“软件工程”、“操作系统”、“数据库原理”等课程则将信息安全专业培养定位于计算机科学与技术专业之上。综合来看，主要有以下几种情况：

1.信息安全专业置于数学系，以密码学作为教学重点。

2.信息安全专业置于通信系，以通信安全作为教学重点。

3.信息安全专业置于计算机系，以计算机网络安全与系统安全为教学重点。

4.信息安全专业置于商学系，以电子商务安全作为教学重点。

课程体系基本上包含理论与技术两个方面。在理论课程方面，一般包括初等数论、计算数论、密码学、信息论、计算机体系结构、计算机网络、协议形式化分析等内容；在技术课程方面，一般包括网络安全与对抗、计算机恶意程序防范、计算机与通信网络设计等内容。现代信息安全行业的深远发展已经奠定了信息安全及其管理在信息安全教育与培训中的地位，但目前还存在信息安全管理欠缺、信息安全专业“封闭性”较强、其他理工类专业信息安全教学意识淡薄等问题，其核心问题是没有充分理解与利用信息安全的“跨学科”内涵，这一点在理工类研究生教育中体现得尤其突出。因此，我国教育科研机构尤其是理工类高等院校必须深入开展信息安全学科内涵的研究，从专业建设和课程体系建设上下真功夫，不断整合已有的理工类教学科研资源，从而推动我国信息安全教育不断向前发展。

二、卫星通信中的跨学科信息安全教学

本节将在分析目前卫星通信课程内容的基础上，以卫星通信中的信息安全教学为例，探讨进行跨学科信息安全教学的方法与手段。

（一）卫星通信课程体系

卫星通信结合了通信技术、计算机技术和航空航天技术等多种通信手段，是大部分理工类高等院校信息与通信工程专业的必修课程，是通信、电子、信息类专业中具有举足轻重地位的交叉学科。 因此，卫星通信课程涵盖的知识面相当广泛，从物理学科的开普勒三定律到数学的几何运算，从卫星的发射控制技术到卫星与地球站之间的无线通信技术，涉及的内容非常多。而卫星通信课程属于专业课程，课时量一般为32-50学时。目前，我国大多数高等院校通信工程专业的卫星通信教学课程大致分为七个部分：卫星通信概述，通信卫星技术，卫星通信地球站，多址方式与分配制度，卫星通信链路分析，卫星通信系统与卫星通信网络。教学目标与大纲一般设定为：使学生掌握现代卫星通信的基本概念和原理以及主要技术，洞悉卫星通信技术的最新动态及发展前景，加深对卫星通信系统的认识，从而使学生有较好的素质适应无线通信技术快速发展的趋势。以课程讲授阶段划分，课程组成如图1所示，主要包括卫星通信概论、卫星通信系统、信号传输技术、典型的卫星通信网介绍等。

可以看出，目前的卫星通信课程体系存在内容多、系统性强，结合实际应用较多的特点，但并未涉及信息安全内容，而卫星通信的协议及数据安全始终是卫星测控系统与通信系统设计中最重要的问题之一，同时也是卫星测控任务实施过程中的关键性问题。电子侦察和电子对抗手段的发展对依靠机要手段保障空间数据系统安全的传统方法形成了严重的威胁。信息安全知识讲授的匮乏造成了通信工程专业学生在信息安全方面的专业知识缺失。另一方面，信息安全专业学生的课程学多以地面有线和无线网络为背景，对于卫星通信中的信息安全教学并未涉及，而地面网络与卫星通信网络环境的极大差异又造成其已掌握的信息安全知识无法直接运用到某些具体工程实践问题上，这对于军队理工类高等院校等涉及国家基础设施安全保障任务的高等院校来说是一个亟需解决的问题，并且该问题在信息与通信工程专业研究生教育上体现得更加突出。

实际上，在单纯的课堂理论讲授之外，应花大力气研究如何提高卫星通信课程的教学质量，使学生在理解掌握卫星通信基本原理的同时，能够学以致用地解决工程实践问题。

（二）加强意识教育，使学生了解卫星通信中信息安全的重要性

首先要让通信工程专业的学生了解信息安全在卫星通信中的重要性。卫星通信的安全性是任何空间任务都不能忽视的问题，特别是目前分包系统和交互支持应用广泛的现代空间信息体系，由于空间链路的开放性，航天任务期间存在着各种形式的对空间数据系统安全的威胁。第三方可以通过技术手段截获所发送的通信信号，窃取并解译信息内容，并通过伪造信息对正常工作的卫星进行攻击破坏，从而达到破坏信息、数据或资源，泄露秘密信息，中断系统的正常业务的目的。在这种情况下，卫星通信乃至空间数据系统的安全就出现了前所未有的需求；面对高技术手段形成的电子侦察和对抗环境，对数据保护技术的要求也达到了前所未有的程度。空间信息传输的安全主要由通信节点和通信链路的安全来保障，而通信链路的安全主要由通信协议的安全来保障。

如上，通过分析卫星通信系统在目前高技术条件下所面临的安全威胁，使学生充分掌握课程讲授的目的。可以通过引入信息安全理论中的安全威胁建模与卫星通信系统遭受信息攻击案例等多种形式增强教学的趣味性，以提高学生的兴趣。

（三）结合卫星通信环境，使学生掌握卫星通信中信息安全的知识点

在具体教学实践过程中，要掌握因材施教的原则，针对信息安全专业与通信工程专业学生，授课内容重点有所不同，重点结合卫星通信环境，使通信工程专业学生掌握需要学习的信息安全知识点，使信息安全专业学生掌握其所学的信息安全知识在具体卫星通信工程实践中应用的方式方法。其根本在于，空间信息链路的特点决定了其安全增强方式与传统的地面网络安全机制之间的不同。主要表现在以下几个方面：

1.由传输距离远而引起的长传播时延以及上下行链路的高度不对称，导致了卫星链路遭受攻击的反应时间增加。

2.信息传输误码率高，信息传输过程几乎全部需要利用卫星链路，恶劣的空间辐射环境以及敌方的电磁干扰、电磁攻击，会导致信息误码率升高，而高误码率会对加密数据的正确性产生更大的影响，密码学算法的错误扩散影响范围急剧扩大，增加数据重传的概率。

3.卫星通信资源异常宝贵，传统的认证、加密及访问控制机制会大大消耗有限的卫星链路资源，应在实现安全控制的同时要避免浪费通信资源。

4.卫星的计算资源、存储容量及处理能力受限，使得采用的安全机制必须高效，以处理效率和安全为双重目标；并且，由于空间环境的电磁辐射引起的单事件翻转（SEU）会导致安全模块计算错误，同样加剧了错误扩散的程度。

5.卫星信道状态的不可预测性决定了在空间链路上实施入侵检测的难度较高、较为复杂。

通过如上分析，让不同专业学生了解到自己目前所掌握知识的差距，从而提升通信工程专业学生掌握信息安全与对抗知识的兴趣，也能够培养信息安全专业学生“学有所用”的自信。

（四） 跟踪科研发展成果，设计卫星通信信息安全教学内容

针对卫星通信协议所面临的安全威胁，基于卫星链路复杂性、异构性、高动态性、长延迟等特点，可从物理层的信息理论安全和链路层/网络层的计算安全两个方面研究空间通信协议的安全增强和数据保护技术，主要包含基于计算安全理论的数据安全保护和基于信息理论安全的物理层安全两大教学内容。由于卫星通信技术发展速度快，因此要紧跟最新科研成果，动态调整设计卫星通信信息安全教学内容。

1.基于计算理论安全的CCSDS链路协议数据保护。依据最新的CCSDS国际标准，重点讲授CCSDS空间数据链路协议保护的加密与认证技术。在讲授过程中，根据信息安全专业学生的密码学知识储备与通信工程专业学生的通信原理知识储备，减少理论授课内容，因材施教。结合卫星信道的高误码率等链路特点，讲授信息安全技术对链路协议的吞吐量效率、等待延迟等传输性能造成的影响。要让信息安全专业学生理解，安全机制实施的位置、采用的密码学算法和协议的执行过程之间存在错综复杂的联系。在原有卫星通信系统上添加安全机制，从可靠性角度来看无疑是增加了一个可能给系统可靠性带来不利影响的额外环节。可让学生在教学环节展开深入讨论，让信息安全专业学生和通信工程专业学生深入交流，从不同专业背景出发，讨论卫星通信系统中需要的数据保护技术具有哪些特点，受到哪些限制，与传统地面网络存在何种不同。

由于涉及的密码学知识较多，基于计算理论安全的卫星通信数据保护技术适宜在信息安全专业进行课程教学。

2.基于信息理论安全的物理层安全机制。首先，要让学生了解课程教学目的。由于空间链路中存在被动窃听的可能性，如果通信双方完全通过在经典信道上传输信息，则在双方之间建立保密的密钥是不可能的。其次，随着技术的不断发展，计算机的计算速度呈级数增长，量子计算机的即将出现更是威胁着计算密码的安全性，要满足空间链路的信息机密性需求就必须构建更科学更完善的密码体制。然后，引入信息理论安全的概念。信息理论安全结合了信息论与密码技术，其基本原理是利用信道传输的随机性，保证无线网络中恶意窃听的第三方不能对信息进行正确译码。在卫星通信链路的物理层采用基于信息理论安全的安全机制，星地通信双方不需要共享加密密钥，不需要复杂的加密解密算法，利用信道特性、编码、调制等一系列通信机制建立来建立安全的通信模型。

在具体教学实践过程中，要以Shannon信息论意义上的安全通信系统模型为基础，结合卫星通信信道存在着多径效应、阴影效应、多普勒频移和电离层闪烁等特征，重点讲授多径衰落等自然因素对信道安全容量和安全通信速率的影响，使学生掌握多径衰落环境下的信息理论安全模型。让学生了解通过多径衰落的阴影效应和多普勒效应的影响来加大窃听方对信息不确定性的方法，并学习利用多径衰落的相关系数之间的内在关系掌握基于信息理论安全的密钥生成算法等。由于涉及的信息论与通信原理知识较多，基于信息理论安全的物理层安全机制适宜在通信工程专业进行课程教学。

三、加强理工类高等院校跨学科信息安全教育的几点建议

根据上述分析，本文就如何加强理工类高等院校跨学科信息安全教育提出以下四点建议。

（一）因材施教，进行信息安全学科内部跨学科“二次教育”

信息安全专业研究生大多来自计算机、通信与数学等各个专业，其在本科阶段的知识背景、知识结构都较为不同。针对这种情况，应充分利用学生知识结构，找准切入点，选择适合来自不同专业学生的研究方向，使他们既能获得全面系统的信息安全专业知识又能发挥他们所长，因材施教进行“二次教育”。具体来说，针对来自计算机、通信等工程类专业的学生，利用其在互联网技术、通信技术以及计算机软硬件等方面的知识储备优势，重点加强其在信息安全理论知识方面的教育培养，指导学生阅读学习密码学与安全协议相关理论知识的经典教材或经典论文，培养其信息安全理论学习兴趣 。相应地，针对来自数学等理论性较强专业的学生，由于其已经具备了扎实的理论基础与理论学习方法，故应提高计算机、通信网和程序开发等方面的工程实践能力，弥补相应知识与能力的欠缺。

（二）与时俱进，有机结合系统工程知识与理论基础知识

对于信息对抗与网络系统安全等侧重于工程技术的研究方向，在打牢信息安全理论知识基础的同时，应加强工程实践教育，使教学工作融合于科研项目的研究开发过程中，让学生能够更加生动具体地理解专业知识并加以掌握。要不断总结经验，根据不断变化的本学科发展情况和学生的综合素质改进培养方案，根据最新的科研成果改进系统教材，做到研究生教育与项目科研与时俱进、研究方案与教学教材紧密结合、工程研发培训与信息安全理论教学跨学科并进，从而促使研究生培养水平不断提高。

（三）融会贯通，加强其他理工类专业信息安全“跨学科”教育

对于其他理工类专业，如自动控制类专业、物理类专业、化工类专业、航空航天类专业等涉及国家基础设施安全的专业学生来说，首先要加强其对信息理论知识重要性及理解程度，要求其重视本专业学科中信息安全问题的重要性；其次是在课程体系建设方面，适当增加信息安全在本专业应用方面的课程。例如在飞行器设计专业方面，要加强学生对行器通信安全重要性的理解，掌握飞行器通信安全在飞行器设计中的方法与要求；在电力系统专业方面，要求学生在设计电力网络的同时，要能够充分考虑电力网的安全性。总而言之，要理工类各专业学生在扎实掌握本专业基础知识的同时，具备一种包含信息安全在内的“大局观”，融会贯通地掌握体系知识与体系设计能力，全面提升专业素质能力。

（四）丰富形式，利用多种手段加强信息安全专业与其他专业的“跨学科”交流

除正规课程之外，信息安全教育还可以通过其它形式多样的跨学科教育活动来进行。许多高校都开设有“计算机文化节”之类的课外教学活动，信息安全可以作为这些活动中的重要组成部分，比如举行信息安全知识竞赛，计算机渗透技术大比拼等。另外，小型报告会、问卷调查、技术讲座等都可以作为信息安全教育的方式。总之，通过形式多样的教育活动，使信息安全专业学生充分了解所学知识与技术的“用武之地”与“用武之法”；使其他理工类专业学生了解信息安全的重要性，掌握基本的信息安全技术，增强其专业知识体系的全面性及其大局观，为实现信息安全管理、解决信息安全问题奠定坚实的教学基础。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 唐成华，钟艳如，王鑫，王勇，张瑞霞.信息安全专业发展现状及促进对策[J].计算机教育，2013，（7）：66-73.

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[3] 李晖，马建峰. 结合学校特色加强信息安全专业建设的几点体会[J].北京电子科技学院学报，2006，（1）：3-4.

[4] 王丽娜等.卫星通信系统[M].北京：国防工业出版社，2006.

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第2篇：卫星通信的基本原理范文

就我国目前的情况来看，我们对卫星通信技术的应用是极其广泛的，例如：卫星通信、遥感遥测、广播电视以及车载导航等，且其也已经成为了我国较为新型的一种战略性引导产业。特别是从我国进入二十一世纪以来，除了先前的一些基础产业，如，广播电视以及通信等，对卫星通信技术有所运用之外，金融、电力、民航、国防、石油、海关以及煤炭等产业，也开始对卫星通信技术进行了大量的应用。且通过后期多方面的调查，我们也可以知道：卫星通信技术在我国大范围的应用，不仅提高了传统通信以及广播传输等产业的效率以及质量，还在一定程上减少了各产业的工作量，同时也进一步提高了各个产业的生产以及运营的效率。由此可见，卫星通信技术在我国当前的应用情况是较为乐观的，且其也存在着一定的发展潜力。

二、探究卫星通信技术的实际应用

（一）交通方面把移动式的船以及车载站当作基站，同时借助卫星通信系统，将人们当前所处的位置进行准确的定位，然后再对其出行的实际路线作出合理的规划，一旦船或者是汽车，它们在某一个位置出现较为严重的交通事故之时，卫星就会率先为突发事故的船或者是汽车提供“点对点式”的网络以及通信服务，其中，语音以及数据链路业务，能够实现两个目的，它们分别是：1）可对事故现场的基础设备进行遥控、遥测以及遥信；2）能够将配网产生的故障源进行智能的定位，同时将其作出适当的隔离。此时，卫星通信系统还会及时的与某些特定的医疗服务机构进行呼救，以在最大限度之内减少人员的伤亡。其次，该系统的动态性全网监管、控制以及维护等功能，不仅能够为数据以及各类文件的安全传输提供技术支持，还能够不受地域以及空间的限制，对数据信息进行不断地交互、保存、分析以及处理。

（二）广播电视方面目前，我国已经构建起了30座左右的基于卫星通信技术的“广播电视上行站”，而接收站以及不同种类的转播站数量，则已经达到了30多万个。在此基础之上，我国也已经研制出了具有现代化特点的“广播电视卫星直播系统”，它不仅能够提高广播信息的传输速率及质量，还能够为广大用户提供更为全面以及优质的广播电视节目。其实现的基本原理是：通过在地面上构建符合通信要求的台站以及卫星平台，来对通信的基础数据信息进行合理的并广泛的收集，然后再借助卫星遥感，对这些已经收集到的数据信息进行科学的处理，比如：缓冲、转发、信号采集以及话音等，最终再把从卫星传输过来的电信号进行有效的还原，以实现在同一时刻之中，为处于不同地域以及省市中的市民提供最及时、最新鲜的节目信息。

（三）军事及国防方面近几年来，卫星通信技术在我国军事以及国防这两个领域当中，均有较为广泛的应用，比如：外交通信、情报中继、军事指挥、条约监控、危机管理以及军事控制等。其中，在国防事业当中，卫星通信系统除了能够为其提供最为基础的通信、监视以及导航等功能之外，还能够起到对国防以及天气情况等方面的数据信息进行实时的侦察、采集以及处理的作用，以尽可能的向国防人员提供最为真实，且还具有较高时效性的基本信息。除此之外，该系统在我国军事以及国防中的应用，还具有其它的一些作用，如下：1、可实现“远程战略通信”；2、能够对各类突发的异常军事情况作出及时的支援；3、可以提高我国军事以及国防中各项重大决策执行的安全性，如，军事航天、舰队航海等；4、能够为我国军事以及国防领域的各项工作提供主要依据以及技术支持，如，军事轰炸、航空飞行以及战场后勤等。

（四）抢险救灾方面现阶段中，我国卫星通信系统已经打破了地域以及空间上的限制，主要体现在：除了传统的陆地式卫星通信系统之外，在海洋以及空中，甚至是太空当中，都存在着卫星通信系统的影子。自然而然的，在一些灾害的预防以及救助事业当中，卫星通信系统也发挥出了较大的作用，其实现的基本原理是：借助“宽带卫星传输系统”，把预先收集到的多方面的数据信息（主要包括天气、海洋活动以及地表的实际变化情况等），利用以太网，将它们及时、快速的传输给监控站。此时，监控站的工作人员就会根据收集到的数据信息，推断出未来的某个时间段之内，哪个地方将会发生强度为多少等级的自然灾害，并依照最终的推断结果，采取合理的措施，做好相应的防范工作，以尽可能的将灾难的影响程度降低到最小。

三、结束语

第3篇：卫星通信的基本原理范文

关键词：TCP改进；调制解调小型化；LDPC；接入控制

引言

卫星通信具有不受地理条件限制、远距离通信成本低、覆盖范围比一般无线通信方式大的特点，可以解决地震、水灾等自然灾难发生后，地面通信遭到严重破坏后的紧急通信保障任务。便携式卫星通信地面站具有移动灵活，架设快速的特点，非常适应应急通信需求。但是以往便携站业务接入方式大多采用有线接入方式，接入方式单一，无法满足应急现场灵活、多变的要求。WIFI具有信道稳定、带宽较宽的特点，通常被用来为用户提供最后一段距离的无线IP接入工作。利用WIFI技术可以很好解决卫星便携站的接入方式单一问题。本文提出的基于WIFI接入方式的便携式卫星通信终端解决方案，内部包含调制解调单元、WIFI接入单元、IP处理单元等模块，实现了视频、话音等多类型业务的WIFI接入，并对IP数据传输方式进行了适应性改造，提升了卫星信道中的IP数据传输效率。

1终端设计方案

1.1终端组成原理基于WIFI的卫星通信终端利用WIFI接入单元建立了WIFI接入热点，为视频、电话等业务提供WIFI接入通道，实现了视频、电话等业务WIFI接入，并利用内部的调制解调器建立与后方的卫星信道。该终端实现了现场与后方的双向通信，其原理如图1所示：与后方指挥中心建立的卫星信道实现现场与后方指挥中心之间的双向通信，其实现原理如图1所示。1.2终端内部的设计基于WIFI的卫星通信终端内部包括调制解调单元、IP接入单元、WIFI单元，其中调制解调单元完成信号的调制解调功能；IP接入单元完成IP信号的加速、路由等功能；WIFI单元完成构成WIFI热点实现无线终端接入的功能。（1）调制解调单元。调制解调单元主要完成数据的调制和解调工作，从功能分为信道纠错、数字调制、数字解调、中频收发组合等模块，在设计上将采用了中频带通采样技术，在保证设计指标的前提下，降低了电路尺寸和功耗。信道纠错主要实现数据的纠错编码和纠错译码，本终端采用的LDPC纠错码技术具有纠错能力强，译码延时小、译码器简单的特点。数字调制技术，将DA转换的频率提升至800MHz，并将成型滤波、数字重采样、调制映射、上变频等功能都在FPGA中通过数字实现，提高了电路可靠性，降低了电路实现的难度。数字解调主要在FPGA中实现了数字下变频、定时恢复、载波恢复等功能，完成调制后信号的相干解调功能。中频收发组合主要用于调制信号的上变频以及下变频处理工作，为保证模块可靠工作还增加了功率控制及AGC等功能。（2）IP接入单元。由于卫星通信中存在的长延时、高误码率的特点，导致IP数据传输存在传输效率低的问题。IP接入单元实现了IP数据的汇聚，接口转换以及IP协议改造等功能，保证IP数据在卫星通信系统中高效传输。IP接入单元采用内部集成ARM核的FPGA实现，IP加速、接口转换等功能，并采用88E6083扩展出8个10/100MLAN接口，满足多种业务数据的汇接功能。

2关键技术

2.1高集成度调制解调技术小型化、高集成度始终是硬件电路实现的目标。为提高调制解调技术的基成度，本终端设计方案中将DA输出频率提升至800MHz，AD频率提升至390MHz，提升了调制解调方案的数字化水平。在调制端在原数字基带调制包含的数据内插、映射等模块的基础上，增加了数字上变频模块，在数字阶段实现了上变频功能。在解调端，对AD采样后的中频数据，增加了数字下变频、CIC滤波等数字化处理模块，解决了中频至基带的转换问题，并降低了采样速率，为后期的数字解调创造了条件，并在数字基带解调的配合下完成了解调功能。2.2TCP/IP加速技术卫星通信系统中存在的传输延迟大、误码率高等特点，造成了TCP/IP数据流传输效率很低的现象。为实现TCP/IP数据的高效传输，本终端对TCP/IP协议进行了分段处理提高了数据流的传输效率。TCP/IP加速技术将传输过程分为两个阶段来实现，第一阶段是TCP客户端到TCP改进模块，第二阶段段是TCP改进模块到TCP服务器。通过这种分段，使得TCP客户端认为正在和地面网络上一台主机进行数据通信，不会出现由于等不到回复，数据源不停重发的现象，提高了信道的传输效率。TCP/IP加速技术的实现过程包括网络截包、TCP连接建立、TCP数据传输、TCP连接拆除、TCP连接信息表管理、协议欺骗、重传处理、带宽调整、遮挡检测、网络数据包打包发送、配置管理等处理过程，其功能构成如图2所示。2.3LDPC技纠错码技术LDPC纠错码采用准循环(quasi-cyclic,QC)LDPC码，该LDPC码具有以下特点：（1）描述简单，特别适合于硬件实现；（2）编码可采用移位寄存器电路快速实现；（3）ErrorFloor低，无需再和它其编码级联使用。LDPC由编码器和解码器构成。编码器由输入缓存器、编码模块、输出缓存器组成，工作原理如图3所示。译码器采用最小和算法，性能与和积算法相近，并具有结构简单，无需信噪比估计的特点，译码器原理结构如图4所示。LDPC译码模块根据码率/码长等控制信息，读取信道数据。译码模块译码后，把数据写入RAM中，并在成功译码一帧后，指示接口模块开始输出，并在接口响应后，开始译码下一帧数据。

3测试结果

基于WIFI的卫星通信终端设计完成后分别进行了WIFI覆盖范围测试、误码性能测试和TCP传输效率测试。经测试终端达到的性能如下：采用小米手机可以实现50米内WIFI覆盖。在1/2LDPC编码条件下，译码迭代20次时，不同码长的误码率曲线如图5所示。4结语本文设计的基于WIFI的卫星通信终端，实现了最高信息速率2Mbps的高效TCP/IP卫星通信，可以在地震、水灾等突发灾害发生时发挥巨大作用，具备良好的市场推广价值。

参考文献：

[1]马刈非.卫星通信网络技术[M].北京:国防工业出版社,2003:75-87.

[2]徐宇杰.TCP/IP协议深入分析[M].北京:清华大学出版社,2009:47-53.

[3]张亚生.卫星TCP加速技术研究[J].无线电通信技术,2010,36(05):29-31.

[4]王秉钧.卫星通信系统[M].北京:机械工业出版社,2004:140-164.

第4篇：卫星通信的基本原理范文

关键词：卫星通信 本科教学 教学改革 Matlab软件仿真平台

中图分类号：TN927 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（a）-0141-02

Research of Undergraduate Teaching Reform for Satellite Communication Course

Hong Tao

（College of Telecommunications & Information Engineering， Nanjing University of Posts and Telecommunications， Nanjing JiangSu 210003， China）

Abstract：With the development of satellite communication technique and requirement of technical personnel for our country，the problem of cultivating satellite communication talents has been a challenge for chinese universities.In this paper，we focus on the classroom teaching method，experimental hardware and software platform，and course examination method for satellite communication course according to the problem of practical teching.It is proved that teching reform had a better performance of this paper.

Key Words：Satellite communication;Undergraduate Teaching;Teching reform

卫星通信是指利用卫星作为中继站实现两个或多个地球站之间的信息交换的无线通信技术，综合了通信技术、计算机计算和航空航天技术的交叉学科[1-2]。近年来卫星通信技术不断革新，例如中低轨道的移动卫星通信系统等都受到了人们广泛的关注。我国的卫星通信技术相比与美国等发达国家还存在一定的差距，如何培养我国的卫星通信专业技术人才是当今我国高校教育中面临的一项挑战[3-4]。

在南京邮电大学本科生培养计划中《卫星通信》课程是作为大四学生专业限选课程。设置这门课程的目的是在《通信原理》等专业课的基础上，系统级的帮助学生巩固已经学习的通信基础知识、掌握通信基础理论在实际的无线通信系统中的应用、以及卫星通信的组网技术。课程总共分为5个部分的内容在教学计划中安排了32个学时和8个实验学时，考察方式为闭卷考试结合试验成绩。在其他高校卫星通信课程教师的教学经验[5-6]和笔者几年的教学过程中，总结了如下几点在教学过程中发现的问题：（1）本课程属于专业限选课程，讲授内容是建立在《通信原理》等基础必修课程的基础上的，学生对于无线通信基础知识掌握存在较大的差异，导致讲授过程中学生对于知识点的理解存在较大差异，课堂教学效果不能达到预定的目标;（2）大四学生面临毕业的压力，注意力主要放在的考研、找工作等方面，学生对于卫星通信技术学生的兴趣和学习效率普遍很低;（3）传统的教师课堂讲授的方式枯燥，加上卫星通信系统知识点的分散和抽象，使得学生课上对于知识点理解效率低下，课后更没有时间回顾课程的内容;（4）考试前学生只是结合前几年的考试试卷采用死记硬背的备考方式，根本不理解知识点的含义，导致学生考完就不记得所学习的课程。上述的几个方面导致课程的通过率逐年下降，学生选修学习这门课程的人数逐渐减少。如何提高课程的教学质量已是《卫星通信》课程迫切需要解决的问题。

针对上述的几个问题，作者在教学过程中引入了以下三点的改革思路：（1）激发学习兴趣，学生基础存在差异，需要教师在讲授过程中回顾对比无线通信的基础知识点，帮助学生理解无线通信基础知识在卫星通信系统级平台上的应用。采用多媒体、拓展课程等手段激发学有余力的学生对于从事卫星通信事业的兴趣;（2）知识点讲授，卫星通信课程知识点较为分散，在讲授的过程中对比其他的通信网络知识点，在对比的过程中使得学生掌握卫星通信课程中的关键知识点。引入Matlab软件仿真平台和硬件实验平台，使得抽象的知识点形象化;（3）课程考查方法，将传统上课点名和期末考试的课程考查方法改为平时大作业、实验成绩和期末考试相结合的考查方式。

1 教学方式改革

作者认为学生对于卫星通信课程学习的效果关键在于两个方面，一是教师的知识点讲授方法;二是激发学生对于课程的学习兴趣。为了做好上述的两个方面作者从以下的三方面入手，提高卫星通信课程的教学效果。

1.1 课堂讲授方式

卫星通信课程在无线通信体系中并不是一门孤立的课程，应该放在整个无线通信大的背景中来讲授。针对学生基础知识的差异，作者在传统讲授方法的基础上补充了以下的三种讲授方式：（1）支撑知识点的回顾，学生在理解卫星通信中新的知识点的时候，都需要用到无线通信中基础的知识体系，讲授在讲授之前用适合的时间回顾下基础知识点存在一定的必要性。如在讲授编码和调制技术的时候帮助学生回顾下编码的基本概念、正交调制等基础的知识点，再引申出卫星通信中使用的LDPC码、QAM调制技术等知识点。这样使得基础知识点较为薄弱的学生不会在课程的开始阶段就失去学习的兴趣，进而恶性循环;（2）联系对比教学，卫星通信网络是适用于卫星通信链路的网络体系，与传统的地面移动通信网络是存在一定的差异的。课程讲授过程中引入这些差异性讲授有助于学生更深刻的理解卫星通信的知识点。在这种上下联系，左右对比的教学环境中使得学生在原有的知识体系中引申出卫星通信的知识点;（3）拓展性课程，对于学有余力的学生，课堂时间中教师讲授的有限知识点并不能满足学生对于卫星通信系统的理解，需要激发学生对于卫星通信技术的学习兴趣，使得他们利用课余的时间利用图书馆、实验室等资源更好的学习卫星通信的知识。作者在课程中适当的加入了一些拓展课程的教学方式激发学生的学习热情，如在课程讲授中加入美国的探月工程和中国的嫦娥工程等视屏结合PPT的方式激发学生从事我国的卫星通信事业。

1.2 Matlab软件仿真平台和硬件实验平台

卫星通信课程是一门需要软硬件结合教学的学科，教学过程中需要提高学生自主的软硬件动手能力。由于学校硬件实验平台受资金等方面的局限，学生的动手能力并不能得到很好的锻炼，这就要求教师在教学过程中也需要培养学生的动手能力。作者在平时的教学课程中基于Matlab仿真平台以大作业的形式布置一定的软件仿真实验，补充硬件实验平台的不足。布置这种探索性的大作业可以激发学生自主学习的热情，更好的理解学习的知识点，如在卫星通信VSAT网络中对于欧兰B公式的理解，作者布置了相关的Matlab编程大作业，学生在课程考试中对于这个知识点的掌握情况就很好，说明布置的大作业对于学生知识点的理解起到了一定的积极效果。在实验室的硬件实验中增加学生自主的动手实验内容，增加学生对于学科的感性认识，通过学生自主动手对于这些系统安装调试，提高学生的动手能力，在学习的同时激发他们课程实践的兴趣。

1.3 课程的考查方式

南京邮电大学卫星通信课程传统的考查方式是实验成绩占总成绩的30%，闭卷考试成绩占总成绩的70%的考查方式。作者在教学过程中发现这种考查方式并不能很好的反应学生的学习效果。课程结束后学生大多结合往年的考试试卷，采用死记硬背的方式通过考试，考完后就不记得所学的知识点。作者在实际的教学过程中采用平时Matlab大作业占总成绩的30%、硬件实验成绩占总成绩的20%和课程结束考试占总成绩的50%的考查方式。在软硬件实验中强调培养学生利用学校的图书馆和实验室的查资料学习和动手等能力。考试试卷中降低概念性试题的比例，适当提高探索性问题的比重，如在星站距和俯仰角知识点的考查中，在试卷中直接给出基本的计算公式，不需要学生去死记硬背计算公式，而在俯仰角的修正过程中增加试题的灵活度，如果学生在平时的课程和Matlab大作业中深入理解计算公式的物理过程能很容易的解答试题，而平时Matlab大作业不认真完成靠考试前死记硬背公式的学生不了解公式的物理含义很容易在修正的过程中出错，这样能更好的考查学生对于卫星通信知识点的掌握情况。作者通过两个学年的实验，这种综合体系的考查方式更能真实的反应学生对于本课程的掌握程度。

2 结语

作者通过与学生的交流，采用上述的三种教学改革方法，可以在一定程度上激发学生对于卫星通信课程的学习热情，选修这门课程的人数具有一定程度的增加，学生对于知识点的掌握更为清晰，取得了一定的教学效果。该文对于卫星通信这门课程的教学改革作了初步的研究，如何取得更好的教学效果还需要与广大高校中卫星通信课程教师共同探讨。

参考文献

[1] 王丽娜.卫星通信系统[M].国防工业出版社，2006.

[2] 夏克文.卫星通信[M].西安电子科技大学出版社，2008.

[3] 张更新，谢智东，谭哲.卫星通信的发展现状及产业发展综述[J].数字通信世界，2009（6）：24-30.

[4] 杜青，夏克文，乔延华.卫星通信发展动态[J].通信技术，2010（3）：24-29.

第5篇：卫星通信的基本原理范文

北斗导航系统是我国独立发展的拥有完全自主知识产权的全球卫星导航系统，截至 2012年10月25日，北斗卫星导航系统已成功发射16颗卫星[1]，并于2012年底组网运行，形成区域服务能力，与美国GPS系统、俄罗斯GLONASS系统和欧盟伽利略定位系统被认为是全球四大卫星导航系统。为加快推进北斗卫星导航系统的应用与产业化，增强我国导航与位置服务产业自主创新能力，国家制定了《导航与位置服务科技发展“十二五”专项规划》，其中明确提到“以北斗为核心的多系统兼容互用、室内外协同实时精密定位”[2]的关键技术突破。

辅助定位技术是通过移动终端和移动通信网络为卫星定位提供必要的辅助信息，以提高卫星定位终端定位的速度、灵敏度和定位精度等。辅助定位技术已广泛应用于GPS定位系统，被称作AGPS（Assisted Global Positioning System）。目前基于北斗定位导航系统的辅助定位技术暂时处于空白，从技术发展的角度看，利用辅助定位技术提高北斗定位的速度和精度是未来北斗定位系统的发展趋势和重要研究方向，而时钟同步是实现辅助北斗定位的关键，也是CDMA网络辅助北斗定位的技术难点之一。

2   时钟同步定义

时钟同步是数字通信系统的基础，时钟同步不良容易导致信息传递出现误码、滑码等问题，对于任何通信设备和系统而言，都需要提供一个精准的同步时钟，以保障其正常运作。北斗辅助定位终端涉及接收机时钟、北斗时钟、北斗卫星钟、基带时钟和CDMA基站时钟，若没有处理好各时钟的同步问题，必然引起辅助北斗定位的精度变差，甚至无效。因此，北斗辅助定位终端的时钟同步是实现CDMA网络辅助北斗定位的第一步。

3   北斗卫星时钟同步

北斗卫星导航系统的时间基准是北斗时（BDT），采用国际单位制（SI）“秒（s）”为基本单位连续累计，而北斗辅助定位终端的时间基准是本地时间UTC，两者时钟不同步存在钟差，因此，必须先使北斗辅助定位终端接收机时钟与北斗时实现同步。

北斗辅助定位终端接收机由于成本因素，无法配备高精度的原子钟，一般配备了石英钟，石英钟的晶体振荡器连续产生一定频率的时钟脉冲，计数器对这些脉冲进行累计得到时间值，这些时间值就作为辅助定位终端接收机的基准时间，由于时钟振荡器的脉冲受环境温度、电容、电平以及晶体老化等多种不稳定因素的影响，终端接收机的时间基准不可避免地存在误差。目前，石英钟日频率稳定度约为10-11，假设终端接收机时钟与北斗卫星钟之间的同步钟差为1微秒（s），则由于时钟偏差引起的定位等效距离误差约为300m（m）。

为有效解决北斗辅助定位终端接收机时钟与北斗卫星时钟异步的问题，将终端接收机时钟的钟差作为未知数与终端位置参数共同求解，假设北斗辅助定位终端接收机同时接收到至少4颗卫星信号，利用最小二乘法解算终端位置和钟差参数：

（1）

式中为终端位置;为卫星位置;为终端接收机时钟与北斗卫星时钟的偏差;c为光速2.99792458×108m/s;为终端对卫星j的伪距。

得到终端接收机时钟与北斗卫星时钟的钟差后，北斗辅助定位终端接收机从导航电文中解调出A0UTC（BDT相对于UTC的钟差）和A1UTC（BDT相对于UTC的钟速），根据、A0UTC和A1UTC实现北斗辅助定位终端接收机时钟与北斗卫星时钟的同步。

然而，北斗卫星时钟并不是北斗时钟，尽管北斗卫星配备了高精度的原子钟，日频率稳定度约为10-13，卫星钟与北斗时钟的钟差为纳秒级（s），等效距离误差为0.3m，但随着卫星的不断运行，卫星钟与北斗时的钟差不断增大，带来的距离误差也越大。

为了修正北斗卫星钟的钟差，北斗辅助定位终端接收机从北斗导航电文中解调出钟差参数，并计算在定位时刻卫星钟的钟差tsv，用tsv去修正北斗卫星钟的时钟偏差，从而确保北斗卫星钟与北斗时的同步，公式如下：

（2）

（3）

式中，为卫星钟钟差，为卫星钟钟速，为卫星钟的钟速变化率，tsv为参考历元，由北斗辅助定位终端接收机伪码跟踪环锁定得到，F为常数，e、和分别是卫星轨道偏心率、卫星轨道长半轴的开方和卫星轨道偏近点角。

北斗辅助定位终端接收机时钟与北斗时钟同步后，可以输出秒脉冲信号1PPS，用于精确授时。秒脉冲是一个以方波形式输出的电平信号，北斗辅助定位终端接收机输出1PPS的上升沿时刻与北斗时钟的偏差通常少于1纳秒，1PPS是终端接收机测量时刻的稳定信号，但并不包含绝对的时间信息，还需要通过其他输出语句获得。至此，北斗辅助定位终端接收机时钟与北斗时钟实现了同步，利用秒脉冲1PPS将时钟信息输出，终端可利用接收机时钟信息实现与北斗时钟的同步。

4   CDMA基带时钟同步

CDMA网络中所有基站都以GPS作为系统时钟基准（以CDMA2000网络为例说明），北斗辅助定位终端通过接收/解调前向链路信号中的导频信道和同步信道，获取定时和同步信息，从而与CDMA系统时钟保持同步。

北斗辅助定位终端基带的时钟同步分为两步，一是导频信道的捕获，二是同步信道的解调。

每个基站在导频信道上不断发射导频信号，导频信号是全零数据，码长为32 768（215）chip/s，码片速率为1.2288Mchip/s，信号周期为26.66毫秒（1.2288M/215=26.66）。在同一基站中，各信道都具有相同的序列初相位，即时间偏置指数，基站利用导频PN序列的时间偏置指数来标识每个前向CDMA信道，在IS-95中，时间偏置指数有512个（215/64=512）。导频信道的捕获主要是短码相位的捕获，北斗辅助定位终端不断搜索可用的相位，当本地PN码发生器发射的扩频码与搜索到的扩频信号PN码的相位差在一定范围内，采用锁相环技术来进行扩频信号的跟踪，直至本地PN码发生器和扩频信号PN码相位完全同步，此时导频信道的捕获完成。

北斗辅助定位终端一旦完成导频信道的捕获，同步信道的同步也完成，基站开始以80毫秒同步信道超帧为单位发送定时和同步信息，同步信道超帧包含一个完整的同步信道消息，由3个同步信道数据帧构成，每个同步信道数据帧与PN码周期相同，为26.66毫秒。同步信道发送前经过卷积编码、码符号重复、交织、扩频调制等步骤。北斗辅助定位终端解调同步信道的消息，获取对时间同步有用的定时信息。同步信道传输的信息如表1 所示：

表1    同步信道传输的信息

字段 含义

P_REV 协议版本

MIN_P_REV 最小协议版本

SID 系统标识

NID 网络标识

PILOT_PN 时间偏置指数

LC_STATE 长码状态

SYS_TIME 系统时间

LP_SEC GPS时间与本地时钟累计误差，以秒为单位

LTM_OFF 本地时间距系统时间的偏移，单位为30分钟

DAYLT 是否启用夏时制

P_RAT 寻呼信道速率

北斗辅助定位终端根据所解调同步信息中的PILOT_PN、LC_STATE和SYS_TIME计算自身的系统时间，实现与CDMA系统的同步：

[3]       （4）

公式（4）中：为CDMA网络的起始时间1980年6月6日00：00：00。

5   北斗辅助定位终端的时钟同步

北斗辅助定位终端既实现了与北斗时钟的同步，也实现了与CDMA网络时间的同步，而CDMA网络与GPS保持时钟同步，也就是说，北斗辅助定位终端还需要解决北斗时钟与GPS时钟的异步问题。

目前科学上有2种时间计量系统：世界时UT系统和原子时AT系统，世界时是以地球自转为基础的时间系统，由于地球自转速度不均，自转轴存在极移，世界时的时间稳定性弱，而原子时是基于原子震荡周期，时间稳定性高。随着时间的迁移，世界时和原子时的偏差越来越大，为避免两者偏差过大，从1972年开始采用以原子时秒长为基础，在时刻上尽量逼近世界时的协调时间时（UTC）作为时间基准，UTC采用闰秒（或跳秒）方式，当UTC与世界时的时刻偏差超过±0.9s时，在UTC引入1闰秒[4]，闰秒的和维护由国际地球自转服务机构（IERS）负责。

GPS时钟基准为GPST，属于原子时，溯源于美国海军天文台（USNO）的协调时间时UTC（USNO），与国际UTC的偏差均方根约为2纳秒[5]，起始历元为1980年1月6日（UTC）00时00分00秒，根据IERS的官方公布，截止到2012年6月30日23时59分60秒，国际原子时TAI与UTC时的偏差为35s[6]，即，又GPST与TAI之间存在常数差，即，因此有

（5）

而北斗时钟基准为BDT，溯源于我国科学院国家授时中心的协调时间时UTC（NTSC），与国际UTC偏差保持在100纳秒以内，起始历元为2006年1月1日（UTC）00时00分00秒，不闰秒，北斗时与UTC之间的闰秒信息在导航电文中播报，目前，北斗时与UTC的偏差大约为2s，即。

假设GPS和BDT时的偏差为，有

（6）

可知，目前GPS时与北斗时的偏差是常数14s，随着跳秒的增加而增大，北斗辅助定位终端可利用该常数实现北斗时钟与GPS时钟的同步。

6   结束语

2013年12月，中国卫星导航系统管理办公室更新了北斗卫星导航系统公开服务信号北斗空间信号接口控制文件2.2版（ICD）[7]，为手机终端芯片厂家研发辅助北斗定位提供了重要技术支撑，未来将有越来越多北斗终端手机面世，对辅助北斗定位的需求也将会与日俱增。本文重点研究了CDMA网络辅助北斗定位的时钟同步，对运营商研究和开发辅助北斗定位系统提供了理论基础，对未来辅助北斗定位领域也有一定的促进作用。

参考文献：

[1] 中国卫星导航系统管理办公室. 北斗卫星导航系统发展报告（2.2版）[EB/OL]. （2014-09-30）[2014-07-23]. http：//ssii.com.cn/News/show.asp？id=382.

[2] 中华人民共和国科学技术部. 科技部关于印发导航与位置服务科技发展“十二五”专项规划的通知[EB/OL]. （2012-09-18）[2014-07-23]. http：//gov.cn/zwgk/2012-09/18/content_2227443.htm.

[3] 王剑，凌翔. IS95/cdma2000授时提取模块的设计[J]. 电子设计， 2009（7）： 249-251.

[4] 百度百科. 闰秒[EB/OL]. [2014-07-30]. http：//baike.baidu.com/view/37685.htm？fr=aladdin.

[5] 中国科学院国家授时中心. 北京时间的性能[EB/OL]. [2014-07-30]. http：//ntsc.ac.cn/kxcb/kpcg/shijian/201209/t20120921_3648799.html.

第6篇：卫星通信的基本原理范文

关键词：GPS；工程测量；应用实例

全球定位系统（GlobalPositioningSystem，简称GPS）是美国历时20年，耗资200多亿美元，分三阶段研制，陆续投入使用，并于1994年全面建成。GPS是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统，它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。因此，GPS技术率先在大地测量、工程测量、航空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得到了应用，并在军事、交通、通信、资源、管理等领域展开了研究并得到广泛应用。本文介绍GPS在河道工程测量中的应用，并提出几点体会。

1GPS简介

1．1GPS构成

GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。

（1）GPS空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道平面的倾角为55°，卫星的平均高度为20200km，运行周期为11h58min。卫星用L波段的两个无线电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号，导航定位信号中含有卫星的位置信息，使卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻，在高度角15°以上，平均可同时观测到6颗卫星，最多可达到8颗。

（2）GPS地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。主控站根据各监测站对GPS卫星的观测数据，计算各卫星的轨道参数、钟差参数等，并将这些数据编制成导航电文，传送到注入站，再由注入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。

（3）GPS用户设备由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备（如计算机）等组成。GPS接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，跟踪卫星的运行，并对信号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相应软件，经基线解算、网平差，求出GPS接收机中心（测站点）的三维坐标。

1．2GPS定位原理

GPS定位是根据测量中的距离交会定点原理实现的［2］。如图1所示，在待测点Q设置GPS接收机，在某一时刻tk同时接收到3颗（或3颗以上）卫星S1、S2、S3所发出的信号。通过数据处理和计算，可求得该时刻接收机天线中心（测站点）至卫星的距离ρ1、ρ2、ρ3。根据卫星星历可查到该时刻3颗卫星的三维坐标（Xj，Yj，Zj），j＝1，2，3，从而由下式解算出Q点的三维坐标（X，Y，Z）：

1．3GPS测量的特点

相对于常规测量来说，GPS测量主要有以下特点：

①测量精度高。GPS观测的精度明显高于一般常规测量，在小于10km的基线上，其相对定位精度可达1×10－6，在大于10km的基线上可达1×10－8。

②测站间无需通视。GPS测量不需要测站间相互通视，可根据实际需要确定点位，使得选点工作更加灵活方便。

③观测时间短。随着GPS测量技术的不断完善，软件的不断更新，在进行GPS测量时，静态相对定位每站仅需40分钟左右，动态相对定位仅需几秒钟。

④仪器操作简便。目前GPS接收机自动化程度越来越高，操作智能化，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录。

⑤全天候作业。GPS卫星数目多，且分布均匀，可保证在任何时间、任何地点连续进行观测，一般不受天气状况的影响。

⑥提供三维坐标。GPS测量可同时精确测定测站点的三维坐标，其高程精度已可满足四等水准测量的要求。

2应用实例

2．1工程概况

本工程任务来源由浙江省省水利厅，为了治理钱塘江。在衢江龙游段，全长66.6KM，属夹长地形，平地面积约占四分之三。最高处约58m。山上树木茂盛，地形复杂，通视困难，行走不便。为了该工程的设计和施工，需建立首级控制网。考虑到工程复杂，测区通视困难，地形起伏大等因素，决定采用D级GPS测量。

2．2GPS测量的技术设计

（1）设计依据水利水电工程规范（规划设计阶段）SL197-97

（2）设计精度根据工程需要和测区情况，选择城市或工程二级GPS网作为测区首级控制网。要求平均边长1km，最弱边相对中误差小于1／40000，GPS接收机标称精度的固定误差a≤15mm，比例误差系数b≤20×10－6。

（3）设计基准和网形如符图所示，控制网共51个点，其中联测已知平面控制点3个（桃花垅，鼓雷山，红山头），（其高程由四等水准测得）。采用4台GPS接收机观测，网形布设成多边形式。

（4）观测计划根据GPS卫星的可见预报图和几何图形强度（空间位置因子PDOP），选择最佳观测时段（卫星多于4颗，且分布均匀，PDOP值小于6），并编排作业时间表。

2．3GPS测量的外业实施

（1）选点GPS测量测站点之间不要求一定通视，图形结构也比较灵活，因此，点位选择比较方便。但考虑GPS测量的特殊性，并顾及后续测量，选点时应着重考虑：每点至少与某一点通视，以便后续测量工作的使用；点周围高度角15°以上不要有障碍物，以免信号被遮挡或吸收；点位要远离大功率无线电发射源、高压电线等，以免电磁场对信号的干扰；点位应选在视野开阔、交通方便、有利扩展、易于保存的地方，以便观测和日后使用；选点结束后，按要求埋设标石，并填写点之记。

（2）观测本次GPS控制测量，采用Ashtech（阿什泰克），卫星高度角15°，时段长度45分钟，采样间隔10s。观测前查星历预报表，选择最佳时段进行观测，在3个点以上同时安置多台接收机天线（对中、整平、定向），量取天线高，测量气象数据，开机观察，当各项指标达到要求时，则接收机自动记录，观测者填写测量手簿。

2．4GPS测量的数据处理

平差采用LOCUSC罗格任随机平差处理软包（LOCUSPROCESSOR）进行平差计算，程序按照基线解残差的大小自动排列，删除残差大于规定数值（四等限差30mm）的基线边，检查网形，如果不合理，需确定要复测的基线。经基线解算、质量检核、外业重测和网平差后，检查同步环、异步环各坐标分量闭合差是否超限，确定要重测的基线，鼓雷山至QE49进行重测，最后得到GPS控制点的三维坐标，其各项精度指标符合技术设计要求。

3结束语

通过GPS在测量中的应用，得到如下体会。

（1）GPS控制网选点灵活，布网方便，基本不受通视、网形的限制，特别是在地形复杂、通视困难的测区，更显其优越性。本测区的GPS网平均边长不到1000m，基线相对精度较高，最低边长相对精度1／359000。应该尽量避免短边，无法避免时，应在边长比较短时加长观测时间。

第7篇：卫星通信的基本原理范文

关键词：GPS全球定位系统；GPS导航；应用前景

1 GPS全球定位系统概述

GPS，又称为全球定位系统（Global Positioning System GPS），是美国从20世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年3月完成其整体部署实现其全天候、高精度和全球的覆盖能力的全球卫星定位系统。现在，GPS与现代通信技术相结合，使得测定地球表面三维坐标的方法从静态发展到动态，从数据后处理发展到实时的定位与导航，极大地扩展了它的应用广度和深度。载波相位差分法GPS技术可以极大提高相对定位精度，在小范围内可以达到厘米级精度。此外，由于GPS测量技术对测点间的通视和几何图形等方面的要求比常规测量方法灵活、方便，已完全可以用来施测各种等级地控制网。GPS全站仪的发展在地形和土地测量以及各种工程、变形、地表沉陷监测中已经得到广泛应用，在精度、效率、成本等方面显示出巨大的优越性。

2 GPS的组成以及其用途

GPS系统包括三大部分：空间部分――GPS卫星星座；地面控制部分――地面监控系统；用户设备部分――GPS信号接收机。

2.1 空间部分――GPS卫星星座

由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座记作（21+3）GPS星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间相距60度，即轨道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度，一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。此外，还有4颗有源备份卫星在轨运行。卫星分布在地球的任何一个地方，任何时间都可观测到4颗以上的卫星，并能保持良好定位，解算精度的几何图像。

这就为监控地球外部的云层变化提供了方便，天气预报能更加及时、迅速地抓取到每一个时刻的天气变化，为人们的出行提供天气保障。GPS空间部分不仅仅为天气预报做准备，而且渗透在各个方面，人们对外太空的探索、了解地球等诸多方面都做出了不可限量的一部分。

2.2 地面控制部分――地面监控系统

地面控制部分由一个主控站、5个全球监测站和3个地面控制站组成。监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接收机。监测站将取得的卫星观测数据，包括电离层和气象数据，经过初步处理后，传送到主控站。主控站从各监测站收集跟踪数据，计算出卫星的轨道和时钟参数，然后将结果送到3个地面控制站。地面控制站在每颗卫星运行至上空时，把这些导航数据及主控站指令注入卫星。这种注入对每颗GPS卫星每天一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。如果某地面站发生故障，那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间，但导航精度会逐渐降低。

如此强大的地面监控系统为GPS定位做出了功不可没的贡献，当今世界GPS定位，深入在人们各个领域，腾讯QQ、微信、百度糯米等都应用了GPS技术，都依赖于其强大的技术为用户提供最便捷的服务。并且，人们也习惯了这样的推荐，爱上了这样的日子，好像手机知道自己去哪里，手机就是一个人工地图，再也不怕丢失在一个陌生的城市。

2.3 用户设备部分――GPS信号接收机

用户设备部分，即GPS信号接收机，其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于，更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。目前，各种类型的接收机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。

GPS信号接收机，使得在荒野的人们能找到自己的位置，对自己所处的地方进行大致的了解，这个为喜欢探险与未知地带的人们提供了方便，是户外探险必不可少的设备。同时，在军事方面，为士兵深入荒野作战提供了便捷等，它已经深入在全球各个领域。

3 GPS全球定位系统的应用前景

GPS全球定位系统的应用前景是无限的，而且会越来越好。无论是在人们的生活方面、国家的军事方面、天文方面、医疗方面等，其潜力是无可限量的。生活方面，百度地图、高德地图这些APP为人们进行导航，在陌生的地方寻求目标；驾车出游靠手机导航，寻求最近的路线，查看最新的路况，制定最佳的出行路线，近年来，汽车业的飞速发展，特别是私家车的日益普及，催生了GPS车载导航系统这一巨大市场；通过GPS确定对方的位置，让两个身处陌生地方的两个人能够确定对方的位置。军事方面，交战双方通过GPS对所在的地形进行了解，找到有利于本方的地理位置，找寻对方的根据地，深入敌方内部进行致命打击。天文学方面，了解未知的宇宙世界，对陌生的星球，通过GPS对星球的表面进行拍摄，通过拍摄到的图片让地球上的人对该星球进行探索。

4 结语

随着GPS技术的不断发展，未来，人们对GPS导航的需求已从最基本的行车导航、路口转弯提示等基础功能，向实时信息和增值服务等基于用户体验的功能转变。GPS卫星导航与无线通信技术相结合，如GPS接收机嵌入到手机移动电话、便携式PC、PDA和手表等通信、安全和消费类电子产品中，从根本上促进IT技术的整体发展，已成为未来GPS技术发展的一个重要方向。手机等智能设备与GPS的融合是未来的一个重要发展方向。目前，国内外手机生产厂商都表现出对手机与GPS融合趋势的普遍认同，包括诺基亚、三星、索爱、摩托罗拉都了支持GPS导航功能的最新手机产品。同时，手机生产厂商们也把进一步加强手机的GPS导航功能，作为未来展开竞争的一个砝码。

参考文献：

[1] 刘基余. GPS卫星导航定位原理c方法[M].北京：科学出版社，2003.

[2] 刘基余，李征航.全球定位系统原理及其应用[M].北京：测绘出版社，1993.

[3] 王惠南. GPS导航原理与应用[M].北京：科学出版社，2003.

[4] 贾金玲.微型计算机原理与接口技术课程设计指导[M].重庆：重庆大学出版社，2001.

第8篇：卫星通信的基本原理范文

【关键词】北斗;定位;定向;授时

1.北斗卫星导航系统概述

北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统，是继美全球定位系统（GPS）和俄罗斯格洛纳斯（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。该系统于2012年12月27日正式向亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。按照计划，北斗卫星导航系统将于2020年覆盖全球。

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户三部分组成，处于空间段的卫星实时播发着导航信号，接收机对可见范围内每颗卫星发送的信号进行载波解调和伪码解扩，得到速率为50bps的数据码，再按照界面控制文件（ICD文件）将数据码编译成导航电文，导航电文中含有时间、卫星运行轨道、电离层时延等用于定位的重要信息。在此基础上接收机对每颗导航卫星发射的信号产生伪距和载波相位两种基本测量值。

伪距是利用信号在空间传播的时间与光速相乘得到接收机与卫星的距离，信号发送时间由卫星发送的导航电文推算得到，接收时间从本地接收机获取。考虑到卫星和接收机的时钟与标准的GPS时间存在微小的时差（称为钟差）以及大气延时等产生的误差，所以称之为伪距，伪距测量值表示为：

（1）

其中r表示卫星与接收机的真实几何距离，表示由于卫星钟差与接收机钟差所引起的距离误差，I、T、分别表示由电离层延时、对流层延时和其他各种误差的总和引起的距离误差。

在某一时刻，卫星信号的载波在传播途径上的不同位置有着不同的相位值。载波相位测量值表示某一时刻接收机天线所接收载波信号的相位值，利用伪距可得到接收机对应的相位值：

（2）

式中N为未知的整数，通常称为周整模糊度。为载波波长，I所表示的电离层延时对伪距和载波相位有着不同的影响，因此分别用了加号和减号[1]，表示其他各种误差的总和。

2.卫星定位及测姿原理

2.1 卫星定位原理

卫星定位一般利用卫星的伪距测量值求解。接收机计算出每颗可见卫星的伪距后利用卫星钟差模型、电离层模型等对伪距进行校正，校正后的伪距测量值为，n表示卫星编号。每颗可见卫星与接收机的距离由空间两点距离公式得到，对所有可见卫星可得到方程组：

（3）

其中表示卫星n在空间的位置，由卫星播发的星历计算得到，是已知量;是需要求解的接收机位置坐标。（3）式中共有和共4个未知量，因此至少需要4颗卫星的观测值才能解算。该方程组是一个非线性方程组，一般通过进行线性化处理或非线性卡尔曼滤波进行求解，具体方法可参考[1]。

2.2 卫星测姿原理

卫星测姿是利用卫星导航接收机对负载卫星信号接收天线的平台的姿态进行测量，负载卫星天线的平台通常称为载体。该天线相比普通的接收天线要求电气中心与几何中心几乎重合，称为测量型天线。通过天线接收的卫星信号，测量各个天线在当地水平坐标系中的相对位置，并结合天线在载体坐标系中已知安装关系，确定出载体坐标系相对当地水平坐标系的姿态。包括方位角、俯仰角和滚动角。实际中以两天线测姿更为常用，两个天线之间的距离称为基线。

通过对两个天线接收信号的联合处理可以得到两个天线所形成矢量在空间中长度和方向，对该矢量进行水平投影可进一步求解出该矢量的方位角和俯仰角，从而获得载体的方位角和俯仰角。定向精度主要取决于基线矢量的测量精度。卫星定向利用载波相位测量值，测量精度能达到毫米量级，基线长度一般为2～5米，定向精度可以达到1密位（360度=6000密位）[2]。

图1 双天线定向示意图

如图1所示，天线1和天线2和对卫星i的载波相位测量值分别表达成：

（4）

（5）

将两个天线对同一个颗卫星载波相位测量值的差值定义为单差载波相位测量值，，带入可得：

（6）

由上式可知，单差计算后卫星钟差和接收机钟差被完全消除了，由于测量基线只有几米，而且主从两个天线又几乎处于同一高度，所以单差电离层延时和单差对流程延时约等于零，上式进一步简化为：

（7）

由图4可知，天线基线矢量、天线与卫星之间的单位矢量以及卫星到两个天线的距离差存在关系：

（8）

假设该时刻共有M颗卫星可用，将（8）带入（7）中，忽略噪声项，对所有卫星可得方程组：

（9）

由上式可知，当求得接收机对各卫星的整周模糊度值后就可求得天线基线矢量b12，对b12进行水平投影就可获得水平方向矢量的指向，水平投影与b12的夹角为矢量的俯仰角。

求解整周模糊度的方法较多，目前车载定位定向系统均采用LAMBDA法求解，具体算法可参考[4][5]。

3.北斗卫星接收机在陆军装备中的应用

3.1 定位功能：

3.1.1 车辆定位导航

安装在车辆上的定位定向仪能够实时的以NIMA0183标准格式输出定位信息，默认为CGCS2000坐标。定位信息包括车辆的经纬高值、北斗系统时间信息。通过调用导航软件以及军用地图，可以在地图上显示车辆的位置，在实际作战和训练中可以根据指令对车辆行驶路线进行规划和导航，提高部队的反应速度。各车辆的定位信息也可通过电台上传至指挥系统，在指挥端形成作战态势图，为战场指挥决策提供依据。

3.1.2 车辆组合导航

陆军中的主战坦克、装甲侦察车等都安装有惯性导航系统（INS）进行自主的车辆定位和测姿。惯导启动时需要装订车辆的坐标，在车辆行进中惯导系统存在固定的漂移，长距离时会产生较大的累积误差，影响定位和测姿精度。目前将卫星导航与惯导进行组合导航称为发展的趋势，惯导接收卫星实时传输的定位数据对惯导进行修正，可以消除惯导自身带来的误差积累，省去了惯导装订坐标的操作，提高了惯导的可靠性。

3.1.3 火炮及导弹制导（高动态高频率）

对于长射程武器通常会采用指令、卫星定位等对惯导进行实时修正，以获取持续准确的位置参数。以战斧巡航导弹为例，其采用了GPS/INS+地形匹配技术。目前陆军导弹及长射程火炮逐步将采用北斗卫星制导结合惯性导航的制导方式。相比车载定位，弹载卫星定位终端必须满足高动态条件下的使用。根据需求不同，卫星导航接收机的过载要求为几百到几千牛顿加速度，定位更新频率不低于20Hz。考虑到卫星定位前需要几十秒的时间接收星历，导弹发射前当时段星历信息被提前装订在弹载卫星接收机中。在导弹飞行过程中卫星定位的数据对惯导飞行产生的累积误差进行实时修正，相比传统单纯依靠惯性制导，组合制导能大幅提高打击精度。

3.2 授时功能

授时是将标准时间播发到异地的过程。高精度的时间基准是卫星导航系统准确定位的基础。在定位解算中，信号传播时间3.33ns的测量误差对应着1米的距离误差，因此在导航卫星上安装有高精度的铯钟和铷钟，卫星时钟的误差被控制在20～30ns内。根据（3）式可知，当进行定位解算后本地时钟误差将被计算出，利用修正本地时钟的偏差就可以实现卫星授时功能。

北斗卫星导航系统能够提供单向50ns的授时精度。以作战时进行敌我识别的设备为例，工作过程中询问信号和应答信号的发送时间与协调世界时（UTC）的偏差必须小于一定的范围（毫秒级）。目前北斗系统已取代GPS为武器系统提供授时，确保了武器装备战时的可靠性。

3.3 测姿功能（车辆测姿）

3.3.1 侦察车辆

图2 侦查定位示意图

对于某些武器系统，仅仅知道自身位置信息还不够，还需要知道车辆的方位角（车体与真北方向的夹角）。以炮兵侦察车为例，如图2所示，相互垂直的x轴和y轴形成侦察车车体的坐标系，相互垂直的x0轴和y0轴形成东北坐标系，车载北斗定位定向仪实时输出车体坐标系与真北的夹角以及侦察车在东北坐标系下的坐标（x1，y1），安装在车上的侦察设备利用雷达或激光等测距等手段可以得到自身与目标的距离d，同时车上的旋转装置或雷达可以测得目标与车体坐标系的夹角，侦察车与目标所形成的矢量与真北的夹角为，那么就可以得到目标在东北坐标中的位置为（x2，y2），其中：

，

3.3.2 作战武器

射击诸元。射击诸元是炮兵对目标开始射击所使用的射角、方向、和引信分划数值的总称[3]。对于传统的牵引火炮，发射前需要调整炮管的射角和方向，实际使用中火炮的精确方向很难确定，而射角又受到地形的限制，影响了射击精度。通过对炮管上安装双天线进行卫星定向，可以准确得到炮管的方位角与方向，提高了火炮的射击精度。

传统的火炮需要在发射阵地发射，作战灵活性受到限制。而安装有北斗定位定向设备的火箭炮发射车则摆脱了固定发射阵地的束缚，发射车配有射击诸元显示器和电台，可以与指挥车之间进行数传和话传。电台将车辆的位置和状态信息上报给指挥车，辅助指挥系统快速确定各炮的坐标和相对位置。指挥车综合战场信息，计算每辆发射车的射击诸元并下发作战指令。车载定位定向仪可以随时获知发射车位置信息，因此发射车可以自由选择发射位置，缩短火炮的反应时间，提高了发射的机动性以及火炮的战场生存能力。

4.结束语

北斗卫星导航系统的投入使用打破了国外的技术垄断，特别是在国防领域意义更为重要。精确的定位导航功能显著提升了武器系统的战斗力。目前北斗正在全面装备部队，北斗技术正向着高动态、抗干扰、高灵敏度的方向发展。在将来北斗系统会在更多领域发挥更大的作用。

参考文献

[1]谢刚.GPS原理与接收机设计[M].电子工业出版社.

[2]胡小平，等.卫星定向技术吴美平[M].国防工业出版社.

[3]张相炎.火炮设计理论[M].北京理工大学出版社.

第9篇：卫星通信的基本原理范文

卫星通信网络作为基础通信网络的补充和支撑，在解决偏远地区网络覆盖、村通、卫星综合业务接入等方面有着网络建设快捷、业务开通灵活等优势。现有卫星业务的运作模式是由各省分公司自行规划、自选体制、自行建设及维护，这种模式造成了运营商现使用的卫星系统技术体制多，规模小，无法实现相互融合，不利于规模化发展，同时造成重复建设，资源浪费。为推动运营商业务发展，充分发挥卫星通信优势，整合现有的各方面资源，支撑运营商的整体网络的发展，需要对现有卫星系统进行梳理、整合，提出卫星通信系统的合理规划和最优建设模式。

基于国家社会发展、全业务经营发展和卫星通信发展的实际情况，有效开展卫星通信建设和业务发展已经成为通信企业信息服务经营的关键问题，也是卫星通信深入发展的关键问题。在进行卫星通信系统和端站投资建设前，有效进行卫星系统现状和卫星业务现状分析是必须的。同时，进行卫星通信系统的建设模式和经营模式深入分析和测算，通过企业业务资源的有效锁定，才能最优化地发挥卫星业务经营的优势和特点。为此，本文通过现状需求分析、问题和模式分析、案例验证，对卫星通信系统建设最优化模式进行详细分析和研究。

2 卫星系统、业务现状及需求

本文主要覆盖运营商目前使用的9类卫星业务及应用，包括C网/G网基站接入业务、村通语音、村通宽带、综合接入业务/超级基站接入（超级基站可在地面链路中断的时候，自动切换到卫星链路，并支持本地交换、Abis传输拥塞触发HR、接入等级控制等功能，以满足抗击自然灾害的需求）、卫星视频传输、卫星数据广播、企业专网、国际专线/国际通信业务和卫星移动电话。

2.1 卫星系统现状

根据本次对全国调研统计（数据来源于工业与信息化部统计年鉴、运营商卫星资源报告等）来看，正常运行并承载业务的卫星系统有11个。

IPSTAR系统，其地面系统为IPSTAR系统，转发器采用IPSTAR，天线口径为Ka波段8.1米、Ku波段7.6米，承载业务为综合接入。国际专线系统，其地面系统为SCPC系统，转发器采用可选，天线口径为C波段13米，承载业务为国际通信业务。农话卫星系统，其地面系统为吉莱特系统，转发器为亚太2R，天线口径为C波段9米，承载业务为农村G网传输、村通语音。

2.2 卫星转发器带宽租用现状

Linkstar系统租用带宽为13.6MHz，吉莱特村通系统租用带宽为4MHz和10.64MHz，IPSTAR系统租用带宽为50MHz，集团IDR系统租用带宽为50MHz，应急系统租用带宽为20MHz，农话卫星DIALWAY VSAT系统租用带宽为9MHz，乡通SKYEDGEII系统租用带宽为17MHz，休斯HX系统租用带宽为4.5MHz，COMTECH系统租用带宽不固定（以上数据不代表实际数据，但分析结果不受影响）。

2.3 卫星业务现状及需求

基站接入业务方面，截至2011年底，全国卫星接入C网和G网基站数量已达130个，包括（60个）、宁夏（22个）。2014年，全国基站数量将达到341个，与2011年相比新增211个，其中需求最大的省为青海（200个）和新疆（108个）。

村通电话业务方面，截至2011年底，全国村通电话业务端站1011个，其中宁夏和新疆采用卫星电话承载业务，甘肃采用吉莱特系统承载业务。2014年底与2011年底相比增长73个，主要集中在（41个）和青海（17个）。（数据来源于运营商网络资源报告和卫星网络规划报告等。）

2.4 卫星通信存在问题

由于尚未对卫星业务统一规划，卫星通信作为地面网络有效延伸和补充的作用没有充分发挥。部分省根据本省业务发展分别自建卫星系统，导致系统技术体制各不相同，业务承载方式不能统一，不利于后期业务统筹发展；关口站重复建设和资源浪费；在设备采购和转发器租用上，由于未形成规模效应，无法降低成本。此外，部分省已建设的大部分卫星系统容量较小和设备陈旧，无法继续扩容或升级。通过调研发现，省公司对卫星业务存在一定需求，但部分省公司现有主站系统无法满足新增业务需求，要求新建主站。

3 规模经济与范围经济理论

3.1 规模经济效应

规模经济至少有两种，有的规模经济同专业化分工甚至相反，有的规模经济同专业化分工有关并且正相关。专业规模经济，是指生产单一产品，即“迂回生产”的某一环节，或某零部件的一个工序，通过大批量生产能降低生产成本。综合规模经济，是指将不同的生产组合到一个大企业里，从而可以导致市场交易的内部化。

卫星通信属于一个专业化比较强的产品或者服务，其分工同生产、销售规模有关，而同资产规模无关。可以说，卫星通信建设生产是专业化生产，也是可以通过规模化经济的方法产生实际效益的。

3.2 范围经济效应

范围经济，通俗的解释是指由企业经营范围而非规模带来的经济，如果把两种或更多的产品合并一起生产比分开来生产成本要低，就存在范围经济。

卫星通信虽然属于一个专业领域，但是卫星通信系统多元性、卫星平台多样性、卫星网络接入性造成卫星通信建设存在范围经济的作用。在不同用途的活动或过程中，或在不同的用户之间，卫星服务特性的存在，导致通信运营企业建设不同网络形成建设成本节约。卫星通信建设发生在不同通信网络之间，有利于各自网络的创新活动和创新生产，由此而产生了范围经济。