VSAT通信在海洋船舶上的應用研究

朱曉敏

（中海電信有限公司，200090）

VSAT通信在海洋船舶上的應用研究

朱曉敏

（中海電信有限公司，200090）

VSAT（Very Small Aperture Terminal）即“甚小孔徑終端”，它是一種微型的衛星通信地球站，是上世紀80年代所研發的衛星通信系統。該系統設備的天線口徑極小（0.3~1.4m），且設備結構相當緊湊，擁有固體、智能化屬性，在應用環境方面受制范圍小，組網相當靈活，所以它在當前的海洋船舶通信方面起著巨大的應用價值。通過研究由它所構成的海洋船舶衛星通信網絡及系統，分析VSAT系統鏈路程序，構建船載VSAT尋星系統將成為本文研究的主要內容。

VSAT；船載衛星通信系統；網絡；鏈路分析程序；尋星

1 以VSAT為核心的衛星通信系統

為海船航行安全建立衛星通信系統及網絡是目前海運安全問題解決的關鍵途徑。VSAT通信系統就能通過擴頻編碼、可變編碼以及調制技術來實現對海船海運數據的傳輸服務提供，例如它可以為海船設計科學航線、提供電子海圖、航道信息以及陸上最新資訊，也可以為海船設施提供預防性維護體系，救援服務以及遠程醫療服務等等。

從技術角度講，VSAT衛星通信系統是具有單雙向兩種傳輸模式的，它的中心站可以通過VSAT微型站來傳輸數據，實現語音雙向傳遞，同時也具備中心站圖像、數據信號傳輸等VSAT分站，它們與室內外單元共同組成VSAT系統。另外還包括了編譯碼器、調制解調器、用戶業務接口、Ku波段的VSAT網絡等等。

2 海船船載VSAT系統的主要鏈路分析程序

2.1 VSAT系統主要鏈路分析程序設計概述

海船航行環境特殊，所以船載VSAT設備應該在設計方面更加獨立，確保擁有一套能夠在海上穩定運轉的天線系統，并要求適合在Ku波段應用。所以在鏈路設計方面，首先應該滿足基于Ku波段的衛星網絡雙向IP數據連接要求，然后通過海船所提供的誤碼率指標來確定該船載VSAT系統的最低總載噪比，最后確定所選用的衛星類型。按照衛星轉發器的具體參數與上下行鏈路載噪比來給出以下VSAT系統的主要鏈路分析程序：

首先選定適合的Ku波段衛星同時確定衛星參數；其次要確定發射地面站與接收地面站參數，根據已有公式來計算位置參數值；第三要利用轉發器噪聲功率預算與載噪比來確定上行鏈路預算并基于地面發射站進行參數計算；第四根據轉發器最大輸出功率與轉發器輸出補償來確定它的實際輸出功率；第五要建立信號接收地面站下行鏈路以確定功率與噪聲預算；第六要根據上下行鏈路衰減值、天線增益、衛星增益、發射功率等等參數來確定鏈路是否可以正常轉發信息；最后調整參數，看參數是否符合系統要求，檢查系統工作情況。

2.2 主要衛星鏈路分析

如果在通信空間內的發射源功率是Po，這里假設空間半徑為r，那么空間表的面積就可以表示為：4πr2，基于此給出衛星鏈路的輻射功率通量密度M：

M=Po/4πr2

上述公式中輻射功率與平均輻射功率的比值得出衛星鏈路天線的天線增益，即船載天線面向船首時，就有：

Gn=Pn/（Po/4π）

在公式中，Gn表示天線在角度n時的實際增益，Pn表示每單位立體角的實際輻射功率，Po/4π表示每單位立體角的平均輻射功率。當海船船首采用VSAT系統時，它的天線輻射功率最大方向應該為00角，如果它的發射輸出功率是Pt，可采用無損天線來實現天線增益Gt，所以就有有效全向輻射功率為Pt*Gt，得出參數EIRP。

3 海船船載VSAT尋星系統的設計

海船在海上航行期間，其VSAT系統可以搜尋目標衛星，確保船站的穩定工作。在這里，船員需要通過對天線方位角、極化角與俯仰角進行調整才能確保系統天線波束中心與目標衛星準確對應，保證日常業務數據的正常傳輸。為此，本文為海船船載VSAT設計一套天線尋星方案，希望將海船天文航海系統與衛星通信合理結合，以利于船員更有效的調整天線接收衛星信號。

3.1 尋星系統的安裝準備

首先進行系統安裝，將計算機的COM1端口與IDU相連并啟動IDU。然后在船載GPS上讀取海船當時所處經緯度，同時準備衛星信標表。

3.2 尋星系統參數調試

對尋星系統的衛星參數進行調試，它的基本流程為以下3步：

第一，選擇COM1端口和INSTALL模式來進入鏈路計算模式，再輸入衛星及船站參數來計算天線的定時偏移量、俯仰角、方位角、極化角等等。

第二，輸入RE指令并選擇相應的DI指令參數來實施對星操作。對星操作要求先粗定、后細調方位角與俯仰角，并精調極化順序，調節最終標準以參數小于2為止。

第三，入網開通。這里先通過計算機將IDU中的工作模式調整為COMM模式，此時IDU就會自動進入入網工作模式，當顯示屏顯示3B狀態時，即可認為入網工作完畢。

3.3 對尋星系統中俯仰角與極化角的計算

衛星的方位角是基于傳播所在位置所決定的，當尋星系統輸入海船經緯度時，就要首先確定衛星時角與方位角。一般來說，衛星方位角AZ所測量的具體對象為子午圈及天體垂直圈中所夾的一段弧距NB，NB所表示的即為天線所對應的衛星方位角，如圖1。

要利用尋星系統來對天線方位角來設置方位角并計算其數據以完成核對工作，首先計算衛星方位角AZ：

繼續對極化角進行計算，如果極化角處于正值，它的高頻頭順時針轉動角度就應該為，一般來說高頻頭的順時針轉動角度范圍應該控制在5~20°左右。在上述仰俯角及方位角范圍內，如果海船船載VSAT系統能夠在船體搖擺情況下還依然能夠正常尋星，順暢傳輸交流船站信號，就說明該設備的設計安裝具有較高的可行性和適用性。

4 總結

為海船船舶設計VSAT尋星系統的最大目的就是希望將其與傳統船舶功能及通訊需求聯系起來，利用鏈路分析程序功能實現對海船實際運行狀況的遠程監測。本文所作出的功能系統設計方案及參數計算都是希望將VSAT通信系統靈活合理的應用于海洋船舶上，實現它的智能化操作，使其具備無人操作開發潛力，實質性增強海船傳播的通訊功能運營體系。

Research on the application of VSAT communication in marine vessels

Zhu Xiaomin
（China Shipping Co., Ltd.,200090)

Very(Small Aperture Terminal VSAT),namely "very small aperture terminal", which is a kind of micro satellite communication earth station,is the last century in 80s,the research and development of satellite communication system.The antenna system(0.3~1.4m),and the minimum equipment structure is quite compact,solid,intelligent property in the application environment by small range of network is quite flexible,so it is in the current marine communication plays a huge application value.By studying the composed of the marine satellite communication network and system,analysis of the link of VSAT system program, construction of Shipborne VSAT satellite system will become the main content of this paper.

VSAT;Shipborne Satellite communication system;network;link analysis;design

圖1 尋星系統天線所對應的衛星方位角及俯仰角示意圖