發(fā)布時(shí)間：2023-02-27 11:13:28
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的衛(wèi)星通信論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
衛(wèi)星信號(hào)復(fù)用模塊的功能是：將船載北斗收發(fā)設(shè)備與其原配的控制終端設(shè)備進(jìn)行分離；將信號(hào)根據(jù)不同策略復(fù)用為兩路數(shù)據(jù)信號(hào)；提供與數(shù)據(jù)采集終端的接口。圖1給出了衛(wèi)星信號(hào)復(fù)用模塊與系統(tǒng)的其他部分的連接的方式。其中的北斗衛(wèi)星通信天線完成北斗信號(hào)的收發(fā)、導(dǎo)航信號(hào)的接收以及雙向數(shù)字接口的信號(hào)交互；北斗控制終端是國(guó)內(nèi)北斗星通公司開發(fā)的多用途控制設(shè)備，其功能涵蓋了導(dǎo)航、軌跡錄、報(bào)文收發(fā)和緊急情況下的報(bào)警呼救等；數(shù)據(jù)采集終端是本系統(tǒng)中的采集數(shù)據(jù)的收發(fā)系統(tǒng)，利用人工輸入海洋資源數(shù)據(jù)，并通過(guò)衛(wèi)星信道將數(shù)據(jù)發(fā)回北斗整列控制中心。衛(wèi)星信號(hào)復(fù)用模塊是各個(gè)模塊的通信中樞，完成設(shè)備對(duì)信道的申請(qǐng)和釋放，并且為各個(gè)工作子系統(tǒng)供電，系統(tǒng)對(duì)其工作穩(wěn)定性和可靠性提出了較高的要求。圖2給出了衛(wèi)星信號(hào)復(fù)用模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。其中RXD_T和TXD_T分別表示RS232電平的北斗衛(wèi)星天線的數(shù)據(jù)收發(fā)信號(hào)；RXD_K和TXD_K表示北斗控制終端的RS232數(shù)據(jù)收發(fā)信號(hào)；RXD_C和TXD_C表示數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)收發(fā)信號(hào)。其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但是在前期的設(shè)計(jì)和測(cè)試中發(fā)現(xiàn)了一系列可靠性問(wèn)題。長(zhǎng)時(shí)間地將數(shù)據(jù)采集終端以在線方式工作會(huì)造成衛(wèi)星天線或者控制終端無(wú)法收發(fā)數(shù)據(jù)，因此在設(shè)計(jì)上采用了回饋電源模式，即當(dāng)采集器不工作時(shí)，切換電路工作于信號(hào)直接切換模式，信道不受數(shù)據(jù)采集器控制。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)當(dāng)數(shù)據(jù)采集器不工作時(shí)，地線連接會(huì)造成數(shù)據(jù)串?dāng)_，所以在設(shè)計(jì)中采用了地線切換模式，當(dāng)采集器不工作時(shí)將地線斷開。為了進(jìn)一步提高可靠性，降低干擾，信號(hào)切換沒(méi)有采用有源的電子器件，而采用了電磁式繼電器，當(dāng)采集器不工作時(shí)系統(tǒng)的信號(hào)處于機(jī)械切換模式。采取上述措施后，系統(tǒng)無(wú)響應(yīng)和數(shù)據(jù)通信失敗的現(xiàn)象基本沒(méi)有出現(xiàn)。
2控制終端設(shè)計(jì)
控制終端是數(shù)據(jù)采集人員的操作設(shè)備，其功能是輸入采集的數(shù)據(jù)并且將數(shù)據(jù)發(fā)送?？刂平K端采用了ARM9架構(gòu)的S3C2440作為核心處理器，利用自主開發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)進(jìn)行開發(fā)。其設(shè)計(jì)的模塊結(jié)構(gòu)圖見圖3。S3C2440核心板上有SDRAM與NANFLASH，分別用于應(yīng)用程序的執(zhí)行和程序的存儲(chǔ)；北斗控制終端接口包含了北斗天線的串行控制口和電源；智能液晶顯示接口通過(guò)串口2將核心板的顯示控制數(shù)據(jù)傳遞給智能液晶模塊；陣列式掃描接口讀取操作人員的輸入鍵值用于數(shù)據(jù)控制?？刂平K端的軟件結(jié)構(gòu)圖見圖4。掃描鍵盤處理模塊驅(qū)動(dòng)陣列式鍵盤，讀取用戶的輸入鍵值，并提交系統(tǒng)處理；智能終端GUI模塊負(fù)責(zé)用戶的圖形界面處理，主要功能包括控件界面繪制，事件響應(yīng)以及消息傳遞；GPIO電路驅(qū)動(dòng)模塊用于控制衛(wèi)星信號(hào)復(fù)用模塊的北斗信號(hào)切換，以及北斗系統(tǒng)電源的管理；偽漢字空間的轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)將采集到的數(shù)字信號(hào)映射到GB2312的漢字空間，以適應(yīng)北斗衛(wèi)星通道的數(shù)據(jù)傳輸；稀疏數(shù)組壓縮模塊解決了北斗數(shù)據(jù)包短，而采集數(shù)據(jù)量較大的問(wèn)題，通過(guò)自定義的無(wú)損壓縮算法，將采集的數(shù)據(jù)高效率壓縮以適應(yīng)北斗數(shù)據(jù)通道的特點(diǎn)；北斗數(shù)據(jù)編碼解碼模塊負(fù)責(zé)將處理好的數(shù)據(jù)以北斗規(guī)定的格式編碼和解碼；系統(tǒng)參數(shù)管理模塊負(fù)責(zé)管理存儲(chǔ)在智能終端中的系統(tǒng)參數(shù)，以配置不同的應(yīng)用方案。
3偽漢字編碼方案
北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)對(duì)用戶的級(jí)別做了嚴(yán)格限制，民用的北斗運(yùn)營(yíng)商普遍采用了內(nèi)容過(guò)濾程序，即當(dāng)發(fā)現(xiàn)傳輸內(nèi)容為GB2312國(guó)標(biāo)碼時(shí)，允許數(shù)據(jù)通過(guò)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)傳輸內(nèi)容為非GB2312國(guó)際碼時(shí)不允許數(shù)據(jù)通過(guò)。數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)格式不符合GB2312編碼標(biāo)準(zhǔn)，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上遇到了數(shù)據(jù)無(wú)法傳遞的困難。為了解決上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)了偽漢字編解碼方案。其基本思路是：編碼時(shí)將原始的數(shù)據(jù)流進(jìn)行分解，分配到多個(gè)漢字空間，解碼時(shí)從漢字空間提取出數(shù)據(jù)流，并且將拆分的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并。GB2312是北斗采用的漢字通信系統(tǒng)，用于民用終端的數(shù)據(jù)發(fā)送。GB2312中每個(gè)漢字由2個(gè)字節(jié)組成，第一個(gè)字節(jié)的范圍為176~247，而第二個(gè)字節(jié)的范圍為160~254。因此第一個(gè)字節(jié)的有效編碼空間為0~71，而第二個(gè)字節(jié)的編碼空間為0~94。為了簡(jiǎn)化算法，將兩個(gè)字節(jié)的編碼空間都設(shè)置在0~63即2的6次方范圍內(nèi)。實(shí)際上將數(shù)據(jù)看成一個(gè)Bit流，將8Bit為單位分解為6Bit為單位，其示例圖見圖5。圖中上方的8Bit的3個(gè)字節(jié)被看成24Bit的數(shù)據(jù)，在圖中部分解到4個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)為6位，高2位補(bǔ)零。實(shí)際上上方的數(shù)據(jù)與中部的數(shù)據(jù)從Bit流看來(lái)都是24Bit。得到4個(gè)字節(jié)的6Bit數(shù)據(jù)后，在每個(gè)字節(jié)上加上176得到圖5中下部的數(shù)據(jù)，即偽漢字編碼。該編碼的范圍位于GB2312的范圍內(nèi)，可用于北斗信號(hào)的數(shù)據(jù)傳送。解碼的過(guò)程與編碼的過(guò)程相反，不再敘述。在編碼的過(guò)程中還會(huì)遇到實(shí)際問(wèn)題：圖5中演示的情況屬于比較特殊的情況，輸入的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)量是3的倍數(shù)，輸出的字節(jié)數(shù)量為4的倍數(shù)?，F(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)流不一定滿足上述要求，例如如果輸入的數(shù)據(jù)是4個(gè)字節(jié)，輸出需要的字節(jié)數(shù)是6個(gè)字節(jié)；如果輸入的是5個(gè)字節(jié)輸出的需要6個(gè)字節(jié)。這樣會(huì)給編解碼帶來(lái)巨大的困難。為了簡(jiǎn)化編解碼，可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行特殊的處理，辦法是在傳遞的數(shù)據(jù)中增加一個(gè)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度指示，并且將數(shù)據(jù)進(jìn)行整數(shù)倍拼湊。其過(guò)程見圖6。在數(shù)據(jù)的頭部附加了一個(gè)長(zhǎng)度指示器，其作用是當(dāng)收到的數(shù)據(jù)后部附加的有PAD時(shí)可以將原始的數(shù)據(jù)提取出。PAD是附加在有效數(shù)據(jù)后面的無(wú)效數(shù)據(jù)，PAD的數(shù)量根據(jù)原始數(shù)據(jù)長(zhǎng)度變化，其數(shù)量為0~2個(gè)。數(shù)據(jù)擴(kuò)展的原則是將數(shù)據(jù)的整體長(zhǎng)度擴(kuò)展為3的倍數(shù)。這樣得到的偽漢字編碼的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度就是4的倍數(shù)，如此擴(kuò)展的目的是有利于編碼和解碼。
4北斗數(shù)據(jù)通訊陣列與系統(tǒng)整體架構(gòu)
由于北斗系統(tǒng)是軍民兩用系統(tǒng)，并且隨著用戶數(shù)量的增加，通信帶寬日益緊張，為了保障系統(tǒng)中的高級(jí)用戶權(quán)限，對(duì)用戶的收發(fā)信息的頻度做了限制，平均一分鐘才能發(fā)送一條信息。而對(duì)于接收信息的頻度卻沒(méi)有限制，所以信息的接收相對(duì)較快。由于北斗的信息通道采用了無(wú)驗(yàn)證的協(xié)議，發(fā)送方無(wú)法得知接收方是否成功接收數(shù)據(jù)。為了保證通信的可靠性，本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)北斗通信協(xié)議進(jìn)行了改進(jìn)。具體方法為：發(fā)送方發(fā)送消息后，從系統(tǒng)中獲取一個(gè)隨機(jī)變量用于產(chǎn)生延時(shí)，如果在規(guī)定的時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)沒(méi)有收到對(duì)方發(fā)來(lái)的驗(yàn)證數(shù)據(jù)就繼續(xù)發(fā)送，直到成功收到接收方的驗(yàn)證數(shù)據(jù)報(bào)。采用上述協(xié)議后，系統(tǒng)通信的可靠性得到了提高，但卻給北斗的通信系統(tǒng)帶來(lái)的嚴(yán)重負(fù)擔(dān)。特別是隨著采集系統(tǒng)數(shù)量的增加，控制中心的通信負(fù)擔(dān)日益加大，采集終端數(shù)據(jù)發(fā)送的成功率也大幅下降，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的正常工作。為了提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐率，利用北斗系統(tǒng)收發(fā)速率不平衡的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了北斗衛(wèi)星陣列，采用了單點(diǎn)接收設(shè)備以及多點(diǎn)發(fā)送的通信模式。當(dāng)接受北斗設(shè)備收到采集系統(tǒng)來(lái)自海上的信息后，根據(jù)負(fù)載平衡的算法，從發(fā)送陣列中選擇一個(gè)空閑設(shè)備完成數(shù)據(jù)發(fā)送。如果沒(méi)有空閑設(shè)備就根據(jù)負(fù)載最少原則獲取北斗發(fā)送設(shè)備并將數(shù)據(jù)壓入發(fā)送消息隊(duì)列。采用北斗陣列和負(fù)載平衡算法后，數(shù)據(jù)的吞吐率提高，系統(tǒng)的反應(yīng)速度加快，也提高了采集設(shè)備的用戶體驗(yàn)。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)見圖7。多個(gè)北斗設(shè)備通過(guò)統(tǒng)一的網(wǎng)關(guān)接入北斗應(yīng)用服務(wù)器，相關(guān)的控制軟件運(yùn)行在其上，負(fù)載解析和實(shí)現(xiàn)北斗設(shè)備的控制協(xié)議，系統(tǒng)的負(fù)載平衡以及將采集的數(shù)據(jù)回寫到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。系統(tǒng)決策服務(wù)器上運(yùn)行的軟件負(fù)責(zé)解析數(shù)據(jù)，分析相關(guān)的資源信息，以及GIS的控制信息。Web服務(wù)器對(duì)通過(guò)VPN網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)程用戶提供了數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)，由于數(shù)據(jù)，對(duì)不同的用戶采用了硬件加密的認(rèn)證模式，數(shù)據(jù)的傳輸也經(jīng)過(guò)了加密通道的處理。
5實(shí)際應(yīng)用
該研究項(xiàng)目經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)已經(jīng)在海洋漁業(yè)資源、海洋生態(tài)和海洋安全方面得到廣泛應(yīng)用。為了分析海洋漁業(yè)資源，在本終端上設(shè)計(jì)了漁業(yè)捕獲實(shí)時(shí)報(bào)告系統(tǒng)。具體方法是針對(duì)漁業(yè)捕撈的的各種船型，每種船型選擇常見的50種魚類，將魚類的名稱和圖片寫入終端。船員在捕撈結(jié)束后利用本終端將各種魚類的產(chǎn)量通過(guò)北斗發(fā)送給控制中心。其中的數(shù)據(jù)不僅有漁獲產(chǎn)量，而且還有捕撈的時(shí)間和地點(diǎn)，控制中心將數(shù)據(jù)記錄入數(shù)據(jù)庫(kù)后，結(jié)合相關(guān)的港口漁獲數(shù)據(jù)，以及海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，可以分析海洋魚類的巡游規(guī)律，并且指導(dǎo)漁業(yè)生產(chǎn)。漁業(yè)管理部門也可以了解海洋整體上的生產(chǎn)情況，以便合理地進(jìn)行生產(chǎn)管理。目前已經(jīng)在南海生產(chǎn)漁船上安裝了近300套設(shè)備，大部分設(shè)備工作正常。圖8給出了第二代漁獲采集終端實(shí)物，圖9給出了GIS軟件上的安裝了設(shè)備的漁船的作業(yè)分布圖。該系統(tǒng)還用于漁場(chǎng)預(yù)測(cè)，結(jié)合衛(wèi)星遙感信號(hào)得到的溫度、洋流和葉綠素等相關(guān)因素，根據(jù)終端傳回的數(shù)據(jù)，分析漁場(chǎng)并將得到的預(yù)報(bào)信息通過(guò)控制中心發(fā)送到終端上，從而指導(dǎo)漁業(yè)生產(chǎn)，減少資源消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。圖10給出了漁場(chǎng)預(yù)報(bào)的樣圖。該設(shè)備還用于增值放流工作的檢測(cè)：為了保證漁業(yè)資源的穩(wěn)定，需要人工放流魚種。為了跟蹤放流魚種的生長(zhǎng)和巡游情況，放流前在部分魚種上留有標(biāo)志，并且在放流前將標(biāo)志與魚種信息記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)魚被裝有終端的漁船捕獲后，船員將魚的參數(shù)和標(biāo)志編號(hào)輸入終端，通過(guò)北斗發(fā)回控制中心，相關(guān)的放流數(shù)據(jù)就可以進(jìn)入軟件分析，從而得到放流的效果評(píng)估。目前本終端還具有了天氣預(yù)報(bào)信息的發(fā)送以及他國(guó)漁船越界捕魚事件報(bào)告的功能，可以在漁業(yè)安全和保護(hù)國(guó)家漁業(yè)資源等方面發(fā)揮作用。
6結(jié)束語(yǔ)
1.性能分析
CFDAMA基本接入方式能夠?qū)崿F(xiàn)較好的時(shí)延/吞吐量性能。CFDAMA－PA成功的將按需分配和自由分配結(jié)合在一起，采用固定預(yù)約時(shí)隙分配的形式來(lái)保證用戶接入的公平性和實(shí)際業(yè)務(wù)需求量，在信道負(fù)荷較低的時(shí)候，其平均時(shí)延和固定分配方式保持一致，在信道負(fù)荷逐漸增大和接入用戶數(shù)變化較大時(shí)，存在資源利用率下降的問(wèn)題。CFDAMA－RA在低信道負(fù)荷時(shí)由于采用的競(jìng)爭(zhēng)方式進(jìn)行接入，對(duì)信道利用率更高，但對(duì)于用戶接入的公平性卻不能保證，并且存在接入過(guò)程中的碰撞，在高信道負(fù)荷時(shí)碰撞概率逐漸增大，平均時(shí)延性能也急劇下降。CFDAMA－PB通過(guò)對(duì)上行數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，減小了用戶發(fā)送預(yù)約時(shí)隙請(qǐng)求的間隔時(shí)間，但隨著信道負(fù)荷的增大，某些用戶會(huì)因?yàn)槠渌脩纛A(yù)約請(qǐng)求的資源占用導(dǎo)致無(wú)法發(fā)出預(yù)約時(shí)隙請(qǐng)求，同樣不能保證接入的公平性。因此，如何保證用戶的接入時(shí)延和接入過(guò)程中的公平性，成為本文的一個(gè)研究重點(diǎn)。
2.CFDAMA－PRI
由于當(dāng)前數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)大多突發(fā)性較強(qiáng)并且業(yè)務(wù)類型呈現(xiàn)多樣性，抽象出來(lái)這類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流通常用ON－OFF信源模型來(lái)表示［5］。而在此信源模型的情況下，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)具有很強(qiáng)的突發(fā)特性，用戶的預(yù)約時(shí)隙請(qǐng)求也帶有很強(qiáng)的隨機(jī)性和不確定性。基本的CFDAMA接入方式此時(shí)由于多次請(qǐng)求造成的再分配策略和預(yù)約請(qǐng)求的沖突概率增大，在信道負(fù)荷較高和接入用戶數(shù)逐漸增大時(shí)，其性能受到明顯的影響。CFDAMA－PR協(xié)議在用戶時(shí)隙申請(qǐng)階段對(duì)發(fā)送隊(duì)列的堆積狀況進(jìn)行判斷，比較當(dāng)前時(shí)刻和上一時(shí)刻發(fā)送隊(duì)列中數(shù)據(jù)分組的差值Δ，如果Δ＞0表示當(dāng)前發(fā)送隊(duì)列有數(shù)據(jù)包的堆積，則通過(guò)加權(quán)的方式向星上調(diào)度器發(fā)送更多的預(yù)約時(shí)隙請(qǐng)求［6］。該協(xié)議的好處在于實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)用戶發(fā)送隊(duì)列的堆積情況獲得更多的分配時(shí)隙，能在突發(fā)數(shù)據(jù)分組到來(lái)情況下實(shí)時(shí)的將新的數(shù)據(jù)分組發(fā)送出去。因此，本文在CFDAMA－PR的基礎(chǔ)上提出了基于用戶優(yōu)先級(jí)排序的改進(jìn)協(xié)議CFDAMA－PRI，優(yōu)化星上調(diào)度算法，進(jìn)一步保證接入的時(shí)延性能和接入的公平性。
3.仿真分析
本文采用OPNET仿真平臺(tái)［7］，將基本的CF-DAMA－PA、CFDAMA－PR和改進(jìn)的CFDAMA－PRI進(jìn)行對(duì)比仿真。具體的仿真參數(shù)設(shè)置如表2所示。對(duì)信道負(fù)荷固定但用戶數(shù)目變化條件下的仿真結(jié)果進(jìn)行分析，目的是為了得出CFDAMA－PRI的時(shí)延性能和在用戶接入公平性方面的優(yōu)越性。選取信道負(fù)荷為0．8，用戶數(shù)目依次為5、10、20、40、80，CFDAMA－PA的預(yù)約時(shí)隙數(shù)為20，得到的仿真結(jié)果如圖5、圖6所示。由仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)系統(tǒng)中用戶數(shù)不斷增大時(shí)，由于CFDAMA－PA在一個(gè)鏈路幀中僅使用了一部分時(shí)隙用作預(yù)約請(qǐng)求時(shí)隙點(diǎn)，那么更多有請(qǐng)求的用戶就無(wú)法通過(guò)預(yù)約時(shí)隙點(diǎn)接入鏈路幀，加之信道負(fù)荷較大，突發(fā)數(shù)據(jù)強(qiáng)，用戶申請(qǐng)時(shí)隙的不確定性也大。如果增大預(yù)約請(qǐng)求時(shí)隙數(shù)的比例也會(huì)以犧牲數(shù)據(jù)時(shí)隙為代價(jià)，平均時(shí)延和隊(duì)列的分組累積同樣會(huì)增加。CFDAMA－PRI則采用CFDAMA－PR對(duì)信源突發(fā)數(shù)據(jù)分組的計(jì)算方法，并使用優(yōu)先級(jí)排序的方法對(duì)時(shí)隙需求量大的用戶給予更高的時(shí)隙分配權(quán)，確保了用戶的可接入次數(shù)，降低了時(shí)延，提高了接入公平性。
4.結(jié)語(yǔ)
根據(jù)預(yù)失真器所處的位置，可將預(yù)失真分為基帶預(yù)失真、中頻預(yù)失真和射頻預(yù)失真。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的飛速發(fā)展，預(yù)失真技術(shù)可在數(shù)字域內(nèi)實(shí)現(xiàn)，具有電路靈活、成本低等優(yōu)點(diǎn)；而且可利用自適應(yīng)算法來(lái)跟蹤補(bǔ)償功放因環(huán)境因素改變而產(chǎn)生的特性變化。圖1是數(shù)字基帶預(yù)失真技術(shù)結(jié)構(gòu)框圖。數(shù)字預(yù)失真分為查找表法和非線性函數(shù)法2大類。其中，非線性函數(shù)法包括Volterra級(jí)數(shù)法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法?？紤]到Volterra級(jí)數(shù)的計(jì)算復(fù)雜度較高，一般采用其簡(jiǎn)化形式（如記憶多項(xiàng)式法）來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)失真。
1．1查找表法
查找表法是通過(guò)建立查找表來(lái)離散地描述功放的反向特性，傳統(tǒng)的基于查找表法的預(yù)失真實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：1）測(cè)試功放的輸入／輸出信號(hào)，獲取功放的即時(shí)非線性特性；2）找出功放的理想增益，即功放在線性區(qū)工作時(shí)的最大增益；3）將功放的輸入特性／輸出特性反轉(zhuǎn)，由此生成查找表，為每一個(gè)輸入信號(hào)提供一個(gè)相應(yīng)的預(yù)失真信號(hào)。建立查找表之后，須考慮查找表的量化誤差問(wèn)題。由于查找表的表項(xiàng)是有限的，查找表輸入端信號(hào)量化時(shí)，必然會(huì)引起誤差，此時(shí)，采用不同的索引技術(shù)會(huì)對(duì)預(yù)失真性能產(chǎn)生不同的影響。作為查找表法的核心，查找表地址索引技術(shù)闡釋了如何有效地從查找表中找到有用的補(bǔ)償數(shù)據(jù)。查找表預(yù)失真的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，表示輸入信號(hào)的幅度，Q模塊為量化器。查找表的地址索引方法包括均勻量化法和非均勻量化法。均勻量化是以輸入信號(hào)的幅度為指針，均勻分配其整個(gè)變化域以生成查找表。功率法是最常見的均勻量化手段，其把輸入信號(hào)功率作為指針，在變化域內(nèi)均勻量化。但對(duì)小信號(hào)而言，功率法表項(xiàng)分布稀疏，量化間隔較大，引起的誤差和失真也很大，因此，該方法不適用于小信號(hào)較多的功放預(yù)失真系統(tǒng)。傳統(tǒng)的查找表法僅根據(jù)輸入信號(hào)幅度，找出表中最接近該幅度值的一項(xiàng)，該項(xiàng)對(duì)應(yīng)的輸出值即為相應(yīng)預(yù)失真信號(hào)的輸出值，不過(guò)此方法存在量化誤差。采用插值技術(shù)可在一定程度上改善系統(tǒng)的量化誤差，線性插值法是最簡(jiǎn)單常用的插值方法。均勻索引的實(shí)現(xiàn)過(guò)程比較簡(jiǎn)單，但存在2個(gè)重要問(wèn)題：輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性和各區(qū)間信號(hào)的非線性程度。常見的非均勻索引有功率索引、最優(yōu)法索引及μ率法索引等。這些方法雖考慮了信號(hào)各區(qū)間非線性程度的不同，但卻忽視了輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性。由此可知，查找表建立簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易，但是也存在缺點(diǎn)：1）存在量化效應(yīng)；2）精度要求越高，對(duì)查找表的尺寸要求越高，即表項(xiàng)越多，意味著速度性能會(huì)下降；3）不能補(bǔ)償功放的記憶效應(yīng)；4）自適應(yīng)能力較差。為了盡可能減小這些問(wèn)題對(duì)預(yù)失真器性能的影響，文獻(xiàn)［2－3］對(duì)無(wú)記憶預(yù)失真器進(jìn)行了改進(jìn)，分別構(gòu)造二維查找表和分段預(yù)均衡器。但當(dāng)功放記憶效應(yīng)較強(qiáng)時(shí)，二維查找表的線性化效果不太理想。另外，可根據(jù)信號(hào)的特性，制定相應(yīng)的改進(jìn)查找表法，文獻(xiàn)［4］提出了一種改進(jìn)查找表法，該算法根據(jù)OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiple－xing，正交頻分復(fù)用）信號(hào)的分布特性，對(duì)出現(xiàn)概率較小的大幅值信號(hào)增加迭代次數(shù)，提高了查找表法的收斂速度。
1．2多項(xiàng)式法
由于查找表法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)，早期多采用該方法對(duì)功放進(jìn)行預(yù)失真處理，但其預(yù)失真性能的優(yōu)劣取決于表項(xiàng)的多少，性能改善越好，所需表項(xiàng)越多，相應(yīng)地，所需的存儲(chǔ)空間也就越大，查找表項(xiàng)的數(shù)據(jù)和更新表項(xiàng)所需時(shí)間、計(jì)算量也就越大，因此，對(duì)情況復(fù)雜的系統(tǒng)，該方法不可取。非線性函數(shù)法是常用的預(yù)失真方法，其將輸出信號(hào)的采樣值與輸入信號(hào)一一對(duì)應(yīng)起來(lái)，用非線性函數(shù)把輸入和輸出信號(hào)進(jìn)行擬合，得到功放的工作函數(shù)曲線，由于預(yù)失真器的特性與功放特性相反，由功放的非線性函數(shù)可得預(yù)失真器的非線性工作函數(shù)。非線性函數(shù)預(yù)失真方法已成為近年研究的熱點(diǎn)。功放的建模及模型參數(shù)的辨識(shí)是功放預(yù)失真技術(shù)的2個(gè)重要組成部分。對(duì)于功放的建模，常用的無(wú)記憶模型包括Saleh模型、Rapp模型和冪級(jí)數(shù)模型；有記憶模型包括Volterra級(jí)數(shù)模型、Winner模型、Hammerstein模型和MP（MemoryPolynomial，記憶多項(xiàng)式）模型。分?jǐn)?shù)階記憶多項(xiàng)式抑制了高階交調(diào)分量，但對(duì)強(qiáng)記憶效應(yīng)的功放預(yù)失真性能沒(méi)有改善；廣義記憶多項(xiàng)式明顯提升了對(duì)強(qiáng)記憶效應(yīng)的抑制能力，但計(jì)算量大，復(fù)雜度高。文獻(xiàn)［8］在廣義記憶多項(xiàng)式的基礎(chǔ)上，去掉其滯后部分，降低模型系數(shù)數(shù)量，去掉偶數(shù)階次，引入分?jǐn)?shù)階次，提出了一種改進(jìn)型的廣義分?jǐn)?shù)階記憶多項(xiàng)式模型。仿真表明這種改進(jìn)模型在系數(shù)數(shù)量、計(jì)算復(fù)雜度和線性化能力等方面取得了良好的折中。除上述模型外，增強(qiáng)型Hammerstein模型、EMP（EnvelopeMemoryPolynomial，包絡(luò)記憶多項(xiàng)式）模型及DDR（DynamicDeviationReduction，動(dòng)態(tài)偏差）模型都是Volterra級(jí)數(shù)模型的簡(jiǎn)化形式，這些簡(jiǎn)化模型可在很大程度上降低計(jì)算復(fù)雜度。模型建立和模型辨識(shí)是記憶多項(xiàng)式預(yù)失真的2個(gè)重要內(nèi)容，模型是否合適直接決定預(yù)失真方法性能的優(yōu)劣，如果沒(méi)有合適的模型，再好的算法也不會(huì)取得精確的預(yù)失真結(jié)果。模型確定之后，選擇的模型辨識(shí)算法是否得當(dāng)決定著預(yù)失真技術(shù)的計(jì)算復(fù)雜度、收斂速度和性能。系統(tǒng)學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)很大程度上決定了預(yù)失真系統(tǒng)的復(fù)雜度，須根據(jù)具體情況折中選擇學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)。根據(jù)學(xué)習(xí)器訓(xùn)練方式的不同，可將學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)分為直接學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)和間接學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)，如圖3所示。從圖3可以看出：直接學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是一個(gè)完整的閉環(huán)，實(shí)時(shí)性好，且參數(shù)不受系統(tǒng)引入噪聲的影響［7］。自適應(yīng)算法得到的權(quán)值是否是全局最優(yōu)值會(huì)受到初值的影響，可能不唯一［8］。不同于直接學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)的逆，間接學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)采用的是后逆，學(xué)習(xí)器在訓(xùn)練時(shí)，對(duì)信號(hào)參數(shù)的敏感度降低，對(duì)實(shí)時(shí)閉環(huán)系統(tǒng)和自適應(yīng)算法要求不再苛刻，較易于工程實(shí)現(xiàn)［9］。預(yù)失真訓(xùn)練器的訓(xùn)練過(guò)程即預(yù)失真模型參數(shù)的提取過(guò)程，核心是自適應(yīng)算法不斷更新得到的權(quán)值最終達(dá)到收斂目標(biāo)值。自適應(yīng)算法的復(fù)雜度和參數(shù)提取準(zhǔn)確度決定了預(yù)失真器的性能及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難易程度。目前參數(shù)提取算法大致可分為3類：LS（Least－Squares，最小二乘）算法、LMS（LeastMeanSquare，最小均方）算法和RLS（RecursiveLeastSquares，遞歸最小二乘）算法。在LMS和RLS的基礎(chǔ)上，相繼出現(xiàn)了較多的改進(jìn)算法，比如變步長(zhǎng)LMS算法和QR－RLS算法［10－12］。相比查找表預(yù)失真，多項(xiàng)式預(yù)失真準(zhǔn)確度更高、自適應(yīng)性能更好，但是其計(jì)算復(fù)雜度卻比查找表法高得多，線性化性能優(yōu)劣也嚴(yán)重受功放模型描述功放特性精確程度的影響。
1．3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法
隨著生物仿真學(xué)的發(fā)展，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法日益得到人們的廣泛關(guān)注，引起研究者的探索熱情。由于該方法能對(duì)功放的非線性特性函數(shù)進(jìn)行擬合，可將其引入預(yù)失真器的設(shè)計(jì)中［13］。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是根據(jù)生物學(xué)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的原理建立的，它的自適應(yīng)系統(tǒng)由許多神經(jīng)元的簡(jiǎn)單處理單元組成，所有神經(jīng)元通過(guò)回饋或前向方式相互作用、相互關(guān)聯(lián)。文獻(xiàn)［14］首先提出了采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法對(duì)功放進(jìn)行預(yù)失真處理。目前最為常用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是Minsky和Papert所提出的前向神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法被廣泛應(yīng)用在函數(shù)逼近和模式分類中，文獻(xiàn)［15］證明了由任意多個(gè)隱層神經(jīng)元組成的多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可逼近任意連續(xù)函數(shù)。因此，可利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)擬合預(yù)失真器的工作曲線，且可用改進(jìn)的反向算法自適應(yīng)地更新工作函數(shù)的系數(shù)。文獻(xiàn)［16］提出一種單入／單出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，仿真結(jié)果表明：該方式能較好地改善三階、五階互調(diào)分量，與一般的多項(xiàng)式擬合技術(shù)相比，其收斂性能和硬件實(shí)現(xiàn)都有一定優(yōu)勢(shì)。文獻(xiàn)［17］提出了一種基于動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的幅相分離的方法，核心是對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的幅度和相位進(jìn)行分離。由于現(xiàn)有的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)失真方法的延時(shí)效應(yīng)較大，文中對(duì)網(wǎng)絡(luò)的系數(shù)矩陣進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，有效減小了計(jì)算復(fù)雜度，較好地消除了功放非線性和記憶效應(yīng)，具有較大的實(shí)用價(jià)值。文獻(xiàn)［18－20］也對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法做了相關(guān)研究，結(jié)果表明：與查找表法和記憶多項(xiàng)式法相比，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有效地提升了功放的預(yù)失真精度。目前，在幾種參數(shù)辨識(shí)方法中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法預(yù)失真性能最好，最具有研究?jī)r(jià)值。
1．4聯(lián)合查找表和多項(xiàng)式法
在窄帶通信系統(tǒng)中，不須考慮功放的記憶效應(yīng)，但在進(jìn)行寬帶通信時(shí)，不可忽略功放的記憶效應(yīng)，但此時(shí)基于查找表法的預(yù)失真不能補(bǔ)償功放的記憶效應(yīng)，基于記憶多項(xiàng)式的預(yù)失真方法可以補(bǔ)償功放記憶效應(yīng)。當(dāng)功放的非線性程度較高時(shí)，記憶多項(xiàng)式的預(yù)失真性能會(huì)有所下降。為解決這個(gè)問(wèn)題，聯(lián)合使用查找表法和記憶多項(xiàng)式法來(lái)補(bǔ)償功放的非線性和記憶效應(yīng)。QualidHammi在文獻(xiàn)［21］中提出TNTB（TwinNonlinearTwo－Box，雙非線性兩箱）模型。這種模型由1個(gè)MP單元和1個(gè)查找表單元構(gòu)成，按照2個(gè)單元位置的不同可分為前向TNTB、后向TNTB和并聯(lián)TNTB模型。這種方法的核心思想是：將有記憶效應(yīng)功放引起的信號(hào)非線性失真分解為無(wú)記憶的非線性部分和記憶部分，根據(jù)查找表法和記憶多項(xiàng)式法各自的特點(diǎn)，采用查找表法補(bǔ)償失真的無(wú)記憶非線性部分，采用記憶多項(xiàng)式法來(lái)解決失真的記憶效應(yīng)。文獻(xiàn)［22－28］對(duì)結(jié)合查找表法和記憶多項(xiàng)式法的應(yīng)用方法做了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，仿真結(jié)果證明該方法的預(yù)失真性能優(yōu)于查找表法和多項(xiàng)式法，且并聯(lián)TNTB模型預(yù)失真性能最好。文獻(xiàn)［29］在上述聯(lián)合算法的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出最優(yōu)分段方法，并將這種基于最優(yōu)分段數(shù)的聯(lián)合預(yù)失真算法同上述聯(lián)合算法進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果證明最優(yōu)分段方法能取得更優(yōu)的效果。為降低TNTB模型的復(fù)雜度，MayadaYounes提出一種更精確，同時(shí)又能降低復(fù)雜度的PLUME（Parallel－LUT－MP－EMP）模型［30］，它由LUT（Look－upTable，查找表法）、MP和EMP并聯(lián)組成，實(shí)驗(yàn)證明PLUME模型精度高于TNTB模型，在保證和GMP同樣精度的條件下，能減少45％的系數(shù)數(shù)量。
2信號(hào)處理技術(shù)結(jié)合預(yù)失真技術(shù)
為了在有限的頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多的數(shù)據(jù)傳輸，寬帶、高峰值平均功率比信號(hào)〔如MCM（MultipleCar－rierModulation，多載波信號(hào)）〕得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，F(xiàn)DMA（FrequencyDivisionMultipleAccess，頻分復(fù)用）信號(hào)就是多載波傳輸信號(hào)的一種。多載波調(diào)制的原理是把高速傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為N路速率較低的子數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸，符號(hào)周期為原來(lái)的N倍，遠(yuǎn)大于信道的最大時(shí)延擴(kuò)展。此時(shí)，將1個(gè)頻率選擇性信道劃分成N個(gè)窄帶平坦衰落信道（均衡要求降低），使其具備很強(qiáng)的抗多徑和抗干擾能力，適用于高速無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。但FDMA技術(shù)的缺陷在于它的峰均功率比高，因此放大器的非線性特性給通信傳輸帶來(lái)的各種問(wèn)題會(huì)更加突出。在數(shù)字預(yù)失真效果改善的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提高線性化功放的線性度效率，可根據(jù)信號(hào)特性采取相應(yīng)的信號(hào)處理技術(shù)與預(yù)失真項(xiàng)組合方案。針對(duì)高峰均比信號(hào)，文獻(xiàn)［30－32］還提出了以下幾種組合方案：DPD與CFR（CrestFactorReduc－tion，削峰技術(shù)）的結(jié)合，DPD、CFR與Doherty技術(shù)的結(jié)合，以及DPD、CFR與ET（EnvelopeTrack－ing，包絡(luò)跟蹤）技術(shù)的結(jié)合等。對(duì)CFR的研究已有20多年，隨著最近十年現(xiàn)代移動(dòng)通信的飛速發(fā)展，CFR的研究成為熱點(diǎn)。相關(guān)文獻(xiàn)著作中也給出了許多CFR實(shí)現(xiàn)方案，可歸結(jié)如下：限幅濾波法、峰值加窗法及部分序列傳輸法等。相關(guān)的實(shí)驗(yàn)仿真已證明，對(duì)進(jìn)入預(yù)失真器前的高峰均比信號(hào)進(jìn)行削峰處理，可以提高系統(tǒng)的預(yù)失真性能。
3結(jié)論
論文摘要：在通信行業(yè)中，人們通常把電源比喻為通信系統(tǒng)的心臟。近年來(lái)，電信網(wǎng)全方位快速發(fā)展，同時(shí)也給從事電源維護(hù)管理工作的人員提出了許多新的問(wèn)題。由于電源設(shè)備正處在新老并存、逐步更新?lián)Q代的時(shí)期?；诖?，本文就通信電源的維護(hù)和管理方面談幾點(diǎn)想法。
引言
由于歷史發(fā)展的原因，當(dāng)前通信電源供電體制基本上是以集中放置、集中供電方式為主，有人值守、故障維修為主。而電源的負(fù)載，如傳輸、交換、數(shù)據(jù)、移動(dòng)等專業(yè)的維護(hù)方式正朝著集中監(jiān)控、集中維護(hù)、少人或無(wú)人值守方向發(fā)展。通信基站是通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的重要組成部分，保證任何情況下的正常供電，是保證通信網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。為此各通信基站內(nèi)均配備了較先進(jìn)的電力電源供電系統(tǒng)，包括開關(guān)整流設(shè)備、免維護(hù)蓄電池、油機(jī)等。這些設(shè)備是保障供電穩(wěn)定和連續(xù)性的重要設(shè)備，對(duì)這些設(shè)備維護(hù)的好壞，不僅影響電源系統(tǒng)設(shè)備的壽命和故障率，而且直接涉及通信網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)運(yùn)行。
一、通信電源概述
從遠(yuǎn)古時(shí)代以來(lái)，陽(yáng)光、空氣、食物和水一直是人們賴以生存的必需品，而今在科學(xué)技術(shù)飛躍發(fā)展的時(shí)代，電也已成為人們的必需品。因?yàn)橛辛穗?，我們的生活才有了歡樂(lè)。正是由于通信系統(tǒng)的安全優(yōu)質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)，無(wú)處不在的通信電源則是堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和根本保障。實(shí)施集中監(jiān)控管理是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，是現(xiàn)代通信網(wǎng)的要求，也是企業(yè)減員增效的有效措施。各種電源設(shè)備要智能化、標(biāo)準(zhǔn)化，符合開放式通信協(xié)議。若電源系統(tǒng)不能輸出規(guī)定電流，電壓超出允許波動(dòng)范圍，雜音電壓高于允許值時(shí)間并持續(xù)10s以上者均判定為系統(tǒng)故障。原交流系統(tǒng)中的電壓、頻率或波形畸變超出規(guī)定范圍持續(xù)時(shí)間大于60s者均判定為故障。為此，要保證通信電源系統(tǒng)的可靠性，有條件的通信部門應(yīng)盡量從兩個(gè)不同的地方引入2路市電輸入，并設(shè)置2路市電電能自動(dòng)倒換裝置；所用設(shè)備要選用可靠性高的高頻開關(guān)整流設(shè)備，采用模塊化、熱插拔式結(jié)構(gòu)以便于更換，并合理配置備份設(shè)備。任何新技術(shù)、新設(shè)備未經(jīng)充分驗(yàn)證、試運(yùn)行前均不得進(jìn)入供電系統(tǒng)。供電方式要大力推廣分散供電，使用同一種直流電壓的通信設(shè)備采用兩個(gè)以上的獨(dú)立供電系統(tǒng)，這也是今后通信網(wǎng)絡(luò)容量和規(guī)模不斷擴(kuò)大、各種新業(yè)引入的新要求。為了盡量縮短設(shè)備的平均故障修復(fù)時(shí)間，要經(jīng)常分析運(yùn)行參數(shù)，預(yù)測(cè)故障發(fā)生的時(shí)間并及時(shí)排除。還要提高技術(shù)維護(hù)水平，采用集中維護(hù)、遠(yuǎn)程遙信、遙測(cè)維護(hù)。在實(shí)施過(guò)程中，三遙點(diǎn)的設(shè)置要合理，絕不是越多越好，要以可靠性、實(shí)用性為基本原則，宜簡(jiǎn)勿繁。
二、電源系統(tǒng)使用中應(yīng)重視的問(wèn)題
電源系統(tǒng)目前廣泛使用高頻開關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)備，其智能化程度高，電池采用了免維護(hù)蓄電池，這雖給用戶帶來(lái)了許多便利，但在使用過(guò)程中還應(yīng)在多方面引起注意，確保使用安全。
2.1按電源系統(tǒng)的使用要求和功率余量大小來(lái)分，在使用中要避免隨意增加大功率的額外設(shè)備，也不允許在滿負(fù)載狀態(tài)下長(zhǎng)期運(yùn)行。工作性質(zhì)決定了電源系統(tǒng)幾乎是在不間斷狀態(tài)下運(yùn)行的，增加大功率負(fù)載或在基本滿載狀態(tài)下工作，都會(huì)造成整流模塊出故障，嚴(yán)重時(shí)將損壞變換器。自備發(fā)電機(jī)的輸出電壓、波形、頻率和幅度應(yīng)滿足電源系統(tǒng)對(duì)輸入電壓的要求，另外發(fā)電機(jī)的功率要大于開關(guān)電源設(shè)備的額定輸入功率，否則，將會(huì)造成電源系統(tǒng)設(shè)備工作異?；驌p壞。
2.2電池應(yīng)避免大電流充放電，理論上充電時(shí)可以接受大電流，但在實(shí)際操作中應(yīng)盡量避免，否則會(huì)造成電池極板膨脹變形，使得極板活性物質(zhì)脫落，電池內(nèi)阻增大且溫度升高，嚴(yán)重時(shí)將造成容量下降，壽命提前終止。在任何情況下都應(yīng)防止電池短路或深度放電，因?yàn)殡姵氐难h(huán)壽命和放電深度有關(guān)。放電深度越深循環(huán)壽命越短。在容量試驗(yàn)或放電檢修中，通常放電達(dá)到容量的30％－50％就可以了。
2.3鉛酸蓄電池的容量和電解液的比重是線性關(guān)系，通過(guò)測(cè)量比重可以了解電池的存儲(chǔ)能量情況。閥控式密封蓄電池是貧液電池，且無(wú)法進(jìn)行電解液比重測(cè)量，所以如何判定它的好壞，預(yù)測(cè)貯備容量已成為當(dāng)今業(yè)界的一大難題。用電導(dǎo)儀測(cè)電池的內(nèi)阻是判定蓄電池好壞的一種有參考價(jià)值的方法，但尚不能準(zhǔn)確測(cè)定電池的好壞程度。目前，最可靠的方法還是放電法。在可靠性、經(jīng)濟(jì)性、可使用性、維護(hù)性等方面綜合比較，應(yīng)選用四沖程油機(jī)為原動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組。四沖程油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用多缸均衡做功、增壓等一系列成熟技術(shù)適合于大容量機(jī)組的要求。其噪音小、污染小、性價(jià)比高。使用中把機(jī)組產(chǎn)生的熱量排到室外，保證機(jī)組周圍環(huán)境濕度不超過(guò)指標(biāo)要求。
三、電源系統(tǒng)的維護(hù)與檢修
當(dāng)電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)先查明原因，分清是負(fù)載還是電源系統(tǒng)，是主機(jī)還是電池組。雖說(shuō)開關(guān)電源系統(tǒng)主機(jī)有故障自檢功能，但它對(duì)面而不對(duì)點(diǎn)，對(duì)更換配件很方便，但要維修故障點(diǎn)，仍需做大量的分析、檢測(cè)工作。另外如自檢部分發(fā)生故障，顯示的故障內(nèi)容則可能有誤。對(duì)主機(jī)出現(xiàn)擊穿、斷保險(xiǎn)或燒毀器件的故障，一定要查明原因并排除故障后才能重新啟動(dòng)，否則會(huì)接連發(fā)生相同的故障。再好的設(shè)備也有壽命期，也會(huì)出現(xiàn)各類故障，但維護(hù)工作做得好可以延長(zhǎng)壽命并減少故障的發(fā)生，不要因?yàn)楦咧悄?、免維護(hù)而忽略了本應(yīng)進(jìn)行的維護(hù)工作，預(yù)防在任何時(shí)候都是安全運(yùn)行的重要保障。高頻開關(guān)電源設(shè)備在正常使用情況下，主機(jī)的維護(hù)工作量很少，主要是防塵和定期除塵。特別是氣候干燥的地區(qū)，空氣中的灰粒較多，灰塵將在機(jī)內(nèi)沉積，當(dāng)遇空氣潮濕時(shí)會(huì)引起主機(jī)控制紊亂造成主機(jī)工作失常，并發(fā)生不準(zhǔn)確告警。另大量灰塵也會(huì)造成器件散熱不好。一般每季度應(yīng)徹底清潔一次。其次就是在除塵時(shí)檢查各連接件和插接件有無(wú)松動(dòng)和接觸不牢的情況。由于整流器對(duì)瞬時(shí)脈沖干擾不能消除，整流后的電壓仍存在干擾脈沖。蓄電池除有存儲(chǔ)直流電能的功能外，其等效電容量的大小與蓄能電池容量大小成正比。因此，維護(hù)檢修蓄電池的工作是非常重要的，雖說(shuō)蓄電池組目前都采用了免維護(hù)電池，但這只是免除了以往的測(cè)比、配比、定時(shí)添加蒸餾水的工作。但因工作狀態(tài)對(duì)電池的影響并沒(méi)有改變，不正常工作狀態(tài)對(duì)電池造成的影響沒(méi)有變，所以蓄電池的工作全部是在浮充狀態(tài)，在這種情況下至少應(yīng)每年進(jìn)行一次放電。放電前應(yīng)先對(duì)電池組進(jìn)行均衡充電，以達(dá)全組電池的均衡。放電過(guò)程中如有一只達(dá)到放電終止電壓時(shí)，應(yīng)停止放電，繼續(xù)放電須先排除落后電池后再放。核對(duì)性放電不是追求放出容量的百分比，而是關(guān)注并發(fā)現(xiàn)和處理落后電池，經(jīng)對(duì)落后電池處理后再作核對(duì)性放電實(shí)驗(yàn)。這樣可防止事故，以免放電中落后電池惡化為反極電池。平時(shí)每組電池至少應(yīng)有8只電池作標(biāo)示電池，作為了解全電池組工作情況的參考，對(duì)標(biāo)示電池應(yīng)定期測(cè)量并做好記錄。在日常維護(hù)中需經(jīng)常檢查的項(xiàng)目有：清潔并檢測(cè)電池兩端電壓、溫度；連接處有無(wú)松動(dòng)腐蝕現(xiàn)象，檢測(cè)連接條壓降；電池外觀是否完好，有無(wú)殼變形和滲漏；極柱、安全閥周圍是否有酸霧逸出；主機(jī)設(shè)備是否正常等。免維護(hù)電池要做到運(yùn)行、日常管理周到、細(xì)致和規(guī)范，保證設(shè)備保持良好的運(yùn)行狀況，從而延長(zhǎng)使用年限；保證直流母線經(jīng)常保持合格的電壓和電池的放電容量；保證電池運(yùn)行和人員的安全可靠。這是電池維護(hù)的目的，也是電池運(yùn)行規(guī)程中包括的內(nèi)容和運(yùn)行規(guī)則。當(dāng)電池組中發(fā)現(xiàn)電壓反極、壓降大、壓差大和酸霧泄漏的電池時(shí)，應(yīng)及時(shí)采用相應(yīng)的方法恢復(fù)和修復(fù)，對(duì)不能恢復(fù)和修復(fù)的電池要換掉。但不能把不同容量、不同性能、不同廠家的電池聯(lián)在一起，否則可能會(huì)對(duì)整組電池帶來(lái)不利影響。對(duì)壽命已過(guò)期的電池組要及時(shí)更換，以免影響到電源系統(tǒng)和設(shè)備主機(jī)。
參考文獻(xiàn)：
[關(guān)鍵詞]相干解調(diào)；載波恢復(fù)；相位誤差檢測(cè)；QPSK解調(diào)
中圖分類號(hào)：TN81.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）04-0306-02
1 引言
衛(wèi)星和以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的通信系統(tǒng)自1965年開始實(shí)用以來(lái)已經(jīng)有了顯著的發(fā)展。因其具有覆蓋地域廣、通信距離遠(yuǎn)、通信容量大、傳輸質(zhì)量好等特點(diǎn)，已成為現(xiàn)代信息社會(huì)的一種重要通信手段[1]。解調(diào)器是衛(wèi)星通信地球站不可缺少的一個(gè)重要組成部分，解調(diào)器性能的好壞對(duì)整個(gè)接受系統(tǒng)的性能有著決定性的影響。載波恢復(fù)是相干解調(diào)的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。相干解調(diào)中，首先要在接受端恢復(fù)相干載波，這個(gè)相干載波應(yīng)與發(fā)送載波在頻率上同頻，在相位上保持同步的關(guān)系。載波恢復(fù)就是要實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程，它是相干解調(diào)的先決條件[2]。
2 載波相位誤差檢測(cè)算法
載波恢復(fù)主要包括載波相位誤差檢測(cè)、載波恢復(fù)環(huán)路濾波器以及VCO[3]。載波相位誤差檢測(cè)能夠檢測(cè)出發(fā)端所發(fā)送的QPSK調(diào)制信號(hào)載波相位與本地VCO產(chǎn)生的相干載波相位之間的誤差，載波恢復(fù)環(huán)路濾波器則對(duì)此誤差信號(hào)進(jìn)行濾波，VCO在濾波后的誤差信號(hào)控制下輸出與發(fā)端載波同頻同相的相干載波。本論文采用的載波恢復(fù)環(huán)路是基于最大后驗(yàn)概率估計(jì)的判決反饋環(huán)[4]。算法的原理如圖1所示。
輸入信號(hào)是中頻信號(hào)，頻率為140MHz，符號(hào)速率為2-45Mbaud可變[5]。I-Q解調(diào)包括一對(duì)匹配的混頻器及π/2移相電路，輸入中頻經(jīng)I-Q解調(diào)、匹配濾波得到I、Q兩路基帶信號(hào)。、分別為其對(duì)應(yīng)的硬判決。判決的過(guò)程為：首先根據(jù)匹配濾波器輸出的、信號(hào)得到一個(gè)值為的相角。然后將這個(gè)相角與MPSK信號(hào)的每一個(gè)調(diào)制角度（）相比較，從中選出一個(gè)與其最接近的角度作為所發(fā)送符號(hào)對(duì)應(yīng)的調(diào)制相位的估值。則和即為其對(duì)應(yīng)的同相和正交分量、。這樣得到的發(fā)端所發(fā)送符號(hào)對(duì)應(yīng)的調(diào)制相位估值是其最大后驗(yàn)概率估計(jì)。
圖3和圖4所示分別為QPSK及8PSK信號(hào)在不同信噪比情況下，利用MATLAB編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)路模型仿真得到的鑒相特性與理論計(jì)算得到的鑒相特性對(duì)比圖。
由這圖3和圖4可以看出，信噪比越高，鑒相特性曲線的線性范圍越大，仿真結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果吻合得越好。這主要是因?yàn)樾旁氡鹊慕档蜁?huì)造成判決誤差的增大，從而環(huán)路的鑒相特性也就受到影響。此外，從圖中還可看出，鑒相特性具有的周期性，這表明仿真結(jié)果與理論分析是一致的。
5 結(jié)束語(yǔ)
衛(wèi)星通信的諸多特點(diǎn)使其在現(xiàn)代通信中已占有舉足輕重的地位，且隨著人類對(duì)信息資源需求的不斷增加，衛(wèi)星通信的業(yè)務(wù)量將會(huì)成倍增長(zhǎng)。解調(diào)是衛(wèi)星通信地球站進(jìn)行信號(hào)接收與處理的前提，解調(diào)器性能的好壞對(duì)整個(gè)接收系統(tǒng)有著決定性的影響。
本文對(duì)衛(wèi)星通信用高速解調(diào)器中載波恢復(fù)環(huán)路進(jìn)行分析，首先給出了載波恢復(fù)環(huán)的結(jié)構(gòu)形式及所采用的算法；然后對(duì)其原理、環(huán)路的鑒相增益特性等環(huán)路的主要性能指標(biāo)進(jìn)行了認(rèn)真分析與研究。最后結(jié)合MATLAB仿真，得到的鑒相特性與利用理論公式計(jì)算得到的鑒相特性對(duì)比圖。
參考文獻(xiàn)
[1] 呂海寰等.衛(wèi)星通信系統(tǒng)[M].北京：人民郵電出版社，1996，2-7.
[2] 聞?dòng)⒂?，王光興，等.衛(wèi)星綜合信息網(wǎng)的管理體系及管理星簇生成算法[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，24（7）：651-654.
[3] L. E. Franks.Carrier and Bit Synchronization in Data Communication-A Tutorial Review[J].IEEE Transactions on Communications，1980，28（8）：1107-1120.
[4] William Osborne，Brian Kopp.An Analysis of Carrier Phase Jitter in an M-PSK Receiver Utilizing MAP Estimation[J].IEEE Transactions on Communications，1993，7：465-470.
[5] Riccardo De Gaudenzi.Analysis of an All-Digital Maximum Likelihood Carrier Phase and Clock Timing Synchronizer for Eight Phase-Shift Keying Modulation[J].IEEE Transactions on Communications，1994，42（2/3/4）：773-782.
[6] M. K. Simon.Further Results on Optimum Receiver Structures for Digital Phase and Amplitude Modulated Signals[J].ICC，1978，42（1）：1-7.
[7] 陳洪.關(guān)于航天測(cè)控飛機(jī)衛(wèi)星移動(dòng)通信調(diào)制解調(diào)技術(shù)的分析研究[J].軍事通信技術(shù)，2000，21（4）：35-41.
[8] Riccardo De Gaudenzi，Tobias Garde，Vieri Vanghi.Performance Analysis of Decision-Directed Maximum-Likelihood Phase Estimators for M-PSK Modulated Signals[J].IEEE Transactions on Communications，1995，43（12）：3090-3100.
[9] 王華.衛(wèi)星通信編碼調(diào)制技術(shù)研究[D].北京：北京理工大學(xué)博士學(xué)位論文，1999，8-44.
電磁場(chǎng)與電磁波主要研究電磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律,包括時(shí)變電磁場(chǎng)和電磁波,是后續(xù)微波技術(shù)與天線等課程的先修課程.微波技術(shù)與天線講授傳輸線理論、規(guī)則金屬波導(dǎo)、微波集成傳輸線、微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、微波諧振器等方面的理論知識(shí),為微波通信及相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ);移動(dòng)通信原理研究現(xiàn)代移動(dòng)通信的基本理論、關(guān)鍵技術(shù)及體系結(jié)構(gòu),涉及到電波傳播及模型、話務(wù)量及模型、高階調(diào)制解調(diào)、先進(jìn)的信道編解碼、擴(kuò)頻等移動(dòng)通信系統(tǒng)中的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)及其性能分析;衛(wèi)星通信原理主要內(nèi)容包括衛(wèi)星通信鏈路設(shè)計(jì)、衛(wèi)星通信網(wǎng)和移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)等;微波技術(shù)與天線、移動(dòng)通信原理、衛(wèi)星通信原理這三門課程在課程群中起著承上啟下的作用.
CDMA與3G技術(shù)、移動(dòng)通信系統(tǒng)與工程這二門課是目前廣泛使用的通信網(wǎng)、通信系統(tǒng)及相應(yīng)的技術(shù),理論教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合.在課程群內(nèi)部,各課程之間即有縱向知識(shí)的聯(lián)系,又有橫向內(nèi)容的關(guān)聯(lián).利用現(xiàn)代教學(xué)手段提高教學(xué)效果充分利用信息資源,利用豐富的多媒體課件形象地展現(xiàn)課程內(nèi)容和移動(dòng)通信系統(tǒng)流程,提供豐富的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行課程內(nèi)容的跟蹤和復(fù)習(xí),對(duì)一些比較復(fù)雜的通信過(guò)程,用nash的形式輔助進(jìn)行講解,從而極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生能夠主動(dòng)學(xué)習(xí),了解更多的知識(shí).
采用類比方式優(yōu)化學(xué)習(xí)效果移動(dòng)通信課程內(nèi)容更新快,基本理論和關(guān)鍵技術(shù)理解難度大,但是該課程和前期的通信原理等課程內(nèi)容銜接緊密,很多內(nèi)容有相似性.在教學(xué)過(guò)程中,以前期課程的知識(shí)點(diǎn)為例進(jìn)行類比,加強(qiáng)課程內(nèi)容的融合.在講解TD一SCDMA同步過(guò)程等具體系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)時(shí),以教師為基站,以學(xué)生為終端進(jìn)行上下行同步過(guò)程的講解.在進(jìn)行移動(dòng)通信呼叫流程和物理層過(guò)程講解中,以學(xué)生日常撥打手機(jī)和被叫等過(guò)程為例進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)講解,同時(shí)結(jié)合手機(jī)終端和系統(tǒng)基站的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行類比和實(shí)例分析.
以完成項(xiàng)目的方式引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考在整個(gè)課程中規(guī)定兩次“Proect’’作為課下作業(yè),該部分內(nèi)容由學(xué)生主動(dòng)完成,上交時(shí)間不作硬性要求.教師確定“Project”的方向和實(shí)現(xiàn)的大致目標(biāo),題目和具體內(nèi)容由學(xué)生確定.學(xué)生大部分以科研論文的形式上交,通過(guò)“Project’’方式培養(yǎng)學(xué)生對(duì)具體工程和對(duì)象的整體把握能力.為達(dá)到目標(biāo),學(xué)生需要查閱大量的文獻(xiàn),并且進(jìn)行整理和分析,給出自己的方案和實(shí)現(xiàn)步驟,提高了學(xué)生獨(dú)立思考能力和綜合分析能力.
我校具有優(yōu)勢(shì)的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)更能提升學(xué)生的動(dòng)手能力,進(jìn)一步拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.同時(shí)還開設(shè)包括“大學(xué)生科技文化節(jié)”等在內(nèi)的實(shí)踐、外訓(xùn)、參觀等活動(dòng),大都是與移動(dòng)通信相關(guān)的實(shí)踐活動(dòng).這些活動(dòng)一方面對(duì)學(xué)生在移動(dòng)通信學(xué)習(xí)提出新的要求,同時(shí)進(jìn)一步提升學(xué)生的動(dòng)手能力和學(xué)習(xí)興趣,促進(jìn)學(xué)生對(duì)抽象理論的決速理解,有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力.綜上所述,通過(guò)課程群建設(shè),充分發(fā)揮課程群結(jié)構(gòu)整體功能效益,減少課程內(nèi)容的重復(fù),加深了學(xué)生對(duì)課程間聯(lián)系和主要知識(shí)點(diǎn)的理解掌握,提高了教學(xué)質(zhì)量,并使學(xué)生具備一定的實(shí)踐和研究能力,有利于培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展和需求的畢業(yè)生.
［論文摘要］隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，構(gòu)建完善堅(jiān)強(qiáng)可靠的通信網(wǎng)，顯得越來(lái)越重要。文章結(jié)合電力通信的特點(diǎn)和需求及無(wú)線新技術(shù)的特性，分析無(wú)線通信技術(shù)在電網(wǎng)通信中的應(yīng)用前景。
一、概述
電力通信網(wǎng)是為了保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行應(yīng)運(yùn)而生的。它同電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)被人們合稱為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的三大支柱。我國(guó)的電力通信網(wǎng)經(jīng)過(guò)幾十年風(fēng)風(fēng)雨雨的建設(shè)，已經(jīng)初具規(guī)模，通過(guò)衛(wèi)星、微波、載波、光纜等多種通信手段構(gòu)建而成為立體交叉通信網(wǎng)。隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線通信系統(tǒng)的特性發(fā)生巨大的變化。鑒于采用無(wú)線通信網(wǎng)不依賴于電網(wǎng)網(wǎng)架，且抗自然災(zāi)害能力較強(qiáng)，同時(shí)具有帶寬大、傳輸距離遠(yuǎn)、非視距傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，非常適合彌補(bǔ)目前通信方式的單一化、覆蓋面不全的缺陷。本文簡(jiǎn)單介紹一下無(wú)線通信傳輸體制的應(yīng)用特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)，并分析其在電力系統(tǒng)的應(yīng)用前景。
二、無(wú)線技術(shù)介紹
（一）無(wú)線通信技術(shù)的概念
目前，無(wú)線通信及其應(yīng)用已成為當(dāng)今信息科學(xué)技術(shù)最活躍的研究領(lǐng)域之一。其一般由無(wú)線基站、無(wú)線終端及應(yīng)用服務(wù)器等組成。
（二）無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
無(wú)線通信技術(shù)按照傳輸距離大致可以分為以下四種技術(shù)，即基于IEEE802.15的無(wú)線個(gè)域網(wǎng)（WPAN）、基于IEEE802.11的無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）、基于IEEE802.16的無(wú)線城域網(wǎng)（WMAN）及基于IEEE802.20的無(wú)線廣域網(wǎng)（WWAN）。
總的來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)距離無(wú)線接入技術(shù)的代表為：GSM、GPRS、3G；短距離無(wú)線接入技術(shù)的代表則包括：WLAN、UWB等。按照移動(dòng)性又可以分為移動(dòng)接入和固定接入。其中固定無(wú)線接入技術(shù)主要有：3.5GHz無(wú)線接入（MMDS）、本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（LMDS）、802.16d；移動(dòng)無(wú)線接入技術(shù)主要包括：基于802.15的WPAN、基于802.11的WLAN、基于802.16e的WiMAX、基于802.20的WWAN。按照帶寬則又可分為窄帶無(wú)線接入和寬帶無(wú)線接入。其中寬帶無(wú)線接入技術(shù)的代表有3G、LMDS、WiMAX；窄帶無(wú)線接入技術(shù)的代表有第一代和第二代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。
1.主流無(wú)線通信技術(shù)
從技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)可以看出，以O(shè)FDM+MIMO為核心的無(wú)線通信技術(shù)將成為未來(lái)無(wú)線通信發(fā)展的主流方向。而目前基于該技術(shù)的無(wú)線通信技術(shù)主要有：B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4種技術(shù)。
2.其他無(wú)線通信技術(shù)
除了上述主流的無(wú)線通信技術(shù)外，目前已存在的無(wú)線通信技術(shù)還包括：IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距離通信技術(shù)及LMDS、MMDS、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微波、衛(wèi)星通信等長(zhǎng)距離通信技術(shù)。
（1）IrDA：Infrared Data Association，是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，通信距離一般在0～1m之間，傳輸速率最快可達(dá)16Mbps，通信介質(zhì)為波長(zhǎng)900納米左右的近紅外線。
（2）Bluetooth：Bluetooth工作在全球開放的2.4GHzISM頻段，使用跳頻頻譜擴(kuò)展技術(shù)，通信介質(zhì)為2.402GHz到2.480GHz的電磁波。
（3）RFID：Radio Frequency Identification，即射頻識(shí)別，俗稱標(biāo)簽。它是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID由標(biāo)簽、解讀器和天線三個(gè)基本要素組成。
（4）UWB：Ultra Wideband，即超寬帶技術(shù)。UWB通信又被稱為是無(wú)載波的基帶通信，幾乎是全數(shù)字通信系統(tǒng)，所需要的射頻和微波器件很少，因此可以減小系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低。
三、無(wú)線技術(shù)優(yōu)劣分析
（一）WLAN技術(shù)分析
Wi-Fi的技術(shù)和產(chǎn)品已經(jīng)相當(dāng)成熟，而且大批量生產(chǎn)。該技術(shù)適用于無(wú)線局域網(wǎng)，作為有線網(wǎng)絡(luò)的延伸，對(duì)于特殊地點(diǎn)寬帶應(yīng)用，盡管Wi-Fi技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隱患，Wi-Fi采用的是射頻（RF）技術(shù)，通過(guò)空氣發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)使用無(wú)線電波傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)，所以非常容易受到來(lái)自外界的攻擊，黑客可以比較輕易地在電波的覆蓋范圍內(nèi)盜取數(shù)據(jù)甚至進(jìn)入未受保護(hù)的公司內(nèi)部局域網(wǎng)。
（二）WiMax技術(shù)分析
WiMax是一個(gè)先進(jìn)的技術(shù)，推出相對(duì)較晚，存在頻率復(fù)用性小、利用率低的問(wèn)題，但由于最近才完成標(biāo)準(zhǔn)化，該技術(shù)的大規(guī)模推廣還需要實(shí)踐考驗(yàn)。從應(yīng)用前景看，該技術(shù)可以在較大范圍內(nèi)滿足上網(wǎng)要求，覆蓋可以包括室外和室內(nèi)，可以進(jìn)行大面積的信號(hào)覆蓋，甚至只要少數(shù)基站就可以實(shí)現(xiàn)全城覆蓋。WiMax由于其技術(shù)的先進(jìn)性和超遠(yuǎn)的傳輸距離，一直被業(yè)界看好，是未來(lái)移動(dòng)技術(shù)的發(fā)展方向，并提供優(yōu)良的最后一公里網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。
（三）WMN技術(shù)分析
WMN是正在研究中的技術(shù)，在研究中不斷地在不同方面結(jié)合各種技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行融合，而且暫時(shí)沒(méi)有一個(gè)成熟的產(chǎn)品系列來(lái)支持該技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。從應(yīng)用前景看，WMN 這一新興網(wǎng)絡(luò)不僅在無(wú)線寬帶接入中有著廣闊的應(yīng)用空間，在其他方面如結(jié)合數(shù)據(jù)、圖像采集模塊可以對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行監(jiān)控或數(shù)據(jù)采集，并廣泛應(yīng)用到檢測(cè)、、等領(lǐng)域。隨著其他技術(shù)的不斷更新完善，WMN 更好地與之相融合、互補(bǔ)，從而能夠揚(yáng)長(zhǎng)避短，發(fā)揮出各自的優(yōu)勢(shì)。
（四）3G技術(shù)分析
3G于1996年提出標(biāo)準(zhǔn)，2000年完成包括上層協(xié)議在內(nèi)的完整標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作。3G網(wǎng)絡(luò)部署已具備相當(dāng)?shù)膶?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，有一成套建網(wǎng)的理論，包括對(duì)網(wǎng)絡(luò)的鏈路預(yù)算、模型預(yù)算以及仿真等。從商用前景看，目前，3G在部分地區(qū)已得到大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用，比如歐洲很多國(guó)家、日本、韓國(guó)等都已經(jīng)建設(shè)了3G的網(wǎng)絡(luò)。3G技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入可以實(shí)用的階段，還有很多國(guó)家和地區(qū)正在建設(shè)或?qū)⒁ㄔO(shè)3G網(wǎng)絡(luò)。
（五）LMDS技術(shù)分析
本地多點(diǎn)分布業(yè)務(wù)系統(tǒng)LMDS是一種提供點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的固定寬帶無(wú)線接入技術(shù)，其工作頻率在20GHZ以上，利用毫米波傳輸，可在一定的范圍內(nèi)提供數(shù)字雙工語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、因特網(wǎng)和視頻業(yè)務(wù)，是一種非常好的寬帶固定無(wú)線接入解決方案。在最優(yōu)情況下，距離可達(dá)8公里；但是由于受降雨的原因，距離通常限于1.5公里。
其主要工作原理是通過(guò)扇區(qū)或基站設(shè)備將ATM骨干網(wǎng)基帶信息調(diào)制為射頻信號(hào)發(fā)射出去，在其覆蓋區(qū)域內(nèi)的許多用戶端設(shè)備接收并將射頻信號(hào)還原為ATM基帶信號(hào)，在無(wú)需為每個(gè)用戶專門鋪設(shè)光纖或銅纜情況下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向?qū)ΨQ高帶寬無(wú)線傳輸。
（六）MMDS技術(shù)分析
MMDS的主要缺點(diǎn)是有阻塞問(wèn)題且信號(hào)質(zhì)量易受天氣變化的影響，可用頻帶亦不夠?qū)?，最多不超過(guò)200MHz。其次，MMDS對(duì)傳輸路徑要求非常嚴(yán)格。由于MMDS采用的調(diào)制技術(shù)主要是相移鍵控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度調(diào)制QAM調(diào)制技術(shù)，無(wú)法做到非視距傳輸，在目前復(fù)雜的城市環(huán)境下難以推廣應(yīng)用。另外，MMDS沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，各廠家的設(shè)備存在兼容性問(wèn)題。
（七）集群通信技術(shù)分析
數(shù)字集群系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，它的頻譜利用率有很大提高，可進(jìn)一步提高集群系統(tǒng)的用戶容量；它提高了信號(hào)抗信道衰落的能力，使無(wú)線傳輸質(zhì)量變好；由于使用了發(fā)展成熟的數(shù)字加密理論和實(shí)用技術(shù)，所以對(duì)數(shù)字系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，保密性也有很大改善。
數(shù)字集群移動(dòng)通信系統(tǒng)可提供多業(yè)務(wù)服務(wù)，也就是說(shuō)除數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)外，還可以傳輸用戶數(shù)字、圖像信息等。由于網(wǎng)內(nèi)傳輸?shù)氖墙y(tǒng)一的數(shù)字信號(hào)，因此極大地提高了集群網(wǎng)的服務(wù)功能。
（八）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微波技術(shù)分析
微波傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，可以降低運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)營(yíng)。與租用線路相比，微波系統(tǒng)的只要一年左右即可收回。第二，微波傳輸系統(tǒng)部署簡(jiǎn)潔快速。與傳統(tǒng)的傳輸手段相比，其快速部署的優(yōu)勢(shì)可以更快地滿足新業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。第三，目前的微波產(chǎn)品對(duì)未來(lái)的發(fā)展是有保障的，對(duì)于運(yùn)營(yíng)商的新業(yè)務(wù)和新需求都可以給予很好的支撐。未來(lái)，微波傳輸系統(tǒng)將升級(jí)到全I(xiàn)P的平臺(tái)之上，可以全面支持運(yùn)營(yíng)商未來(lái)的發(fā)展。
（九）衛(wèi)星通信技術(shù)分析
利用衛(wèi)星在有些不很密集的地區(qū)來(lái)配合陸地通信。在這些地區(qū)散布著范圍較廣但不密集的用戶，可以利用衛(wèi)星作為用戶連至固定有線網(wǎng)的接入設(shè)施。在陸地通信網(wǎng)已經(jīng)構(gòu)成寬帶多媒體通信網(wǎng)的下，利用衛(wèi)星建成寬帶衛(wèi)星接入系統(tǒng)是比較好而切合實(shí)際的方案，又可靠。
但是衛(wèi)星通信畢竟是采用衛(wèi)星作為通信平臺(tái)，其地面站的建設(shè)、通信信道租用費(fèi)用都需要花費(fèi)大量資金，而且通信資源為衛(wèi)星通信公司所有，受其帶寬的限制，使得大量數(shù)據(jù)的傳輸需要付出非常大的代價(jià)。因此，作為日常生產(chǎn)、生活使用是極為不經(jīng)濟(jì)的；而將衛(wèi)星通信作為應(yīng)急通信、作戰(zhàn)通信、海外通信等則比較適合。
四、無(wú)線技術(shù)綜合比較
目前無(wú)線通信領(lǐng)域各種技術(shù)的互補(bǔ)性日趨鮮明。這主要表現(xiàn)在不同的接入技術(shù)具有不同的覆蓋范圍、不同的適用區(qū)域、不同的技術(shù)特點(diǎn)、不同的接入速率。3G可解決廣域無(wú)縫覆蓋和強(qiáng)漫游的移動(dòng)性需求，WLAN可解決中距離的較高速數(shù)據(jù)接入，而UWB可實(shí)現(xiàn)近距離的超高速無(wú)線接入。
首先，從標(biāo)準(zhǔn)化程度上看，本報(bào)告所涉及的技術(shù)中，僅僅WMN技術(shù)沒(méi)有成熟的標(biāo)準(zhǔn)體系，LMDS、MMDS、集群通信均有多種標(biāo)準(zhǔn)，只是沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其余的技術(shù)均已經(jīng)完成標(biāo)準(zhǔn)化工作，并且都進(jìn)行了試驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)和商業(yè)網(wǎng)建設(shè)。
從頻率上看，Wi-Fi技術(shù)、WMN均使用的是開放頻段，WiMax技術(shù)、3G技術(shù)等其他技術(shù)使用的是授權(quán)頻段。
從覆蓋范圍上看，Wi-Fi技術(shù)、WMN技術(shù)屬于局域網(wǎng)無(wú)線接入技術(shù)，僅覆蓋35m～100m；WiMax技術(shù)、3G技術(shù)、LMDS技術(shù)、MMDS技術(shù)、集群通信屬于城域網(wǎng)接入技術(shù)，覆蓋范圍在1km～54km不等，而衛(wèi)星通信、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微波則屬于廣域網(wǎng)技術(shù)，通常用于通信主干組網(wǎng)建設(shè)。
從傳輸速率上看，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微波和衛(wèi)星通信屬于干線傳輸技術(shù)，不同的情況速率變化較大，而其余的技術(shù)均為接入技術(shù)，僅僅是3G技術(shù)接入速率最小，僅為384k，而其余技術(shù)均為幾十M甚至上百M(fèi)的速率。
從調(diào)制技術(shù)上看，其中WiFi技術(shù)、WiMax技術(shù)、WMN、3G技術(shù)均采用最新的調(diào)制技術(shù)OFDM，其余的技術(shù)均未采用OFDM調(diào)制技術(shù)。
從天線技術(shù)上看，僅僅3G和WiMax技術(shù)采用了MIMO技術(shù)，而其他技術(shù)均未采用MIMO技術(shù)；從傳輸環(huán)境上看，僅僅WiMax技術(shù)和3G技術(shù)支持非視距傳輸，其余技術(shù)均要求視距傳輸環(huán)境；從網(wǎng)絡(luò)安全和QoS機(jī)制上看，WiMax技術(shù)和3G技術(shù)在這方面做得比較優(yōu)秀、完善，其余的均存在較大的問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：靜止衛(wèi)星；水利；應(yīng)用；水文水資源監(jiān)測(cè)；災(zāi)害監(jiān)測(cè)；水利通信
中圖分類號(hào)：TP79；TV21文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-1683（2013）04-0134-06
地球靜止軌道衛(wèi)星（以下簡(jiǎn)稱靜止衛(wèi)星）位于地球赤道上空距地面約36 000 km，軌道平面與赤道平面夾角為零，并且繞地球運(yùn)行的角速度與地球自轉(zhuǎn)的角速度相同，故相對(duì)于地面靜止。由于靜止衛(wèi)星與地球自轉(zhuǎn)的同步性，衛(wèi)星可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)對(duì)地觀測(cè)，在氣象、通信、軍事、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等行業(yè)都有較廣泛的應(yīng)用，特別是在氣象和通信領(lǐng)域，已成為不可或缺的監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)獲取工具和平臺(tái)。
水利行業(yè)中許多領(lǐng)域都存在對(duì)靜止衛(wèi)星的應(yīng)用需求，如水資源日常監(jiān)測(cè)、突發(fā)事件應(yīng)急監(jiān)測(cè)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警等，但總體上對(duì)靜止衛(wèi)星的應(yīng)用仍處于起步階段，多局限于氣象預(yù)報(bào)產(chǎn)品應(yīng)用等方面，應(yīng)用范圍有待進(jìn)一步拓寬，應(yīng)用程度有待進(jìn)一步深入[1]。
本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)有靜止衛(wèi)星主要參數(shù)和特點(diǎn)的歸納，以及對(duì)國(guó)內(nèi)外靜止衛(wèi)星水利應(yīng)用的調(diào)研和分析，基于靜止衛(wèi)星在我國(guó)水利行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出未來(lái)我國(guó)靜止衛(wèi)星水利應(yīng)用前景的設(shè)想和展望。
1國(guó)內(nèi)外水利相關(guān)靜止衛(wèi)星發(fā)展?fàn)顩r
國(guó)外水利相關(guān)靜止衛(wèi)星發(fā)展較早。1975年，美國(guó)率先實(shí)現(xiàn)了人類首顆靜止氣象衛(wèi)星GEOS-1業(yè)務(wù)運(yùn)行；1977年，日本第一顆靜止氣象衛(wèi)星GMS-1發(fā)射；1978年，歐空局的Meteosat靜止氣象衛(wèi)星首次實(shí)現(xiàn)了水汽通道圖像傳輸；1982年，印度第一代INSAT衛(wèi)星發(fā)射，集通信、廣播和氣象探測(cè)于一身。
目前，美國(guó)的GEOS系列已經(jīng)發(fā)展到了第四代，擁有更穩(wěn)定的平臺(tái)，支持更新的成像儀、空間環(huán)境探測(cè)器（SEM）、垂直探測(cè)器和太陽(yáng)X射線成像儀（SXI）。新一代的GOES-R系列也已提上日程，預(yù)計(jì)于2014年實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)運(yùn)行，將搭載先進(jìn)的基線成像儀（ABI）和超光譜環(huán)境監(jiān)測(cè)儀（HES），性能將大幅提升，在同步衛(wèi)星監(jiān)測(cè)領(lǐng)域繼續(xù)保持領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。
日本的MTSAT-2和MTSAT-1R雙星在軌運(yùn)行，互為備份，較上一代GMS-5的自旋穩(wěn)定姿態(tài)控制不同，MTSAT采用三軸穩(wěn)定方式，成像時(shí)間短、圖像信噪比、靈敏度高。
歐盟第二代靜止氣象衛(wèi)星MSG-2替代了上一代Meteosat，雖然仍采用自旋穩(wěn)定方式，但在傳感器通道數(shù)、空間分辨率、圓盤成像時(shí)間和量化級(jí)數(shù)上有了很大提高。MSG-3已于2012年7月發(fā)射，第三代靜止氣象衛(wèi)星（MTG）將會(huì)在成像精度上和數(shù)據(jù)傳輸速率上有大輻改進(jìn)，首顆衛(wèi)星將于2018年開始服役。
俄羅斯在軌靜止衛(wèi)星二代GOMS-N2和印度在軌靜止衛(wèi)星INSAT-3D都采用先進(jìn)的多通道掃描成像儀，擁有各自的特點(diǎn)。
我國(guó)水利相關(guān)靜止衛(wèi)星發(fā)展起步較晚。1997年6月10日，我國(guó)第一顆靜止氣象衛(wèi)星FY-2A正式投入使用，2004年10月FY-2C發(fā)射成功，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化運(yùn)行，比美國(guó)晚了整整29年，總體水平也只相當(dāng)于美國(guó)20世紀(jì)90年代初的水平，據(jù)估計(jì)這樣的差距可能在風(fēng)云四號(hào)才能趕上。不過(guò)風(fēng)云二號(hào)也有很多自己的特色，尤其在圖像定位配準(zhǔn)方面已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平。2006年12月，F(xiàn)Y-2D靜止氣象衛(wèi)星發(fā)射成功，與FY-2C星實(shí)現(xiàn)了雙星備份，主汛期每天每15分鐘可提供一張圖像。2008年12月，F(xiàn)Y-2E星接替已經(jīng)超期服役的FY-2C星繼續(xù)運(yùn)行。這三顆星均采用自旋穩(wěn)定的姿態(tài)控制方式，搭載5通道掃描成像儀和空間環(huán)境探測(cè)儀，但是和發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還是有一定的差距。表1是各國(guó)靜止氣象衛(wèi)星搭載主要荷載對(duì)比。
2.1靜止衛(wèi)星在水利行業(yè)的可用性分析
2.1.1水利相關(guān)應(yīng)用參數(shù)分析
隨著水利現(xiàn)代化的不斷深入，傳統(tǒng)水利監(jiān)測(cè)手段已經(jīng)無(wú)法滿足需求。在水資源監(jiān)測(cè)方面，傳統(tǒng)水文監(jiān)測(cè)只采集站點(diǎn)數(shù)據(jù)，且水文站網(wǎng)密度有限，展布到面后精度有一定不確定性。水旱災(zāi)害監(jiān)測(cè)也距實(shí)時(shí)、持續(xù)監(jiān)測(cè)與預(yù)警的業(yè)務(wù)需求有一定差距。傳統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)能力也落后于管理需求，指標(biāo)不夠全面，站點(diǎn)密度不夠，快速機(jī)動(dòng)監(jiān)測(cè)能力差，突發(fā)性水污染預(yù)警系統(tǒng)不夠完善。
極軌等高空間分辨率遙感衛(wèi)星重訪周期長(zhǎng)，幅寬窄，可能在區(qū)域性單次監(jiān)測(cè)上精度較高，但在大尺度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方面較為薄弱。靜止衛(wèi)星可每30 min獲取一次影像，尺度可覆蓋全球，并且新一代靜止衛(wèi)星多配置高分辨率多通道傳感器，將為水利業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)提供多指標(biāo)、真實(shí)可靠的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，大幅提高日常管理和應(yīng)急能力。
從GEOS-1只搭載單臺(tái)掃描成像儀，提供單一氣象資料，到如今搭載多種高分辨率空間探測(cè)器，并依托各國(guó)靜止氣象衛(wèi)星建立起的全球靜止氣象衛(wèi)星觀測(cè)系統(tǒng)，靜止衛(wèi)星已實(shí)現(xiàn)為水文監(jiān)測(cè)、重大水旱災(zāi)害監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)傳輸提供動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和多種定量產(chǎn)品支持，表2是全球主要靜止氣象衛(wèi)星的水利相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域。除提供初級(jí)遙感信息外，靜止衛(wèi)星還可提供多種定量產(chǎn)品，為水利行業(yè)提供更深入、針對(duì)性強(qiáng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用產(chǎn)品，表3是我國(guó)FY-2C衛(wèi)星提供的水利相關(guān)定量產(chǎn)品。此外，靜止衛(wèi)星還為水利部門提供相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)支持，20世紀(jì)90年代，我國(guó)水利部就購(gòu)買了亞洲二號(hào)半個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，并以此為依托建立了水利衛(wèi)星通信系統(tǒng)。另外，靜止衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)和全球?qū)Ш较到y(tǒng)也可應(yīng)用于水利行業(yè)。靜止衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)主要有全球覆蓋的國(guó)際海事衛(wèi)星（Inmarsat）通信系統(tǒng)和區(qū)域覆蓋北美的移動(dòng)衛(wèi)星（MSAT）通信系統(tǒng)、亞洲蜂窩衛(wèi)星（ACeS）通信系統(tǒng)、瑟拉亞（Thuraya）衛(wèi)星通信系統(tǒng)等。比較成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有美國(guó)的全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯的GLONASS和我國(guó)自行研制開發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)（CNSS），即北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。目前，為我國(guó)水利通信建設(shè)提供服務(wù)的靜止衛(wèi)星系統(tǒng)主要是Inmarsat-C海事衛(wèi)星系統(tǒng)和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
相對(duì)于傳統(tǒng)地面觀測(cè)和其它衛(wèi)星在水利中的應(yīng)用，靜止軌道衛(wèi)星的主要優(yōu)勢(shì)在于可以高時(shí)間分辨率探測(cè)信息，有效的動(dòng)態(tài)跟蹤和監(jiān)測(cè)大尺度系統(tǒng)的形成、發(fā)展及演變規(guī)律。一顆靜止軌道氣象衛(wèi)星每30 min就能獲得近地球的氣象圖片資料，對(duì)水資源運(yùn)行調(diào)度管理實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、水旱災(zāi)害監(jiān)測(cè)，洪水、暴雨和突發(fā)水污染事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)以及水情數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)具有突出的能力。因此，靜止衛(wèi)星在水利方面的應(yīng)用有著廣闊的前景。
在水資源監(jiān)測(cè)方面，傳統(tǒng)水文監(jiān)測(cè)只采集站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，擴(kuò)展到面后精度不高，且許多地區(qū)水文站網(wǎng)密度不夠，甚至還存在無(wú)監(jiān)測(cè)地區(qū)，降水、徑流監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)等技術(shù)手段尚不能完全不能滿足水資源評(píng)價(jià)、規(guī)劃與管理等方面的需求，而極軌等高空間分辨率遙感衛(wèi)星由于重訪周期過(guò)長(zhǎng)，幅寬較窄，可能在區(qū)域性水資源監(jiān)測(cè)精度較高，但對(duì)于大尺度動(dòng)態(tài)水資源監(jiān)測(cè)方面較為薄弱。在水資源管理方面，由于人工側(cè)支循環(huán)，使得流域水資源的分配和轉(zhuǎn)換關(guān)系異常復(fù)雜，分配層次多，流域降水和徑流變化趨勢(shì)不同步，降雨徑流預(yù)報(bào)和水資源趨勢(shì)預(yù)測(cè)依然是世界級(jí)難題，滿足不了流域水資源配置和調(diào)度管理的需要。靜止軌道衛(wèi)星每30 min就能獲得水文監(jiān)測(cè)資料，尺度可覆蓋全球，相信配備高空間分辨率傳感器的靜止軌道衛(wèi)星會(huì)在全球水資源領(lǐng)域有更深入的應(yīng)用。
在水旱災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)方面的，我國(guó)雖已開展多年，但距實(shí)時(shí)、持續(xù)監(jiān)測(cè)與預(yù)警的行業(yè)需求還有一定的差距。高分辨率的靜止軌道衛(wèi)星數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提高業(yè)務(wù)化程度，以形成一套完整的水旱災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)產(chǎn)品。
2.2在水文水資源監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)展
2.2.1降水監(jiān)測(cè)
降水是水文循環(huán)中的基本環(huán)節(jié)，在水資源評(píng)價(jià)、管理、水循環(huán)模擬等方面都有著大量的數(shù)據(jù)需求。從1978年美國(guó)人L.E.Spayd Jr.和R.A.Scofield[12]第一次基于GOES數(shù)據(jù)提出估算熱帶氣旋降雨量方法并業(yè)務(wù)化應(yīng)用以來(lái)，不論是在理論還是手段上，基于靜止衛(wèi)星的降水監(jiān)測(cè)技術(shù)都已相當(dāng)成熟，方法呈現(xiàn)多樣化。美國(guó)NOAA的NESDIS 發(fā)展了利用GEOS紅外資料估算降水量的系統(tǒng)并于1997年投入業(yè)務(wù)運(yùn)用[13]，我國(guó)水利部信息中心也使用云分類方法對(duì)GMS衛(wèi)星數(shù)字云圖估算面雨量[14]，張?jiān)苹?、史可傳[15]基于GMS衛(wèi)星云圖對(duì)哈密地區(qū)降雨進(jìn)行估算，徐亮等[16] 基于靜止衛(wèi)星氣象數(shù)字化產(chǎn)品采用多元決策加權(quán)法估算降雨，熊秋芬[17]提出了基于GMS衛(wèi)星4通道資料的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)估算降雨的方法，并進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證。
為了彌補(bǔ)靜止衛(wèi)星空間分辨率的不足和發(fā)揮其高時(shí)間采樣頻率的優(yōu)勢(shì)，靜止衛(wèi)星降水監(jiān)測(cè)主要采用多種傳感器聯(lián)合監(jiān)測(cè)的方法。現(xiàn)在水利行業(yè)應(yīng)用較廣的全球降水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集——全球衛(wèi)星降水制圖（GSMaP） 和 GPCP就是多種傳感器聯(lián)合監(jiān)測(cè)的成果。GSMaP 數(shù)據(jù)集采用的GEOS衛(wèi)星的可見光/紅外數(shù)據(jù)，空間分辨率為0.03635°（在赤道上相當(dāng)于 4 km） ，時(shí)間分辨率約為30分鐘，覆蓋區(qū)域?yàn)?0°N ～ 60°S，在海洋上的監(jiān)測(cè)效果最好，在高山上的表現(xiàn)最差。在陸地和海岸帶地區(qū)，GSMaP 數(shù)據(jù)難于識(shí)別強(qiáng)降水，同時(shí)低估強(qiáng)度大于10 mm/h 的降水。GPCP數(shù)據(jù)集主要數(shù)據(jù)源是GOES、GMS、Meteosat衛(wèi)星，逐月、逐日和每5日降水分析資料空間分辨率分別為2.5°、1°和2.5°。
2.2.2土壤含水量與蒸散發(fā)監(jiān)測(cè)
土壤含水量與蒸散發(fā)監(jiān)測(cè)是水資源評(píng)價(jià)、管理中的重要一環(huán)，獲取實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是做好實(shí)時(shí)調(diào)度和管理工作的必要保障。靜止氣象衛(wèi)星的紅外掃描輻射計(jì)在土壤墑情、溫度、溫度和植被監(jiān)測(cè)方面均有所應(yīng)用。趙長(zhǎng)森等[18]提出了基于靜止衛(wèi)星的陸面區(qū)域蒸散模型，并采用FY-2C數(shù)據(jù)對(duì)淮河流域蚌埠以上農(nóng)業(yè)區(qū)進(jìn)行了多時(shí)間尺度的區(qū)域耗水模擬，開創(chuàng)了利用靜止衛(wèi)星模型模擬區(qū)域耗水的先河。裴浩等[19]借鑒極軌氣象衛(wèi)星監(jiān)測(cè)植被和土壤墑情的研究成果，采用GMS的多通道數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)土壤墑情和植被指數(shù)。楊曉春[20]利用FY-2數(shù)據(jù)對(duì)土壤濕度進(jìn)行模擬，并在多年干旱監(jiān)測(cè)中得到了應(yīng)用。
為了彌補(bǔ)靜止衛(wèi)星在空間分辨率上的不足，舒云巧等[21]提出利用FY-2C結(jié)合MODIS產(chǎn)品估算河北灌溉農(nóng)田實(shí)際蒸散量的方法，利用靜止衛(wèi)星時(shí)間分辨率強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，提高了遙感監(jiān)測(cè)的質(zhì)量。由于靜止衛(wèi)星的紅外傳感器空間分辨率往往都是千米級(jí)的，因此，比較適于大、中區(qū)域尺度高時(shí)間分辨率的地表參數(shù)反演。張霄羽和王嬌[29]利用風(fēng)云二號(hào)靜止氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)，提出了多時(shí)相熱紅外/可見光反演地表水分的算法，在中尺度區(qū)域上定量化土壤表面含水量，并在中國(guó)西北地區(qū)進(jìn)行應(yīng)用，獲得了5 km×5 km空間尺度的日均土壤含水量，并且與先進(jìn)的AMSR土壤水分產(chǎn)品相比，均方根誤差為0.025 g/cm3，最大估算誤差在0.07 g/cm3以內(nèi)。這一研究為中尺度高時(shí)間分辨率土壤含水量產(chǎn)品的獲取提出了一種思路。
2.2.3冰雪監(jiān)測(cè)
冰雪融量的計(jì)算是水文學(xué)上的一個(gè)重要問(wèn)題，靜止衛(wèi)星也在大尺度連續(xù)動(dòng)態(tài)觀測(cè)冰雪上很有優(yōu)勢(shì)，但由于空間分辨率較低，目前還處于初探階段。裴浩等[19]嘗試?yán)肎MS可見光通道探測(cè)冰雪分布并取得了較好的精度。中國(guó)科學(xué)院冰川所利用氣象衛(wèi)星云圖來(lái)計(jì)算雪被覆蓋的范圍、厚度、冰雪融量，并追索其連續(xù)演變，進(jìn)行了祁連山冰川水文學(xué)的研究。
2.3在水旱災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)展
2.3.1洪災(zāi)監(jiān)測(cè)
靜止氣象衛(wèi)星在全天候洪水監(jiān)測(cè)和汛期降雨預(yù)報(bào)方面均有應(yīng)用，是防洪減災(zāi)輔助決策的重要信息來(lái)源。中國(guó)氣象局國(guó)家衛(wèi)星氣象中心從20世紀(jì)80年代中期開展提供氣象衛(wèi)星監(jiān)測(cè)洪澇災(zāi)害的科研服務(wù)，曾成功對(duì)1991年江淮大水、1996年華北水災(zāi)以及1998年長(zhǎng)江洪水等重大洪澇災(zāi)害進(jìn)行了監(jiān)測(cè)[19]。王慶齋等[23]也根據(jù)GMS-5靜止氣象衛(wèi)星數(shù)字化衛(wèi)星云圖曲灰度分布，建立云頂溫度與地面實(shí)測(cè)降水關(guān)系曲線，實(shí)現(xiàn)對(duì)黃河流域汛期降水的預(yù)報(bào)。
2.3.2旱災(zāi)監(jiān)測(cè)
靜止氣象衛(wèi)星監(jiān)測(cè)旱情問(wèn)題，已引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，并進(jìn)行了一些研究嘗試。張?jiān)猍24]利用FY-2/VISSR數(shù)據(jù)生成PRETA干旱指數(shù)產(chǎn)品，應(yīng)用于全國(guó)范圍的旱情連續(xù)監(jiān)測(cè)，與極軌衛(wèi)星同類產(chǎn)品相比，在監(jiān)測(cè)范圍和頻次上都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，很好地反映了2009年秋季至2010年春季西南大旱的旱情時(shí)空變化。姬菊枝等[25]利用風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星并結(jié)合NOAA的數(shù)據(jù)用熱慣量法估計(jì)了2003年哈爾濱春季干旱受災(zāi)情況，提出了防治措施。
2.3.3冰雪災(zāi)害監(jiān)測(cè)
靜止氣象衛(wèi)星在重大冰雪災(zāi)害也有一些應(yīng)用。朱小祥等[26]利用FY-2C、D星結(jié)合modis數(shù)據(jù)在2008年南方雪災(zāi)中向有關(guān)部門提供降雪天氣預(yù)報(bào)、受災(zāi)區(qū)積雪覆蓋范圍等方面的遙感監(jiān)測(cè)信息。
2.4在國(guó)內(nèi)水利通信中的應(yīng)用進(jìn)展
靜止衛(wèi)星在水利行業(yè)中的應(yīng)用除包含靜止氣象衛(wèi)星提供水利相關(guān)應(yīng)用的直接產(chǎn)品外，還承擔(dān)著轉(zhuǎn)發(fā)水情數(shù)據(jù)、進(jìn)行水利通信的任務(wù)。1991年，北京海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)（Inmarsat-C）地面站正式運(yùn)行，開始承擔(dān)起用戶、衛(wèi)星與移動(dòng)終端之間水情數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的任務(wù)，使得水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)不受距離和下墊面條件的限制。我國(guó)自主研發(fā)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)也為水情部分流域的水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)提供服務(wù)，承擔(dān)著部分水利衛(wèi)星通信任務(wù)，具有覆蓋范圍廣、傳輸數(shù)據(jù)量大和成本低的優(yōu)勢(shì)。此外，我國(guó)從1976年開始投資水利通信網(wǎng)。1994年，水利部一次性購(gòu)買了亞洲二號(hào)的半個(gè)Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器，建設(shè)水利通信系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)十多年的努力，建立了以語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像為媒介的水利通信網(wǎng)。2008年，亞洲二號(hào)退役，水利部又租用亞洲五號(hào)Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器和亞太六號(hào)C波段轉(zhuǎn)發(fā)器，實(shí)現(xiàn)混網(wǎng)組合，組建了新一代的水利通信系統(tǒng)，并于2010年投入使用，提高了抗雨衰能力，EIRP和G/T指數(shù)值在邊遠(yuǎn)地區(qū)比前代提高了16倍，增強(qiáng)了發(fā)射和接收能力。新系統(tǒng)集圖像、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和應(yīng)急通信業(yè)務(wù)為一體，采用新型的DVB-S2通信體制，加大傳輸帶寬，充分提高衛(wèi)星信號(hào)傳輸能力，滿足了防汛、抗旱衛(wèi)星通信需求，有效保證了水利通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用。
3存在問(wèn)題與展望
靜止衛(wèi)星自身雖然有覆蓋范圍廣、成像周期短、資料來(lái)源均勻、連續(xù)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、成本低等先天性優(yōu)勢(shì)，但犧牲了傳感器精度、荷載和傳輸速率等條件，造成業(yè)務(wù)應(yīng)用面窄和深化程度不夠的問(wèn)題。因此，靜止衛(wèi)星在水利行業(yè)得到廣泛應(yīng)用還需要解決以下幾個(gè)問(wèn)題。
（1）提高衛(wèi)星穩(wěn)定性，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的持續(xù)穩(wěn)定獲取。我國(guó)的FY-2號(hào)還采用自旋穩(wěn)定姿態(tài)控制方式，衛(wèi)星運(yùn)行穩(wěn)定性差，數(shù)據(jù)噪點(diǎn)多，難以實(shí)時(shí)穩(wěn)定更新，改進(jìn)靜止衛(wèi)星姿態(tài)控制方式，提高傳感器靈敏度和穩(wěn)定性，是保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)高質(zhì)量持續(xù)穩(wěn)定傳輸?shù)挠行侄巍?/p>
（2）提高傳感器性能，滿足行業(yè)應(yīng)用精度要求，深化業(yè)務(wù)應(yīng)用。目前水利行業(yè)采用的靜止衛(wèi)星數(shù)據(jù)源大多空間分辨率和光譜分辨率較低，離行業(yè)應(yīng)用的精度要求尚有一定距離，另外，有效荷載種類過(guò)少，監(jiān)測(cè)范圍不足，相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域較窄，需加大高軌、高分辨率傳感器的研發(fā)投入，深化業(yè)務(wù)應(yīng)用，在保證靜止衛(wèi)星同步、大尺度觀測(cè)特性的同時(shí)，開展新型傳感器的研究，擴(kuò)展監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，進(jìn)行精細(xì)化研究，提高傳感器觀測(cè)精度，保證行業(yè)應(yīng)用的可靠性。
（3）做好與傳統(tǒng)地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的協(xié)同應(yīng)用。不管是單一靜止衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，還是傳統(tǒng)地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，都在反應(yīng)真實(shí)水利應(yīng)用狀況時(shí)存在優(yōu)缺點(diǎn)，做好和地面觀測(cè)數(shù)據(jù)同化處理，實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)地面觀測(cè)技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，才能提供更加全面、真實(shí)、精確地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
（4）做好與高空間分辨率數(shù)據(jù)源的同化應(yīng)用。靜止衛(wèi)星可提供全天候、大尺度的遙感監(jiān)測(cè)資料，但不足之處是空間分辨率較低，數(shù)據(jù)精度有限，做好靜止衛(wèi)星數(shù)據(jù)與高空間分辨率遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的協(xié)同應(yīng)用，是保證數(shù)據(jù)精度的發(fā)展方向之一。
目前，靜止衛(wèi)星在水利方面的應(yīng)用還僅限于一些氣象水文信息、水旱災(zāi)害的初級(jí)監(jiān)測(cè)和水情的轉(zhuǎn)發(fā)，像水土流失、水環(huán)境狀況、灌溉面積監(jiān)測(cè)、水利工程監(jiān)測(cè)等更多水利信息的獲取應(yīng)用還不深入，并且由于應(yīng)用理論水平的限制，也不能完全滿足業(yè)務(wù)需求。但是，在高空間分辨率、高時(shí)間分辨率、高光譜分辨率為代表的新型傳感器的研發(fā)和高穩(wěn)定姿態(tài)控制技術(shù)的發(fā)展下，隨著數(shù)據(jù)傳輸能力的提高、地面數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，靜止衛(wèi)星數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和高空間分辨率數(shù)據(jù)的同化技術(shù)的深入研究，靜止衛(wèi)星數(shù)據(jù)的應(yīng)用水平將不斷提高。近期，依托高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)，我國(guó)將發(fā)射一顆高空間分辨率的光學(xué)靜止衛(wèi)星，將在衛(wèi)星姿態(tài)控制和傳感器物理指標(biāo)上有重大突破，會(huì)大幅提升靜止衛(wèi)星的空間監(jiān)測(cè)能力，為地表水體變化、水利工程運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)以及水旱災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警、突發(fā)水污染事件和其他突發(fā)災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)提供更加全面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，相信會(huì)更加深化靜止衛(wèi)星數(shù)據(jù)在水利行業(yè)的應(yīng)用水平。
參考文獻(xiàn)：
[1]周旋，周曉中，吳耀平.美國(guó)氣象衛(wèi)星的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中國(guó)航天，2006，（1）：30-33.
[2]Rao P R，et al.Weather Satelites，Systems，Data and Environmental Ap-pplications[M].American Meteorological Society，1990.
[3]周潤(rùn)松，葛榜軍.美國(guó)新一代氣象衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展綜述[J].航天器工程，2008，17（4）：91-98.
[4]徐建平.美國(guó)地球靜止環(huán)境業(yè)務(wù)衛(wèi)星-N R系列衛(wèi)星[J].國(guó)際太空，2006，（8）：14-15.
[5]徐建平.日本MTSAT多功能衛(wèi)星[J].氣象科技，2005，33（1）：96.
[6]閔士權(quán)，朱曼潔.通信衛(wèi)星現(xiàn)狀與發(fā)展[A].中國(guó)衛(wèi)星應(yīng)用大會(huì)[C].2008：451-461.
[7]劉云，祝明，周楊.水利通信發(fā)展與展望[J].水文，2006，26（3）： 75-77，47.
[8]丁軍，方明.水利衛(wèi)星通信網(wǎng)的建設(shè)與衛(wèi)星通信的展望[J].中國(guó)水利，2001，（4）：63-65.
[9]劉陽(yáng)，何為.衛(wèi)星通信在三峽水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].水電能源科學(xué)，2007，25（3）：29-32.
[10]林燦堯，丁軍.新一代水利衛(wèi)星通信系統(tǒng)[J].水利信息化，2010，（1）：58-61.
[11]雷昌友，蔣英，史東華.北斗衛(wèi)星通信在水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用[J].水利水電快報(bào)，2005，26（21）：26-28.
[12]L.E.SpaydJr.，R.A.Scofield，陳善敏.應(yīng)用地球靜止衛(wèi)星資料估計(jì)熱帶氣旋降水量的方法[J].氣象科技，1984，（4）：37-42.（L.E.SpaydJr.，R.A.Scofield，CHEN Shan-min.The Method of Use Geostationary Satellite Data to Estimation the Tropical Cyclone Precipitation[J].Meteorological Science and Technology Journal，1984，（4）：37-42.（in Chinese））
[13]Vicente，Gilberto A.，Roderick A.Scofield，W.Paul Menzel.The Operational GOES Infrared Rainfall Estimation Technique[J].Bull.Amer.Meteor.Soc.1998，79：1883-1898.
[14]楊楊，戚建國(guó).數(shù)字衛(wèi)星云圖估算面雨量的應(yīng)用試驗(yàn)[J].氣象，1995，21（3）：35-39.
[15]張?jiān)苹荩房蓚?靜止衛(wèi)星云圖在哈密降水天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J].新疆氣象，1998，21（5）：17-19.
[16]徐亮，張吉農(nóng)，賈紅莉.靜止氣象衛(wèi)星數(shù)字化產(chǎn)品在西寧短期降水預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J].青?？萍迹?006，（6）：41-44.
[17]熊秋芬.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在靜止衛(wèi)星多通道資料估算降水中的應(yīng)用[J].氣象，2002，9（28）：17-21.
[18]趙長(zhǎng)森，夏軍，李召良，等.基于高時(shí)間分辨率靜止衛(wèi)星數(shù)據(jù)的區(qū)域耗水時(shí)空格局研究-以春旱季節(jié)淮河流域蚌埠以上農(nóng)業(yè)區(qū)為例（英文）[J].自然資源學(xué)報(bào)，2008，23（6）：1055-1067.
[19]裴浩，韓經(jīng)緯，李云鵬，等.利用靜止氣象衛(wèi)星資料遙感監(jiān)測(cè)植被、積雪和土壤墑情的研究[J].內(nèi)蒙古氣象，2001，（1）：31-35.
[20]楊曉春.基于FY-2的大氣強(qiáng)迫數(shù)據(jù)在土壤濕度模擬中的應(yīng)用[D].南京：南京信息工程大學(xué)，2010：1-66.
[21]舒云巧，李，雷玉平.基于靜止氣象衛(wèi)星的河北平原實(shí)際蒸散量遙感估算[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，19（5）：1151-1156.
[23]王慶齋，王春青，傅德勝.利用GMS-5靜止氣象衛(wèi)星資料定量測(cè)量黃河流域汛期降水[J].河南氣象，1999，（3）：156-160.
[24]張?jiān)?應(yīng)用FY-2地表蒸散產(chǎn)品監(jiān)測(cè)西南特大干旱[J].氣象，2011，37（8）：999-1005.
[25]姬菊枝，安曉存，魏松林.利用衛(wèi)星遙感技術(shù)對(duì)干旱進(jìn)行監(jiān)測(cè)[A].中國(guó)氣象學(xué)會(huì)2005年年會(huì)論文集[C].北京：中國(guó)氣象學(xué)會(huì)，2005：3706-3712.
[26]朱小祥，吳曉京，劉誠(chéng)，等.衛(wèi)星資料在2008年中國(guó)大范圍低溫雨雪冰凍天氣過(guò)程中的綜合應(yīng)用[A].2008年海峽兩岸氣象科學(xué)技術(shù)研討會(huì)論文集[C].北京：中國(guó)氣象學(xué)會(huì)，2008：136-144.
[27]李紀(jì)人.遙感在水利行業(yè)中的應(yīng)用[J].衛(wèi)星應(yīng)用，2012，（1）：61-64.
