時(shí)間：2023-03-21 17:05:09
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論文摘要：低軌道（LEO）衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)是衛(wèi)星距離地面500～1500km，運(yùn)行周期2～4小時(shí)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。銥系統(tǒng)、全球星系統(tǒng)及系統(tǒng)是地軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展最快的范例。LEO衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)具有廣闊的發(fā)展前景
1LEO衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)
低軌（LEO）衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)與中軌（MEO）和靜止軌道（GEO）衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)比較，具有以下特點(diǎn)：
1.1由于具有更小的信號(hào)衰減和更低的傳播時(shí)延，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)更有利于實(shí)現(xiàn)個(gè)人全球通信。LEO系統(tǒng)的路徑傳輸損耗通常比GEO低幾十分貝，所需發(fā)射功率是GEO的1/200-1/2000，傳播時(shí)延僅為GEO的1/7~1/50，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)終端手持化和達(dá)到話音通信所需要的延時(shí)要求是十分有利的。
1.2蜂窩通信、多址、點(diǎn)波束、頻率復(fù)用等技術(shù)的發(fā)展為L(zhǎng)EO衛(wèi)星移動(dòng)通信提供了技術(shù)保障。
1.3由于地面移動(dòng)終端對(duì)衛(wèi)星的仰角較大，天線波束不易受到地面反射的影響，可避免多徑衰落。
1.4它在若干個(gè)軌道平面上布置多個(gè)衛(wèi)星，由星間通信鏈路將多個(gè)軌道平面上的衛(wèi)星聯(lián)接起來。整個(gè)星座如同結(jié)構(gòu)上連成一體的大型平臺(tái)，在地球表面形成蜂窩狀服務(wù)小區(qū)，服務(wù)區(qū)用戶至少被一個(gè)衛(wèi)星覆蓋，用戶可隨時(shí)接入系統(tǒng)。
1.5由于衛(wèi)星的高速運(yùn)動(dòng)和衛(wèi)星數(shù)目多，也帶來了多普勒頻移嚴(yán)重和星間切換控制復(fù)雜等問題。但不管怎樣，低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的上述特點(diǎn)對(duì)于支持實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信是有巨大吸引力的。
2LEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)用戶切換的一般過程
低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中，由于衛(wèi)星的高速運(yùn)動(dòng)，使得它的波束覆蓋區(qū)也跟著移動(dòng)，而波束覆蓋區(qū)的移動(dòng)速度遠(yuǎn)大于用戶的運(yùn)動(dòng)速度，因此，在LEO衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中，切換主要是由于衛(wèi)星波束移動(dòng)引起的。
對(duì)于衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中的呼叫切換，通常經(jīng)歷這樣一個(gè)過程：
2.1用戶周期測(cè)量當(dāng)前使用波束和鄰近波束的導(dǎo)頻信號(hào)或廣播信道的信號(hào)強(qiáng)度的變化，以便確定它是否正在穿越相鄰波束之間的邊界或者處于相鄰波束的重疊區(qū)內(nèi)。
2.2若用戶進(jìn)入相鄰波束的重疊區(qū)，達(dá)到切換觸發(fā)的條件，將開始啟動(dòng)切換過程。用戶中止利用當(dāng)前波束進(jìn)行通信，等待分配信道利用新波束進(jìn)行通信。
2.3切換過程開始后，需要在新到達(dá)波束中為該用戶按照一定的信道分配算法進(jìn)行信道分配，并在原先波束中釋放使用的信道；如果采用了波束內(nèi)切換或信道重安排，則原先波束還須按照呼叫結(jié)束后的信道重安排算法進(jìn)行波束內(nèi)的信道優(yōu)化分配，進(jìn)行必要的波束內(nèi)分配。分配完成后，將數(shù)據(jù)流從舊鏈路轉(zhuǎn)移到新鏈路上來，完成切換。
3LEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)用戶切換的種類
低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)用戶切換可分為以下類型：
3.1同一信關(guān)站和衛(wèi)星的不同波束之間的切換
目標(biāo)波束和現(xiàn)用波束在同一信關(guān)站和同一衛(wèi)星內(nèi)，該切換涉及兩個(gè)波束的信道分配和修改同一信關(guān)站(不采用星上交換)或衛(wèi)星(采用星上交換)的交換路由表。
3.2同一信關(guān)站不同衛(wèi)星之間的切換
目標(biāo)波束與現(xiàn)用波束不在同一顆衛(wèi)星內(nèi)、但在同一個(gè)信關(guān)站范圍內(nèi)，它涉及兩顆衛(wèi)星的信道分配；對(duì)于采用星上交換的體制，需要改變兩顆衛(wèi)星星上交換路由表；對(duì)于衛(wèi)星透明轉(zhuǎn)發(fā)的體制，需要修改信關(guān)站交換路由表。
3.3不同信關(guān)站同一衛(wèi)星的波束間的切換
目標(biāo)波束和現(xiàn)用波束屬于同一顆衛(wèi)星，但屬于不同的信關(guān)站，它涉及兩個(gè)信關(guān)站之間的切換，包括信道分配、改變地面線路連接、位置更新、記費(fèi)等，對(duì)于采用星上交換的衛(wèi)星還需要改變其交換路由表。
3.4不同信關(guān)站不同衛(wèi)星之間的切換
目標(biāo)波束和先用波束屬于不同的衛(wèi)星且屬于不同的信關(guān)站，它涉及兩個(gè)信關(guān)站和兩顆衛(wèi)星之間的切換，信關(guān)站涉及信道分配、改變地面線路連接、位置更新、記費(fèi)等問題，對(duì)于采用星上交換的衛(wèi)星需要改變其交換路由表。
4LEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)中用戶切換目標(biāo)衛(wèi)星的選擇準(zhǔn)則
在低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的切換控制中，切換的目標(biāo)衛(wèi)星的選擇策略對(duì)切換的最終性能也有著直接的影響。因此，根據(jù)系統(tǒng)的需要，設(shè)計(jì)出適合于本系統(tǒng)的切換目標(biāo)衛(wèi)星選擇方案至關(guān)重要。目前，低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中的切換目標(biāo)衛(wèi)星選擇策略主要有以下幾種：最近衛(wèi)星準(zhǔn)則、最強(qiáng)信號(hào)準(zhǔn)則、最長(zhǎng)可視時(shí)間準(zhǔn)則、最多可用信道數(shù)準(zhǔn)則、覆蓋時(shí)間與仰角加權(quán)準(zhǔn)則及最小跳數(shù)切換準(zhǔn)則。
其中，最近衛(wèi)星準(zhǔn)則認(rèn)為距離用戶終端最近（仰角最大）的衛(wèi)星能夠提供很好的服務(wù)質(zhì)量（QoS），可從純幾何上對(duì)其性能進(jìn)行分析，也稱為最大仰角準(zhǔn)則。采用該準(zhǔn)則時(shí)，用戶終端在任何時(shí)候都選擇能夠?yàn)槠涮峁┳畲笱鼋堑男l(wèi)星。該準(zhǔn)則實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但一般不會(huì)在實(shí)際系統(tǒng)中采用，因?yàn)樗葲]有考慮無線信號(hào)在空中的傳播條件，也沒有考慮網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況。強(qiáng)信號(hào)準(zhǔn)則是終端在任何時(shí)候選擇能夠接收到最強(qiáng)信號(hào)的衛(wèi)星。擁有足夠高的信號(hào)強(qiáng)度是無線通信的一個(gè)基本條件，可以認(rèn)為最強(qiáng)信號(hào)衛(wèi)星準(zhǔn)則能夠提供較好的服務(wù)質(zhì)量。
最長(zhǎng)可視時(shí)間準(zhǔn)則又稱為最大覆蓋時(shí)間準(zhǔn)則。按照這個(gè)策略，用戶將利用星座系統(tǒng)運(yùn)行的先驗(yàn)知識(shí)，始終選擇具有最大服務(wù)時(shí)間的衛(wèi)星作為其切換的目標(biāo)衛(wèi)星。該準(zhǔn)則基于對(duì)最小化系統(tǒng)的切換請(qǐng)求到達(dá)率考慮，延長(zhǎng)了切換后呼叫一直被某個(gè)衛(wèi)星服務(wù)的時(shí)間，從而可獲得較低的被迫中斷概率。
最多可用信道數(shù)準(zhǔn)則為：用戶選擇具有最多可用信道數(shù)的衛(wèi)星為它提供服務(wù)。該準(zhǔn)則出于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)信道資源利用率考慮，以使衛(wèi)星系統(tǒng)中每個(gè)衛(wèi)星所承載的業(yè)務(wù)量趨于均勻分布，避免因某個(gè)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)超負(fù)荷而失效，從而影響到整個(gè)系統(tǒng)性能。應(yīng)用這個(gè)準(zhǔn)則時(shí)，不管衛(wèi)星的具置，新呼叫和切換呼叫會(huì)經(jīng)歷相同的阻塞率或被迫中斷概率，從而可以避免出現(xiàn)某個(gè)衛(wèi)星超載的情況。
最小跳數(shù)切換準(zhǔn)則則應(yīng)用于具有星上路由的情況，策略要求用戶在任何時(shí)候都選擇能夠?yàn)槠涮峁┳钌偬鴶?shù)路徑的衛(wèi)星。在具體實(shí)現(xiàn)過程中，通信雙方周期性檢測(cè)其可見衛(wèi)星中是否有比當(dāng)前通信路徑的跳數(shù)更少的路徑，如果存在則進(jìn)行切換，否則繼續(xù)使用當(dāng)前衛(wèi)星進(jìn)行通信。當(dāng)然，如果通信雙方的當(dāng)前衛(wèi)星出現(xiàn)低于最小仰角（或信噪比）時(shí)，也需要進(jìn)行切換。假定衛(wèi)星系統(tǒng)使用準(zhǔn)靜態(tài)路由算法，路由表項(xiàng)中帶有衛(wèi)星到衛(wèi)星的路由跳數(shù)，而且其路由信息隨著網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓上到y(tǒng)自動(dòng)刷新。
5低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)用戶切換與路由
在切換時(shí)，由于服務(wù)衛(wèi)星的改變，對(duì)于采用星上交換和星上路由的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，原有路由也需要被重新建立。重建路由有以下幾種方案：全路由重建，部分路由重建，重路由結(jié)合擴(kuò)展路由，動(dòng)態(tài)概率優(yōu)化路由，最小跳數(shù)路由。
其中全路由重建衛(wèi)星切換方案：原有路由完全被新路由代替，該方案得到的新路由仍然是最優(yōu)化路徑，但其處理時(shí)延比較大。
部分路由重建衛(wèi)星切換方案：當(dāng)切換發(fā)生時(shí)，原有路由被部分保存，只有變化部分被更新，該方案處理時(shí)延比較小，但新生成的路由可能不是最優(yōu)化路徑。
重路由與擴(kuò)展路由結(jié)合：切換后首先進(jìn)行路由擴(kuò)展，再進(jìn)行路由優(yōu)化。以降低延時(shí)，但信令開銷增大。
動(dòng)態(tài)概率優(yōu)化路由：全路由重建節(jié)約帶寬，但是擴(kuò)大了信令資源，需要選擇合適的優(yōu)化概率P，在帶寬和信令資源之間折中。即并不對(duì)所有擴(kuò)展后的路由進(jìn)行優(yōu)化，而是以概率P，對(duì)一部分路由進(jìn)行優(yōu)化，一部分仍保持原擴(kuò)展路由。
最小跳數(shù)路由策略：用戶在任何時(shí)候都選擇能夠?yàn)槠涮峁┳钌偬鴶?shù)路徑的衛(wèi)星。通信雙方周期性檢測(cè)其可見衛(wèi)星中是否有比當(dāng)前通信路徑的跳數(shù)更少的路徑，如果存在則進(jìn)行切換，否則繼續(xù)使用當(dāng)前衛(wèi)星進(jìn)行通信。該策略能夠獲得較低的傳播延時(shí)和較小的切換頻率，具有很好的系統(tǒng)性能。
參考文獻(xiàn)
[1]陳振國(guó)，楊鴻文，郭文彬.衛(wèi)星通信系統(tǒng)與技術(shù).北京：北京郵電大學(xué)出版社，2003
為了使構(gòu)建的衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)基本框架符合企業(yè)運(yùn)營(yíng)流程管理邏輯，支撐衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)，提供面向客戶的運(yùn)營(yíng)服務(wù)和保障，衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)基本框架采用自頂向下的方法，對(duì)衛(wèi)星通信服務(wù)進(jìn)行模塊劃分、描述和定義，力爭(zhēng)構(gòu)建起一個(gè)涵蓋衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、管理完整業(yè)務(wù)鏈、全面系統(tǒng)的基本框架。
1.1基本框架的模塊設(shè)計(jì)思路
對(duì)于衛(wèi)星通信企業(yè)來說，衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)是其最根本的核心產(chǎn)品，衛(wèi)星通信企業(yè)是通過向客戶銷售衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)滿足客戶需求、增加客戶價(jià)值和公司盈利發(fā)展。因此，我們首先選取衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)為切入點(diǎn)，希望采用價(jià)值鏈分析方法對(duì)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)產(chǎn)品的全生命周期進(jìn)行細(xì)化分解，力爭(zhēng)能夠理清、認(rèn)識(shí)、理解各組成環(huán)節(jié)要素及其相互關(guān)系，為基礎(chǔ)框架的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。如圖1所示，在一個(gè)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的全生命周期中，主要包括了前期客戶需求調(diào)查研究、業(yè)務(wù)規(guī)劃、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、能力建設(shè)，中期的市場(chǎng)營(yíng)銷、業(yè)務(wù)開通、服務(wù)保障、運(yùn)行維護(hù)，以及后期的業(yè)務(wù)產(chǎn)品退出或轉(zhuǎn)型升級(jí)等各環(huán)節(jié)要素；另外在其各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)施過程中還需要企業(yè)人力、財(cái)務(wù)、質(zhì)量管理、知識(shí)管理、品牌建設(shè)等運(yùn)作管理環(huán)節(jié)進(jìn)行基礎(chǔ)支撐保障。從圖1可以看出，衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的全生命周期基本上分為兩個(gè)階段，第一階段為前期衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)規(guī)劃和能力建設(shè)，其主要完成了由戰(zhàn)略和業(yè)務(wù)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和形成業(yè)務(wù)產(chǎn)品或服務(wù)能力；第二階段為中后期的衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)和服務(wù)，主要承擔(dān)了對(duì)業(yè)務(wù)產(chǎn)品進(jìn)行運(yùn)營(yíng)管理并形成服務(wù)能力和產(chǎn)生收益。兩個(gè)階段之間相互關(guān)聯(lián)、協(xié)同發(fā)展。業(yè)務(wù)規(guī)劃與能力建設(shè)工作是運(yùn)營(yíng)與服務(wù)工作的前提和條件。只有設(shè)計(jì)出滿足市場(chǎng)需求的業(yè)務(wù)產(chǎn)品，并能夠及時(shí)具備能力并推出市場(chǎng)，才能夠向客戶提供滿意的服務(wù)和可靠地運(yùn)營(yíng)保障；另一方面，運(yùn)營(yíng)與服務(wù)工作是業(yè)務(wù)規(guī)劃和能力建設(shè)的實(shí)現(xiàn)和發(fā)展。業(yè)務(wù)規(guī)劃和能力建設(shè)工作完成之后，必須通過運(yùn)營(yíng)和服務(wù)來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品銷售和客戶價(jià)值增加，在給客戶提供服務(wù)的過程中不斷發(fā)現(xiàn)和挖掘客戶需求，并能夠及時(shí)反饋給業(yè)務(wù)規(guī)劃與能力建設(shè)進(jìn)行業(yè)務(wù)產(chǎn)品的改進(jìn)、提升和開發(fā)，從而形成最令用戶滿意、最具競(jìng)爭(zhēng)力的優(yōu)質(zhì)服務(wù)產(chǎn)品。與此同時(shí)，兩個(gè)階段的各個(gè)環(huán)節(jié)都需要企業(yè)管理來進(jìn)行支撐和保障。對(duì)于運(yùn)營(yíng)服務(wù)型企業(yè)來說，其更加關(guān)注運(yùn)營(yíng)與服務(wù)，所有業(yè)務(wù)規(guī)劃與建設(shè)以及企業(yè)管理工作，都是企業(yè)為了通過運(yùn)營(yíng)服務(wù)產(chǎn)生價(jià)值、滿足客戶需求所需不同層面的服務(wù)保障工作。因此，為了在基礎(chǔ)框架中突出強(qiáng)調(diào)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)營(yíng)服務(wù)支撐的兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)體現(xiàn)出企業(yè)管理的基礎(chǔ)支撐和保障作用，我們從總體上將衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)基本框架分為三大模塊，即，戰(zhàn)略與基礎(chǔ)設(shè)施模塊、運(yùn)營(yíng)與服務(wù)模塊和企業(yè)管理模塊，如圖2所示。
1.2基本框架的層次設(shè)計(jì)思路
客戶的衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)需求分類多種多樣，我們可從市場(chǎng)、產(chǎn)品、資源和組織四個(gè)關(guān)鍵因素進(jìn)行分析研究。客戶購(gòu)買的是衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)產(chǎn)品，而衛(wèi)星通信企業(yè)的核心基礎(chǔ)設(shè)施所能支撐的僅是企業(yè)向客戶提品所需要的資源能力，要想將資源能力轉(zhuǎn)化為客戶需求實(shí)現(xiàn)，還需要通過衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)產(chǎn)品進(jìn)行有效銜接。對(duì)于衛(wèi)星通信企業(yè)而言就是對(duì)各種衛(wèi)星通信資源和服務(wù)能力進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)和組裝，形成了可以獨(dú)立計(jì)價(jià)和運(yùn)維支撐的業(yè)務(wù)產(chǎn)品。此外，客戶所需業(yè)務(wù)產(chǎn)品多樣，衛(wèi)星通信服務(wù)商還需要結(jié)合供應(yīng)商或者合作伙伴的基礎(chǔ)設(shè)施資源進(jìn)行有效組合使用，以發(fā)揮核心資源的最大效能和滿足客戶需求實(shí)現(xiàn)。因此，客戶需求的實(shí)現(xiàn)主要由衛(wèi)星通信企業(yè)的市場(chǎng)、業(yè)務(wù)、資源和供應(yīng)商等關(guān)鍵因素協(xié)同完成。另外一方面，在基本框架的設(shè)計(jì)中，我們希望構(gòu)建起能夠面向客戶的端到端運(yùn)營(yíng)服務(wù)支撐體系，即以客戶需求為引導(dǎo)，業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)為手段，資源、供應(yīng)商和組織管理流程為保障的運(yùn)營(yíng)服務(wù)體系。主要經(jīng)過市場(chǎng)需求的挖掘、提煉與轉(zhuǎn)達(dá)，業(yè)務(wù)的開發(fā)、集成與實(shí)施，調(diào)動(dòng)內(nèi)外部資源，最終實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)并反饋給用戶的過程，如圖3所示。該過程中，輸入端是市場(chǎng)，輸出端也是市場(chǎng)，形成的是一個(gè)從市場(chǎng)到市場(chǎng)的端到端的閉環(huán)，從而最終實(shí)現(xiàn)為客戶提供最為優(yōu)質(zhì)和滿意的服務(wù)。綜上所述，為了表明客戶需求實(shí)現(xiàn)過程中四個(gè)關(guān)鍵要素及其之間的相互支撐關(guān)系，并強(qiáng)調(diào)打造端到端的高效運(yùn)營(yíng)服務(wù)體系，我們?cè)谌竽K基礎(chǔ)上，又將衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)基本框架劃分為四個(gè)層次，包括市場(chǎng)層、業(yè)務(wù)層、資源層和供應(yīng)鏈層，如圖4所示。如圖4的層次設(shè)計(jì)，將市場(chǎng)層放在最高層客戶緊鄰的第一位，突出強(qiáng)調(diào)企業(yè)是從客戶需求出發(fā)，以客戶需求為根本依據(jù)的理念；逐級(jí)向下的各層分別為業(yè)務(wù)層、資源層和供應(yīng)鏈層，充分體現(xiàn)了客戶需求實(shí)現(xiàn)是通過具體業(yè)務(wù)來實(shí)現(xiàn)，業(yè)務(wù)產(chǎn)品需要資源提供支撐，最底層的供應(yīng)商和合作伙伴為企業(yè)提供除核心資源以外所需配套資源的各要素協(xié)同關(guān)系。這種層次設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)出衛(wèi)星通信企業(yè)的以客戶為中心為市場(chǎng)服務(wù)的運(yùn)營(yíng)理念。
2基本框架各模塊的設(shè)計(jì)
根據(jù)前述基本框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，我們對(duì)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)基本框架各模塊進(jìn)行進(jìn)一步設(shè)計(jì)和定義，各模塊功能描述如下。戰(zhàn)略與基礎(chǔ)設(shè)施模塊設(shè)計(jì)戰(zhàn)略與基礎(chǔ)設(shè)施模塊主要負(fù)責(zé)指導(dǎo)和支撐運(yùn)營(yíng)服務(wù)。包括市場(chǎng)戰(zhàn)略、資源戰(zhàn)略的制定、基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)筑、產(chǎn)品和服務(wù)的開發(fā)和管理以及供應(yīng)鏈/價(jià)值鏈的開發(fā)和管理。其中，基礎(chǔ)設(shè)施不僅包括空間衛(wèi)星資源的規(guī)劃、建造、測(cè)控、運(yùn)營(yíng)和退役的全生命周期管理，還包括支撐產(chǎn)品運(yùn)營(yíng)服務(wù)的其他硬資源和軟資源，如地面測(cè)控系統(tǒng)、客戶關(guān)系管理、知識(shí)共享庫(kù)，等等。運(yùn)營(yíng)與服務(wù)模塊設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)與服務(wù)模塊主要負(fù)責(zé)客戶需求實(shí)現(xiàn)和服務(wù)保障。包括日常的服務(wù)提供、運(yùn)營(yíng)支撐準(zhǔn)備、質(zhì)量保障以及銷售管理和供應(yīng)商/合作伙伴關(guān)系管理等，其包含所有由客戶驅(qū)動(dòng)的直接面向客戶的運(yùn)行和管理工作。組織管理模塊設(shè)計(jì)組織管理模塊為完成戰(zhàn)略與基礎(chǔ)設(shè)施模塊和運(yùn)營(yíng)與服務(wù)模塊所需進(jìn)行的公司內(nèi)部機(jī)構(gòu)組建，包括了任何商業(yè)運(yùn)行所必須的基本的企業(yè)或商務(wù)支持。
3基本框架各層次的設(shè)計(jì)
3.1市場(chǎng)層設(shè)計(jì)
市場(chǎng)層主要包括客戶需求挖掘、分析、客戶細(xì)分、銷售和渠道管理、市場(chǎng)營(yíng)銷管理、服務(wù)產(chǎn)品和定價(jià)管理，以及客戶關(guān)系管理、問題處理、服務(wù)等級(jí)協(xié)議管理和計(jì)費(fèi)等。在戰(zhàn)略與基礎(chǔ)設(shè)施模塊內(nèi)，市場(chǎng)層提供對(duì)企業(yè)核心業(yè)務(wù)產(chǎn)品的規(guī)劃開發(fā)管理，包括制定戰(zhàn)略、開發(fā)新產(chǎn)品服務(wù)、管理現(xiàn)有資源、實(shí)施市場(chǎng)及戰(zhàn)略等所需職能。在運(yùn)營(yíng)與服務(wù)模塊內(nèi)，客戶關(guān)系管理集中考慮客戶需求的基礎(chǔ)情況和管理。
3.2業(yè)務(wù)層設(shè)計(jì)
業(yè)務(wù)層包括業(yè)務(wù)的設(shè)計(jì)開發(fā)、業(yè)務(wù)配置、業(yè)務(wù)問題管理、質(zhì)量分析以及業(yè)務(wù)使用量的計(jì)費(fèi)等。在戰(zhàn)略與基礎(chǔ)設(shè)施模塊中的服務(wù)開發(fā)與管理就是為運(yùn)營(yíng)與服務(wù)模塊提供所需產(chǎn)品或服務(wù)能力的規(guī)劃、開發(fā)和建設(shè)，它包括服務(wù)戰(zhàn)略制定、服務(wù)的性能管理和評(píng)估、確保未來服務(wù)需求能力等所必須的功能。在運(yùn)營(yíng)與服務(wù)模塊中業(yè)務(wù)運(yùn)行管理聚焦于對(duì)客戶服務(wù)的提供，包括客戶需求分析、服務(wù)方案設(shè)計(jì)、和服務(wù)保障等客戶服務(wù)所需的功能性需要。本層的焦點(diǎn)是服務(wù)提供和管理，面向客戶提供個(gè)性化服務(wù)。
3.3資源層設(shè)計(jì)
資源層主要包括基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)和管理，是為支持衛(wèi)星通信運(yùn)營(yíng)服務(wù)所需的衛(wèi)星資源、地面基礎(chǔ)設(shè)施和軟資源等的規(guī)劃、開發(fā)和交付，主要包括衛(wèi)星資源、衛(wèi)星測(cè)控站、業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)站、運(yùn)營(yíng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、IT系統(tǒng)、知識(shí)共享庫(kù)等，以及新技術(shù)的引入與現(xiàn)有資源技術(shù)的互相作用、現(xiàn)有資源性能管理和評(píng)估，確保滿足未來服務(wù)需求的能力等所必須的功能。資源管理和運(yùn)行主要負(fù)責(zé)衛(wèi)星資源管控（衛(wèi)星性能監(jiān)視、分析和控制）和其他地面基礎(chǔ)設(shè)資源的運(yùn)維管理等所有功能性責(zé)任，確保各類基礎(chǔ)設(shè)施資源平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，能夠?yàn)榭蛻籼峁┧璧亩说蕉朔?wù)能力，并直接或間接地響應(yīng)服務(wù)、客戶和員工的需求。同時(shí)也包括對(duì)資源的功能集成、關(guān)聯(lián)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，以便進(jìn)行信息綜合管理和采取提質(zhì)增效措施。
3.4供應(yīng)鏈層設(shè)計(jì)
供應(yīng)鏈層主要包括處理與衛(wèi)星建造商、設(shè)備提供商、集成商和工程服務(wù)商等合作伙伴的交互，它既包括基礎(chǔ)設(shè)施的供應(yīng)鏈管理，也包括與供應(yīng)商和合作伙伴之間關(guān)于日常運(yùn)營(yíng)的接口管理。
4基本框架的整體設(shè)計(jì)
綜合上述分析，衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)基本框架模型一方面突出衛(wèi)星服務(wù)商的基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)營(yíng)服務(wù)支撐的核心重要性，另一方面強(qiáng)調(diào)面向客戶、聚焦前端提供端到端的服務(wù)交付能力，從而我們可以得出衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)基本框架的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖5所示。如圖5所示，箭頭以上半部分代表從衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的全生命周期管理和客戶需求實(shí)現(xiàn)兩個(gè)維度進(jìn)行的三個(gè)模塊、四個(gè)層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路；箭頭的下半部分表示抽象化、可視化的衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)基本框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該基本框架從頂層將衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)服務(wù)商劃分為戰(zhàn)略與基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)營(yíng)與服務(wù)和組織管理三大模塊，并在框架布局上體現(xiàn)出面向客戶的服務(wù)中戰(zhàn)略與基礎(chǔ)設(shè)施是前提先導(dǎo)，運(yùn)營(yíng)與服務(wù)是關(guān)鍵實(shí)施，組織管理是全過程支撐的運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)；該框架自上而下的四個(gè)層次架構(gòu)設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)出衛(wèi)星通信企業(yè)是以客戶需求為引導(dǎo)，以業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)為手段，以資源和供應(yīng)商為保障的層次遞進(jìn)關(guān)系，各層次環(huán)環(huán)相扣，緊密鏈接。這種以客戶為中心，面向市場(chǎng)的層次設(shè)計(jì)，確保企業(yè)在享用客戶需求時(shí)更迅速、策略更靈活，大大提供客戶滿意度，同時(shí)能夠更優(yōu)化企業(yè)內(nèi)外部軟硬資源的工作效能，以最高效的方式為客戶提供最適當(dāng)?shù)男畔⒎?wù)，真正做到讓大市場(chǎng)來主導(dǎo)企業(yè)的流程架構(gòu)。
5結(jié)束語
1.1衛(wèi)星通信具有眾多的優(yōu)勢(shì)（1）電波覆蓋地域比較寬廣。（2）傳輸路數(shù)多，通信容量大。（3）通信穩(wěn)定性好、質(zhì)量高。（4）衛(wèi)星通信不受地域限制，運(yùn)用方式靈活。
1.2衛(wèi)星通信的一些劣勢(shì)主要的方面有：（1）延遲現(xiàn)象比較常見。（2）傳播過程中由于信號(hào)較差，容易出現(xiàn)信號(hào)中斷的現(xiàn)象。（3）終端產(chǎn)品的選擇面不廣。
2衛(wèi)星通信產(chǎn)品的多址體制方式的選擇
衛(wèi)星通信由于具有廣播和大范圍覆蓋的特點(diǎn)，因此，特別適合于多個(gè)站之間同時(shí)通信，即多址通信。多址通信是指衛(wèi)星天線波束覆蓋區(qū)內(nèi)的任何地球站可以通過共同的衛(wèi)星進(jìn)行雙邊或多邊通信。目前比較常用的兩種衛(wèi)星通信多址體制方式為：TDM-FDMA（時(shí)分復(fù)用-頻分多址）和MF-TDMA（跳頻-時(shí)分多址）。（1）多址體制方式一：TDM-FDMA。（2）多址體制方式二：MF-TDMA。
3衛(wèi)星通信在鐵路應(yīng)急通信中的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
有時(shí)候會(huì)因?yàn)橛龅酵话l(fā)性、嚴(yán)重的自然災(zāi)害、人為因素導(dǎo)致其他所有通信手段無法使用時(shí)，而應(yīng)急指揮中心又急需現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)資料，這時(shí)就可以利用衛(wèi)星通信覆蓋區(qū)域廣和快速部署的優(yōu)勢(shì)將信息發(fā)送到應(yīng)急指揮中心。常規(guī)衛(wèi)星系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)接入方式可以分成兩種：一種是車載型，一種是便攜型，這兩種衛(wèi)星接入方式可以視現(xiàn)場(chǎng)情況而定。而對(duì)于鐵路應(yīng)急通信人員來說，以上兩種接入方式均可以采用，但在到達(dá)應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)后，還需要在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)衛(wèi)星接入設(shè)備進(jìn)行開設(shè)，考慮操作使用人員的技術(shù)水平和熟練程度，選擇自動(dòng)對(duì)星的車載或便攜衛(wèi)星設(shè)備就顯得非常的方便，可確保快速建立通信鏈路保證通信。
事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)人員要將信息傳送到應(yīng)急指揮中心，在鐵路應(yīng)急衛(wèi)星通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況需要，按下文所述三種方案進(jìn)行建設(shè)，如圖1所示。
方式一：在中國(guó)鐵路總公司應(yīng)急中心建立衛(wèi)星地面通信站，這樣就可以通過應(yīng)急指揮中心收發(fā)數(shù)據(jù)，再通過地面的有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)叫枰獢?shù)據(jù)的各路局應(yīng)急指揮中心。這種方案對(duì)于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)資源的應(yīng)用比較充分，但在遇到一些突況時(shí)，數(shù)據(jù)可能無法通過地面有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)叫枰獢?shù)據(jù)的各路局應(yīng)急指揮中心，這就導(dǎo)致可能會(huì)出現(xiàn)一些無法預(yù)知的情況。
方式二：在各個(gè)路局的應(yīng)急指揮中心建立衛(wèi)星通信站，這樣就可以在發(fā)生狀況時(shí)迅速的將數(shù)據(jù)發(fā)送到各路局的應(yīng)急指揮中心，同時(shí)各路局也能夠及時(shí)的下達(dá)指令，進(jìn)行相關(guān)問題的處理。這樣做的好處是各路局應(yīng)急指揮中心能及時(shí)掌握應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)狀況，但不利的是其建設(shè)費(fèi)用將會(huì)大大增加。
方式三：在中國(guó)鐵路總公司應(yīng)急指揮中心以及各路局應(yīng)急指揮中心均設(shè)置衛(wèi)星通信站，這樣一來，無論發(fā)生什么災(zāi)害情況，各路局應(yīng)急指揮中心與中國(guó)鐵路總公司應(yīng)急指揮中心都可以實(shí)時(shí)掌握事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)情況。這樣做的好處不言而喻，但其建設(shè)費(fèi)用也無疑會(huì)昂貴很多。
4結(jié)束語
本系統(tǒng)采用LabWindowsCVI來進(jìn)行設(shè)計(jì)與開發(fā)，系統(tǒng)軟件框圖如圖2所示。軟件系統(tǒng)由監(jiān)控界面、參數(shù)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、程控命令模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、圖像顯示模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊組成。各模塊功能通過LabWindowsCVI進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。
計(jì)算機(jī)通過GPIB通信接口對(duì)AV4033的功能控制是通過程控儀器標(biāo)準(zhǔn)指令來實(shí)現(xiàn)的，程控指令是可以對(duì)頻譜儀進(jìn)行遠(yuǎn)端控制的一組特殊格式串，包括儀器設(shè)置、通道配置、數(shù)據(jù)掃描方式、控制輸出、讀取數(shù)據(jù)、狀態(tài)報(bào)警、接口設(shè)置等指令集。這些指令的發(fā)送均是字符串形式,所有的頻譜儀命令都必須符合特殊的語法規(guī)則，在應(yīng)用高級(jí)語言進(jìn)行編程時(shí)，程控指令一般是作為一個(gè)獨(dú)立的參數(shù)在調(diào)用函數(shù)中出現(xiàn)，這類針對(duì)遠(yuǎn)程控制的函數(shù)隨GPIB接口和采用的高級(jí)語言的不同而不同，但其程控指令是相同的，AV4033系列頻譜儀的語法命令圖如圖3所示。本文利用程控指令和頻譜儀進(jìn)行通信時(shí),選擇LabWindowsCVI自帶的GPIB函數(shù)庫(kù),可以方便地進(jìn)行程控命令發(fā)送和數(shù)據(jù)讀取操作。
2應(yīng)用舉例
衛(wèi)星固定通信臺(tái)站天線口徑大波束窄，對(duì)天線伺服系統(tǒng)的自動(dòng)跟蹤性能要求較高，為確保通信效果，需定期測(cè)量衛(wèi)星天線系統(tǒng)的自動(dòng)跟蹤性能，傳統(tǒng)的測(cè)試方法需用頻譜儀在射頻方艙內(nèi)測(cè)試，且測(cè)試結(jié)果保持和記錄都不方便，利用本系統(tǒng)可以方便進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)試，而且可以將測(cè)試結(jié)果保存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中，方便后續(xù)查詢和參考。衛(wèi)星天線跟蹤性能測(cè)試流程如下：（1）調(diào)整衛(wèi)星天線使其對(duì)準(zhǔn)通信衛(wèi)星；（2）在監(jiān)控主機(jī)上按下述過程設(shè)置頻譜儀；a)按衛(wèi)星信標(biāo)頻率設(shè)置頻譜儀中心頻率，設(shè)置SPAN為0到100KHzb)根據(jù)信標(biāo)信號(hào)的電平變化范圍設(shè)置Sacle/DIV，以使測(cè)量過程中的載波電平變化始終落在頻譜儀的可顯示電平范圍內(nèi)c)根據(jù)信標(biāo)頻率穩(wěn)定度，選擇盡可能窄的RBWd)根據(jù)載波的峰值頻率和功率，調(diào)整頻譜儀的中心頻率和參考電平e)利用鍵盤調(diào)窄SPAN，重復(fù)4f)重復(fù)5，將SPAN調(diào)整到最小g)將SPAN置0，使載波顯示譜線作水平運(yùn)動(dòng)h)輸入掃描時(shí)間，確定掃描長(zhǎng)度（3）用手控方式調(diào)偏衛(wèi)星天線的方位角和俯仰角，頻譜儀顯示譜線的電平將隨天線偏離衛(wèi)星而下降（4）啟動(dòng)天線自動(dòng)跟蹤功能，觀察衛(wèi)星信標(biāo)電平隨時(shí)間的變化，記錄自動(dòng)跟蹤天線的對(duì)星過程以及跟蹤速度和精度（5）存儲(chǔ)記錄數(shù)據(jù)，重復(fù)3、4步驟，多記錄幾次測(cè)試結(jié)果，分析衛(wèi)星天線自動(dòng)跟蹤性能。
3結(jié)束語
1.1北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)的主要特點(diǎn)
北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在抗雨水能力強(qiáng)，具備高可靠性和低功耗且簡(jiǎn)單維護(hù)的特點(diǎn)，再加上是由我國(guó)自主獨(dú)立研發(fā)，因此在信息的保密性和安全性方面都更有保障。另外其多元化的不同制式能夠?qū)崿F(xiàn)和水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)的無縫集成。特別是水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)更加注重短通信的數(shù)據(jù)傳輸，而這一點(diǎn)正是北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)所特有的優(yōu)勢(shì)。這個(gè)系統(tǒng)的工作頻段主要有L/S/C，其頻段范圍較寬，所以在信息傳輸方面擁有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
1.2北斗衛(wèi)星技術(shù)下的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)站的主要構(gòu)成
北京市的北斗衛(wèi)星技術(shù)下的水情測(cè)報(bào)站的主要構(gòu)成包括了四個(gè)方面。第一是北斗通信模塊。主要選擇的是用戶終端。該北斗衛(wèi)星的用戶終端主要有天線設(shè)備和主機(jī)設(shè)備兩種，而且這兩種設(shè)備的終端體積也相對(duì)較小，且操作比較簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)工作也非常容易。其主要信號(hào)的傳送機(jī)制是通過瞬間突發(fā)的模式，這樣也能夠有效的降低用戶終端的功耗。而且也能夠支持環(huán)境惡劣的野外水情測(cè)報(bào)。第二是測(cè)試中心的終端機(jī)。測(cè)試中心一般遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)中心，所以需要通過遙測(cè)的方式來實(shí)現(xiàn)。這種終端機(jī)能夠和不同的傳感器進(jìn)行連接，并支持不同的數(shù)據(jù)通信模式。北京的水文測(cè)試中心的遙測(cè)終端就支持北斗衛(wèi)星通信，同時(shí)也支持了GSM通信和GPRS通信等。并能夠根據(jù)信號(hào)的變化自動(dòng)切換，從而保障遙測(cè)數(shù)據(jù)能夠及時(shí)的反饋到監(jiān)測(cè)中心。第三就是前端的傳感器。這些傳感器主要有涉及到測(cè)報(bào)水情的相關(guān)數(shù)據(jù)需求，包括了水位傳感器和雨量傳感器以及水質(zhì)、水位等傳感器等。第四就是電源。電源主要選擇的是密封的蓄電池，并能夠通過太陽(yáng)能板進(jìn)行充電，這樣能夠具有一定的環(huán)保性。另外這些電池還具有自動(dòng)啟動(dòng)和切斷的裝置，只有在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候才會(huì)啟動(dòng)，從而提升蓄電池使用壽命，并節(jié)省用電。
1.3北斗衛(wèi)星通信鏈路分析
北京市某地北斗衛(wèi)星的通信鏈路構(gòu)成主要包括了北斗衛(wèi)星以及網(wǎng)管中心。這個(gè)鏈路的功能就是對(duì)水情測(cè)報(bào)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份以及進(jìn)行查詢和下載。
1.4北斗衛(wèi)星的監(jiān)測(cè)中心
北斗衛(wèi)星的監(jiān)測(cè)中心自然是這個(gè)水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)的核心，主要有由衛(wèi)星指揮型終端以及數(shù)據(jù)接收端和數(shù)據(jù)庫(kù)等構(gòu)成。這個(gè)監(jiān)測(cè)中心是所有數(shù)據(jù)的交匯點(diǎn)。同時(shí)也是控制中心。第一是衛(wèi)星接收終端。主要具備兼收功能和通播功能以及全信道鎖定以及大數(shù)據(jù)處理功能。同時(shí)還包括了內(nèi)置的電池。第二就是接收數(shù)據(jù)服務(wù)器。這是專門集中管理數(shù)據(jù)的重要設(shè)備。具備兩個(gè)信道來進(jìn)行接收。其中第一個(gè)信道主要是連接互聯(lián)網(wǎng)，通過互聯(lián)網(wǎng)來進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。第二個(gè)信道則是通過衛(wèi)星系統(tǒng)。在北京某地的水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)，這個(gè)信道就是和北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)接收。這個(gè)數(shù)據(jù)也能夠通過RS232串口來接收。第三就是水情數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)數(shù)據(jù)接收服務(wù)器接收到各種途徑獲得數(shù)據(jù)之后，就會(huì)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼和分析，然后將水情數(shù)據(jù)錄入到水情數(shù)據(jù)庫(kù)中，從而為各種水情的應(yīng)用提供服務(wù)。第四是數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)器。這個(gè)服務(wù)器主要是對(duì)水情數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)以及統(tǒng)計(jì)報(bào)表等。另外監(jiān)測(cè)中心能夠?qū)⒅噶罨蛘吣骋粋€(gè)執(zhí)行動(dòng)作信息發(fā)到各地的遙測(cè)站點(diǎn)，或者指定某個(gè)遙測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行發(fā)送。
1.5北斗衛(wèi)星自動(dòng)測(cè)報(bào)的軟件設(shè)計(jì)
北斗衛(wèi)星自動(dòng)測(cè)報(bào)的系統(tǒng)軟件主要包括兩個(gè)部分。其一是控制測(cè)站的軟件。在北京的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中，主要是有北斗衛(wèi)星監(jiān)控中心以及遙測(cè)站點(diǎn)形成一對(duì)多的傳輸關(guān)系。遙測(cè)站將感應(yīng)信息通過衛(wèi)星傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，然后監(jiān)控中心反饋收到信息。而這些遙測(cè)站點(diǎn)會(huì)根據(jù)相應(yīng)的反饋信息進(jìn)行相應(yīng)的處理，或者轉(zhuǎn)入休眠，抑或是重新要求遙測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行收集數(shù)據(jù)。其二就是軟件系統(tǒng)的處理。這是系統(tǒng)軟件的關(guān)鍵部分，能夠?qū)b測(cè)站點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行多元化的處理，從而為相應(yīng)的使用人員提供多種的水情服務(wù)，有助于提升當(dāng)?shù)氐乃橛^測(cè)水平。
1.6通信機(jī)制的設(shè)計(jì)應(yīng)用
北京的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的通信機(jī)制設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于解決了通信頻度控制問題以及信息格式的設(shè)計(jì)問題兩種。其一是通信頻度的控制策略。基于北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)要比移動(dòng)的GSM以及全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的GPRS的費(fèi)用都要高出不少，根據(jù)北京市場(chǎng)大概要高出5倍多。因此在發(fā)送信息策略上和普通的移動(dòng)遙測(cè)站的數(shù)據(jù)傳輸策略要盡心差異化。只有在出現(xiàn)明顯差異的水情數(shù)據(jù)時(shí)，才會(huì)性發(fā)送。根據(jù)北京的通信費(fèi)用，每次傳輸為0.5元。因此北京的遙測(cè)站點(diǎn)設(shè)置傳輸策略為每小時(shí)傳輸一次。如果沒有發(fā)生變化，如沒有下雨，每天在早晨8點(diǎn)發(fā)送一次平安數(shù)據(jù)報(bào)。這樣就能有效的降低信息的傳輸次數(shù)，節(jié)省了傳輸費(fèi)用。其二就是在信息格式設(shè)置上，北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以設(shè)置的短字節(jié)有43字節(jié)數(shù)和70字節(jié)數(shù)以及98字節(jié)數(shù)三種，字節(jié)數(shù)越大，那么單次的傳輸內(nèi)容就越多，因此費(fèi)用也就越高。由于水情數(shù)據(jù)相對(duì)較為復(fù)雜，而且為了提升數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在北京的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)上，就采用了98字節(jié)數(shù)進(jìn)行傳輸，所以每次的傳輸價(jià)格在1元。
2結(jié)束語
本系統(tǒng)采用LabWindowsCVI來進(jìn)行設(shè)計(jì)與開發(fā)，系統(tǒng)軟件框圖如圖2所示。軟件系統(tǒng)由監(jiān)控界面、參數(shù)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、程控命令模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、圖像顯示模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊組成。各模塊功能通過LabWindowsCVI進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)通過GPIB通信接口對(duì)AV4033的功能控制是通過程控儀器標(biāo)準(zhǔn)指令來實(shí)現(xiàn)的，程控指令是可以對(duì)頻譜儀進(jìn)行遠(yuǎn)端控制的一組特殊格式串，包括儀器設(shè)置、通道配置、數(shù)據(jù)掃描方式、控制輸出、讀取數(shù)據(jù)、狀態(tài)報(bào)警、接口設(shè)置等指令集。這些指令的發(fā)送均是字符串形式,所有的頻譜儀命令都必須符合特殊的語法規(guī)則，在應(yīng)用高級(jí)語言進(jìn)行編程時(shí)，程控指令一般是作為一個(gè)獨(dú)立的參數(shù)在調(diào)用函數(shù)中出現(xiàn)，這類針對(duì)遠(yuǎn)程控制的函數(shù)隨GPIB接口和采用的高級(jí)語言的不同而不同，但其程控指令是相同的，AV4033系列頻譜儀的語法命令圖如圖3所示。本文利用程控指令和頻譜儀進(jìn)行通信時(shí),選擇LabWindowsCVI自帶的GPIB函數(shù)庫(kù),可以方便地進(jìn)行程控命令發(fā)送和數(shù)據(jù)讀取操作。
2應(yīng)用舉例
衛(wèi)星固定通信臺(tái)站天線口徑大波束窄，對(duì)天線伺服系統(tǒng)的自動(dòng)跟蹤性能要求較高，為確保通信效果，需定期測(cè)量衛(wèi)星天線系統(tǒng)的自動(dòng)跟蹤性能，傳統(tǒng)的測(cè)試方法需用頻譜儀在射頻方艙內(nèi)測(cè)試，且測(cè)試結(jié)果保持和記錄都不方便，利用本系統(tǒng)可以方便進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)試，而且可以將測(cè)試結(jié)果保存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中，方便后續(xù)查詢和參考。衛(wèi)星天線跟蹤性能測(cè)試流程如下：（1）調(diào)整衛(wèi)星天線使其對(duì)準(zhǔn)通信衛(wèi)星；（2）在監(jiān)控主機(jī)上按下述過程設(shè)置頻譜儀；a)按衛(wèi)星信標(biāo)頻率設(shè)置頻譜儀中心頻率，設(shè)置SPAN為0到100KHzb)根據(jù)信標(biāo)信號(hào)的電平變化范圍設(shè)置Sacle/DIV，以使測(cè)量過程中的載波電平變化始終落在頻譜儀的可顯示電平范圍內(nèi)c)根據(jù)信標(biāo)頻率穩(wěn)定度，選擇盡可能窄的RBWd)根據(jù)載波的峰值頻率和功率，調(diào)整頻譜儀的中心頻率和參考電平e)利用鍵盤調(diào)窄SPAN，重復(fù)4f)重復(fù)5，將SPAN調(diào)整到最小g)將SPAN置0，使載波顯示譜線作水平運(yùn)動(dòng)h)輸入掃描時(shí)間，確定掃描長(zhǎng)度（3）用手控方式調(diào)偏衛(wèi)星天線的方位角和俯仰角，頻譜儀顯示譜線的電平將隨天線偏離衛(wèi)星而下降（4）啟動(dòng)天線自動(dòng)跟蹤功能，觀察衛(wèi)星信標(biāo)電平隨時(shí)間的變化，記錄自動(dòng)跟蹤天線的對(duì)星過程以及跟蹤速度和精度（5）存儲(chǔ)記錄數(shù)據(jù)，重復(fù)3、4步驟，多記錄幾次測(cè)試結(jié)果，分析衛(wèi)星天線自動(dòng)跟蹤性能。
3結(jié)束語
半物理仿真平臺(tái)的建立采用.NET環(huán)境下應(yīng)用C#編程語言設(shè)計(jì)具有Windows風(fēng)格的人機(jī)交互半物理仿真平臺(tái)。通過各個(gè)模塊的點(diǎn)擊模擬操作，可以很好地實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)仿真模型的智能化運(yùn)動(dòng)控制，并且在完成仿真運(yùn)動(dòng)后，讀取并記錄顯示衛(wèi)星通信機(jī)動(dòng)站運(yùn)動(dòng)過程的所有狀態(tài)位置信息以及虛擬傳感器的測(cè)距數(shù)據(jù)，最后生成仿真動(dòng)畫，達(dá)到直觀的效果，虛擬場(chǎng)景測(cè)得的數(shù)據(jù)最終和真實(shí)環(huán)境中的實(shí)物所得數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而驗(yàn)證智能化控制算法的合理性、適用性。上位機(jī)用戶平臺(tái)包括虛擬現(xiàn)實(shí)展示、DLL調(diào)用測(cè)試、衛(wèi)星通信機(jī)動(dòng)站控制器半物理仿真通訊平臺(tái)、狀態(tài)信息的記錄與讀取、傳感器測(cè)距信息的記錄與讀取，狀態(tài)信號(hào)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信機(jī)動(dòng)站的虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫的展示，人機(jī)交互半物理仿真平臺(tái)，如圖2所示。
2衛(wèi)星通信機(jī)動(dòng)站動(dòng)力學(xué)模型的建立
Maplesim是一個(gè)多領(lǐng)域物理建模和仿真工具，它提供了一個(gè)三維可視化的環(huán)境建模以及動(dòng)畫顯示仿真結(jié)果，在這種環(huán)境下，可以通過簡(jiǎn)單且直觀的方式搭建各種復(fù)雜系統(tǒng)的模型，還可以可視化分析仿真結(jié)果。在Maplesim中能將建立好的模型轉(zhuǎn)換到C代碼中，可以在其他應(yīng)用程序和工具中使用此C代碼。在3D可視化建模環(huán)境下可以快捷、方便且直觀地創(chuàng)建所需要的動(dòng)力學(xué)仿真模型，之后將模型轉(zhuǎn)生成C代碼，在VC++環(huán)境下編譯C代碼生成動(dòng)力學(xué)模型的DLL文件，這樣可以方便其他應(yīng)用程序的調(diào)用仿真。本研究基于.NET開發(fā)平臺(tái)采用C#語言編寫上位機(jī)仿真用戶界面，進(jìn)而對(duì)生成的DLL文件進(jìn)行調(diào)用。半物理仿真系統(tǒng)開始執(zhí)行，給定一個(gè)初始時(shí)間t0（初始值），每次經(jīng)過t時(shí)間后，對(duì)動(dòng)力學(xué)模型DLL文件進(jìn)行調(diào)用，從衛(wèi)星通信機(jī)動(dòng)站的動(dòng)力學(xué)模型DLL中輸出第一個(gè)狀態(tài)信號(hào)，將這個(gè)狀態(tài)參數(shù)傳遞給衛(wèi)星通信機(jī)動(dòng)站控制器實(shí)物，控制器中對(duì)輸入的狀態(tài)參數(shù)完成控制算法后將再次發(fā)出控制信號(hào)并傳遞給C#軟件環(huán)境，再經(jīng)過t時(shí)間，再次調(diào)用DLL中的動(dòng)力學(xué)模型。此時(shí)衛(wèi)星通信機(jī)動(dòng)站動(dòng)力學(xué)模型的DLL輸出第二個(gè)狀態(tài)信號(hào)。如此循環(huán)反復(fù)執(zhí)行此過程，如圖3所示，形成了一個(gè)閉環(huán)的半物理仿真系統(tǒng)。
3半物理仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)
衛(wèi)星通信機(jī)動(dòng)站半物理仿真系統(tǒng)主要由人機(jī)交互操作界面、STM32控制器、信號(hào)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及PC機(jī)中的衛(wèi)星通信機(jī)動(dòng)站動(dòng)力學(xué)模型5部分組成。以STM32控制器為核心的衛(wèi)星通信機(jī)動(dòng)站半物理仿真系統(tǒng)本身是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，在仿真通訊過程中，由衛(wèi)星通信機(jī)動(dòng)站控制器實(shí)物發(fā)出控制信號(hào)，控制信號(hào)模擬量經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過USB虛擬串口通訊傳遞給PC機(jī)，PC機(jī)則調(diào)用WindowsAPI（Windows系統(tǒng)中可用的核心應(yīng)用程序編程接口）對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行接收。PC機(jī)將接收到的信號(hào)再調(diào)用C#軟件環(huán)境的動(dòng)力學(xué)仿真模型，最后輸出一個(gè)狀態(tài)信號(hào)。PC機(jī)再將輸出的狀態(tài)信號(hào)通過WindowsAPI接口發(fā)送出去，狀態(tài)信號(hào)經(jīng)過USB虛擬串口傳遞給信號(hào)轉(zhuǎn)換器。信號(hào)轉(zhuǎn)換器將狀態(tài)信號(hào)數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量后傳給衛(wèi)星通信機(jī)動(dòng)站控制器，在控制器中完成控制算法后，重新輸出新的控制信號(hào)。此控制信號(hào)再經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換器PC機(jī)動(dòng)力學(xué)模型的DLL，最終返回狀態(tài)信號(hào)，如此循環(huán)地執(zhí)行就形成了一個(gè)閉環(huán)的半物理仿真系統(tǒng)［4-5］，如圖4所示為半物理仿真系統(tǒng)框圖。
4硬件系統(tǒng)的構(gòu)建
衛(wèi)星通信機(jī)動(dòng)站的智能化控制是一個(gè)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其具有多自由度、多傳感器、多驅(qū)動(dòng)器、多運(yùn)動(dòng)形態(tài)的特點(diǎn)，對(duì)衛(wèi)星通信機(jī)動(dòng)站在現(xiàn)實(shí)運(yùn)動(dòng)過程中的多個(gè)傳感器的輸出模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，同時(shí)采用SPI串口通訊、藍(lán)牙無線通訊的方式將數(shù)據(jù)傳遞給PC機(jī)上位機(jī)軟件用戶界面，以數(shù)據(jù)和虛擬動(dòng)畫相結(jié)合的方式直觀地顯示衛(wèi)星通信機(jī)動(dòng)站的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。采用ADAS3022數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集傳感器數(shù)據(jù)，經(jīng)ADAS3022的數(shù)字接口SPI與MCU選用的STM32芯片內(nèi)部自帶的SPI通訊，并且可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部自帶的ADC（模/數(shù)轉(zhuǎn)換器）進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，再通過HC-05嵌入式藍(lán)牙模塊與PC機(jī)進(jìn)行通訊，如圖5所示為系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)完整的5V單電源、8通道、多路復(fù)用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以集成用于工業(yè)級(jí)信號(hào)的可編程增益儀表放大器（PGIA）［6］。如圖6所示為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路原理圖。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是以ADAS3022芯片為核心設(shè)計(jì)的，ADAS3022芯片上具有完整的DAS，它可以以最高1MSPS轉(zhuǎn)換速率進(jìn)行轉(zhuǎn)換，能夠接受的最大輸入信號(hào)范圍最高可達(dá)±24.576V的差分模擬輸入信號(hào)。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集相比，在標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集方案中都會(huì)涉及到信號(hào)緩沖、電平轉(zhuǎn)換、放大、噪聲抑制以及其它模擬信號(hào)調(diào)理等，但是在ADAS3022中則無需這些輔助調(diào)理電路。這樣一種高性能的核心芯片的應(yīng)用，簡(jiǎn)化了具有高精密16位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)，降低了成本。此外，在外觀上，它具有更小的外形尺寸（6mm×6mm），40引腳的LFCSP封裝；在性能方面，它可以提供最佳的時(shí)序和噪聲性能，工作溫度跨度-40℃到+85℃的工業(yè)溫度范圍［7-8］。此電路系統(tǒng)采用ADAS3022、ADP1613、ADR434和AD8031精密器件的組合，可同時(shí)提供高精度和低噪聲性能。
5結(jié)語
信標(biāo)機(jī)提供串行通信接口，通過串口服務(wù)器，將串行通信做協(xié)議轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，再通過一根網(wǎng)線與交換機(jī)連接，最終與控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。設(shè)備連線后，在計(jì)算機(jī)上要進(jìn)行虛擬串口映射，即把串口服務(wù)器的串口映射到計(jì)算機(jī)上，映射成功后，就可以把這些虛擬串口作為計(jì)算機(jī)上的串口使用，解決計(jì)算機(jī)本身無串口的問題。載波的發(fā)射狀態(tài)是通過改變調(diào)制解調(diào)器參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，控制載波發(fā)射狀態(tài)實(shí)際上通過控制調(diào)制解調(diào)器的發(fā)射狀態(tài)繼而達(dá)到控制載波狀態(tài)的目的。調(diào)制解調(diào)器提供網(wǎng)絡(luò)接口，通過交換機(jī)最終與控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。控制軟件實(shí)時(shí)監(jiān)視信標(biāo)機(jī)和調(diào)制解調(diào)器的工作狀態(tài)，以此作為發(fā)送控制指令的依據(jù)。
2信號(hào)處理
通過監(jiān)控軟件完成，為了不占用更多的主線程資源，監(jiān)控軟件分別建立兩個(gè)獨(dú)立的線程CThreadBeacon信標(biāo)機(jī)線程類和CThreadModem調(diào)制解調(diào)器線程類，通過這兩個(gè)線程的通信處理載波的關(guān)閉與開啟。當(dāng)確定天線進(jìn)入遮擋區(qū)后，CThreadBeacon信標(biāo)機(jī)線程根據(jù)當(dāng)前的信標(biāo)強(qiáng)度和調(diào)制解調(diào)器載波發(fā)射的狀態(tài)，發(fā)送打開或關(guān)閉載波的消息給CThreadModem線程。CThreadModem線程主要有兩個(gè)作用，一是讀取調(diào)制解調(diào)器當(dāng)前的參數(shù)，明確設(shè)備的工作狀態(tài)，二是負(fù)責(zé)接收由CThrea-dBeacon線程發(fā)送過來的消息，根據(jù)消息的具體內(nèi)容，向調(diào)制解調(diào)器發(fā)送相應(yīng)的控制指令。車載站在載波發(fā)射的行進(jìn)中，如遇到高大的貨車或小面積的建筑遮擋瞬間遮擋時(shí)，這時(shí)關(guān)閉載波是不必要的，故在信標(biāo)機(jī)線程中，設(shè)定當(dāng)遮擋超過10s后發(fā)送關(guān)閉消息給調(diào)制解調(diào)器線程，進(jìn)而關(guān)閉載波發(fā)射。同樣在離開遮擋區(qū)超過5s后發(fā)送開啟消息給調(diào)制解調(diào)器線程，進(jìn)而開啟載波發(fā)射。具體流程見圖1“載波自動(dòng)關(guān)閉流程圖”。
3實(shí)現(xiàn)過程
軟件以visualc++6.0作為開發(fā)編譯環(huán)境，在基于對(duì)話框的應(yīng)用程序界面中，運(yùn)用多線程串口通信編程和SNMP網(wǎng)絡(luò)編程方法，利用線程間通信機(jī)制，完成載波自動(dòng)關(guān)閉功能。軟件啟動(dòng)時(shí)，建立CThreadBeacon線程并啟動(dòng)運(yùn)行，運(yùn)用串口通信編程，在InitInstance函數(shù)中，初始化串口參數(shù)，線程中使用定時(shí)器，頻率為300ms，按照通信協(xié)議格式，以查詢方式讀取信標(biāo)強(qiáng)度，經(jīng)過適當(dāng)處理后，以浮點(diǎn)數(shù)顯示在監(jiān)控界面上，范圍是0~10，根據(jù)浮點(diǎn)數(shù)的大小，來判定天線是否進(jìn)入遮擋區(qū)，如當(dāng)信標(biāo)強(qiáng)度小于3時(shí)，確定天線進(jìn)入遮擋區(qū)，再以PostThreadMessage的方式發(fā)送消息給CThrea-dModem線程。建立CThreadModem線程，運(yùn)用SNMP網(wǎng)絡(luò)編程，在In-itInstance函數(shù)中，初始化調(diào)制解調(diào)器SNMP相關(guān)參數(shù)，創(chuàng)建兩消息響應(yīng)函數(shù)OnGetParam_Modem用來獲取設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，和OnSetParam_Modem用來接收由CThreadBeacon線程發(fā)送過來的消息，根據(jù)消息的附加參數(shù)和當(dāng)前調(diào)制解調(diào)器的狀態(tài)，確定發(fā)送關(guān)閉或開啟載波的指令。
4結(jié)語
