卫星通信论文模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇卫星通信论文，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

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1.2信号处理通过监控软件完成，为了不占用更多的主线程资源，监控软件分别建立两个独立的线程CThreadBeacon信标机线程类和CThreadModem调制解调器线程类，通过这两个线程的通信处理载波的关闭与开启。当确定天线进入遮挡区后，CThreadBeacon信标机线程根据当前的信标强度和调制解调器载波发射的状态，发送打开或关闭载波的消息给CThreadModem线程。CThreadModem线程主要有两个作用，一是读取调制解调器当前的参数，明确设备的工作状态，二是负责接收由CThrea-dBeacon线程发送过来的消息，根据消息的具体内容，向调制解调器发送相应的控制指令。

车载站在载波发射的行进中，如遇到高大的货车或小面积的建筑遮挡瞬间遮挡时，这时关闭载波是不必要的，故在信标机线程中，设定当遮挡超过10s后发送关闭消息给调制解调器线程，进而关闭载波发射。同样在离开遮挡区超过5s后发送开启消息给调制解调器线程，进而开启载波发射。具体流程见图1“载波自动关闭流程图”。

2实现过程

软件以visualc++6.0作为开发编译环境，在基于对话框的应用程序界面中，运用多线程串口通信编程和SNMP网络编程方法，利用线程间通信机制，完成载波自动关闭功能。软件启动时，建立CThreadBeacon线程并启动运行，运用串口通信编程，在InitInstance函数中，初始化串口参数，线程中使用定时器，频率为300ms，按照通信协议格式，以查询方式读取信标强度，经过适当处理后，以浮点数显示在监控界面上，范围是0~10，根据浮点数的大小，来判定天线是否进入遮挡区，如当信标强度小于3时，确定天线进入遮挡区，再以PostThreadMessage的方式发送消息给CThrea-dModem线程。建立CThreadModem线程，运用SNMP网络编程，在In-itInstance函数中，初始化调制解调器SNMP相关参数，创建两消息响应函数OnGetParam_Modem用来获取设备当前状态，和OnSetParam_Modem用来接收由CThreadBeacon线程发送过来的消息，根据消息的附加参数和当前调制解调器的状态，确定发送关闭或开启载波的指令。

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1.2卫星通信的一些劣势主要的方面有：（1）延迟现象比较常见。（2）传播过程中由于信号较差，容易出现信号中断的现象。（3）终端产品的选择面不广。

2卫星通信产品的多址体制方式的选择

卫星通信由于具有广播和大范围覆盖的特点，因此，特别适合于多个站之间同时通信，即多址通信。多址通信是指卫星天线波束覆盖区内的任何地球站可以通过共同的卫星进行双边或多边通信。目前比较常用的两种卫星通信多址体制方式为：TDM-FDMA（时分复用-频分多址）和MF-TDMA（跳频-时分多址）。（1）多址体制方式一：TDM-FDMA。（2）多址体制方式二：MF-TDMA。

3卫星通信在铁路应急通信中的应用网络架构

有时候会因为遇到突发性、严重的自然灾害、人为因素导致其他所有通信手段无法使用时，而应急指挥中心又急需现场相关资料，这时就可以利用卫星通信覆盖区域广和快速部署的优势将信息发送到应急指挥中心。常规卫星系统现场接入方式可以分成两种：一种是车载型，一种是便携型，这两种卫星接入方式可以视现场情况而定。而对于铁路应急通信人员来说，以上两种接入方式均可以采用，但在到达应急现场后，还需要在现场对卫星接入设备进行开设，考虑操作使用人员的技术水平和熟练程度，选择自动对星的车载或便携卫星设备就显得非常的方便，可确保快速建立通信链路保证通信。

事发现场人员要将信息传送到应急指挥中心，在铁路应急卫星通信系统网络建设时，可根据实际情况需要，按下文所述三种方案进行建设，如图1所示。

方式一：在中国铁路总公司应急中心建立卫星地面通信站，这样就可以通过应急指挥中心收发数据，再通过地面的有线网络传输到需要数据的各路局应急指挥中心。这种方案对于现代网络资源的应用比较充分，但在遇到一些突况时，数据可能无法通过地面有线网络传输到需要数据的各路局应急指挥中心，这就导致可能会出现一些无法预知的情况。

方式二：在各个路局的应急指挥中心建立卫星通信站，这样就可以在发生状况时迅速的将数据发送到各路局的应急指挥中心，同时各路局也能够及时的下达指令，进行相关问题的处理。这样做的好处是各路局应急指挥中心能及时掌握应急现场状况，但不利的是其建设费用将会大大增加。

方式三：在中国铁路总公司应急指挥中心以及各路局应急指挥中心均设置卫星通信站，这样一来，无论发生什么灾害情况，各路局应急指挥中心与中国铁路总公司应急指挥中心都可以实时掌握事发现场情况。这样做的好处不言而喻，但其建设费用也无疑会昂贵很多。

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我厂在2008年“5.12”特大地震发生后，微波站房屋损坏、电源中断，蓄电池损坏，铁塔倾斜；光缆全被打断，通信机房倒塌等所有通信系统全部损坏。六月初首先在映站建立一个卫星小站，在整个抗震救灾过程中，保障了通信畅通，使救灾工作得以顺利进行。但在使用过程中，该卫星通信系统有明显不足：①延时太大，无法及时进行相互交流，让人很难受；②经常无故“死机”，需重新启动语音网关才能恢复正常通信；③小到中雨就中断通信。虽然有这些缺点，但是在震后，泥石流频发，通信线路经常被打断，或是道路被冲毁（故地埋通信光缆也不现实），危险性太大根本无法架设线路，卫星通信的优势就非常明显地体现出来。在恢复重建中，这是一种不可或缺的重要通信手段，我们把缺点尽量进行完善，来满足人们的通信需求。比如延时大的问题，就可由双跳改为单跳，延时就会明显改善，让人能够接受。还有将天线尺寸加大，只要不是暴雨，通信还是能保障畅通。总之卫星通信对震后恢复重建中的我厂来说，还是一种重要的通信方式，对及时了解灾情，指挥救灾能起到关键作用。

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1.1.1空间段空间段包括通信卫星以及地面用于卫星控制和监测的设施，即卫星控制中心，及其跟踪、遥测和指令站，能源装置等。

1.1.2地面段地面段包括所有的地球站，这些地球站通常通过一个地面网络连接到终端用户设备，或直接连接终端用户设备。地球站的主要功能是将发射的信号传送到卫星，再从卫星接收信号。地球站根据服务类型，大致可分为用户站、关口站和服务站3类。

1.2卫星通信系统的工作过程卫星通信系统地球站中各个已调载波的发射或接收通路经过卫星转发器转发，可以组成多条单跳或双跳的双工或单工卫星通信线路，整个通信系统的通信任务就是分别利用这些线路来实现的。单跳单工的卫星通信系统进行通信时，地面用户发出的基带信号经过地面通信网络传送到地球站。在地球站，通信设备对基带信号进行处理使其成为已调射频载波后发送到卫星。卫星作为中继站，接收此系统中所有地球站用上行频率发来的已调射频载波，然后进行放大和变频，用下行频率发送到接收地球站。接收地球站对接收到的已调射频载波进行处理，解调出基带信号，再通过地面网络传送给用户。为了避免上下行信号互相干扰，上下行频率一般使用不同的频谱，尽量保持足够大的间隔，以增加收发信号的隔离度。

2卫星通信所使用的频率

卫星通信所用的频率大多是C频段和Ku频段，但是由于业务量急剧增加，这两个频段乃至1—10GHz的频段都显得过于拥挤，所以必须开发更高的频段。现已开发出Ka（26—40GHz）频段，其带宽是3—4GHz，远大于上述两个频段。

3卫星通信的基本参数

3.1有效全向辐射功率：也称等效全向辐射功率，其定义为发射机发出的功率与天线增益的乘积。

3.2噪声系数和等效噪声温度：噪声系数，定义为接收机的输入信噪比与输出信噪比的比值，它用来表示接收机噪声性能的好坏。根据噪声理论，电子元器件内部的电子热运动和电子不规则的运动都将产生噪声，而且温度越高，噪声越大。所以接收机的噪声可用等效噪声温度来衡量。等效噪声温度是假设接收机输入端接一等效电阻，该电阻在一定温度下与该系统实际产生的噪声温度相同的热噪声。

3.3载噪比：卫星通信线路中的载波功率与噪声功率之比，是决定卫星通信线路性能的最基本的参数之一。

3.4地球站的品质因数，定义为接收机天线增益与接收端系统噪声温度之比。

3.5卫星转发器饱和通量密度：表示卫星转发器的灵敏度，其基本含义是，为使卫星转发器单载波饱和工作，在其接收天线的单位面积上应输入的功率。

3.6门限载噪比：为保证用户接收到的话音、图像和数据的质量达到一定要求，接收机所必须得到的最低载噪比，也是门限载噪比的含义。

4卫星通信与互联网

互联网是全球最大的多媒体商用网络、信息库和数字媒体。互联网和数字技术的发展使得所有信息内容都在网上实现，特别是数字音视频技术使得可以在互联网上看电视听广播[3]。由于卫星通信具有三维无缝覆盖能力、远程通信、广播特性、按需分配带宽，以及支持移动性的能力，成为互联网摆脱自身诸多问题的一个重要途径，也是向全球用户提供宽带综合互联网业务的最佳选择[4]。基于卫星的互联网是卫星直播、数字音视频、互联网的有机结合，作为一个开放、宽频、实时广播的网络平台，可以提供以下服务。

4.1宽带互联网接入，可根据使用者的需求，通过地面网络和卫星线路回传。

4.2多媒体服务，比如网页内容投递、内容镜像、缓存、数字电视、商务电视、流式音视频、软件分发(更新)、远程教学、信息商亭等。

4.3交互式应用，如视频点播、网上学习、网上游戏等。卫星通信与互联网结合能够带来很多益处，同时也应注意到，卫星系统和现有互联网地面基础设施之间的结合存在着互操作性问题，再设计和实现基于卫星的互联网时还存在许多技术挑战。

5卫星通信与导航定位系统

该系统是以人造卫星为导航台的星基无线定位系统，其基本作用是向各类用户和运动平台实时提供准确、连续的位置、速度和时间信息。目前该技术已基本取代无线电导航、天文测量和大地测量，成为普遍采用的导航定位技术。拥有此技术及能力，国家就会在政治、军事和经济等诸多领域占据主导地位，因此世界各大国不惜花巨资发展这一技术。1958年美国为解决北极星核潜艇在深海航行和执行任务中的精确定位问题，开始研究军用导航卫星，命名为“子午仪计划”，从1960年起就取消了无线电导航，第二代导航系统即———GPS(GlobalPositioningSyitem)便应运而生。俄罗斯的GLONASS(GlobalNavigationSatelliteSystem)是继GPS之后又一全球卫星导航系统，欧盟与欧空局也开发了新一代卫星导航系统———伽利略（Galileo）系统，习惯上称其为3G（GPSGLONASSGalileo）系统。我国的导航定位技术始于GPS，从2000年10月开始，我国发射了多颗导航卫星，命名为北斗卫星导航系统，现已覆盖我国及周边地区，预计2020年前后覆盖全球。

6卫星与激光通信

卫星与激光通信是利用激光光束作为信息载体在卫星间或卫星与地面间进行通信。经过多年探索，卫星激光通信已取得突破性进展，逐步成为开发太空、利用广阔的宇宙空间资源提供大容量、高数据率、低功耗通信的最佳方案，对于国防及商业应用都具有极大的价值。其原理是信息电信号通过调制加载在光波上，通信双方通过初定位和调整以及光束的捕获、瞄准和跟踪建立起光通信链路，然后在真空和大气中传播信息。其组成有激光光源子系统、光发射/接收子系统、APT子系统和其他一些辅助系统，其工作过程如下：

6.1发射过程。使用不同的激光器，产生信号光和信标光。经准直系统对激光进行光束准直后，具备了合适的发射角，2束光由合束器合成1束光，然后经分光片、精对准机构和天线发射出去。

6.2接收过程。接收到的光经过天线和分光片后，信标光一部分到达粗对准探测器，由粗对准控制器控制和驱动电路控制粗对准机构，完成粗对准和捕获；信标光另一部分经精对准机构、分光片、分束片到达精跟中踪探测器，由精对准控制器控制精对准机构，完成双方的精确对准和跟踪。信号光由信号光探测器检测。

7卫星与量子通信

卫星搭载量子通信技术，能够使人们借助外太空的卫星平台，建立星地高效自由空间量子信道，实现量子保密通信、星地量子纠缠分发、量子隐形传态实验。我国拟在近期发射量子通信卫星，在卫星平台应用量子技术的能力将达到世界领先水平。

7.1星地量子通信通过自动跟踪瞄准系统在高速相对运动的地面站和卫星终端之间建立高效稳定的量子信道，地面站随机发送H/V和+/-四种偏振状态的单光子信号；接收端接收量子信号，并随机选择H/V或+/-基矢对单光子信号进行测量；测量到足够的量子比特后，接收端将通过经典信道通知发射端其每次测量所用的基矢，抛弃所用基矢不一致的测量结果；接收端再将基矢选择一致的测量结果取一部分在经典信道公布出来供发射端校验。通过这一过程就可以在星地之间建立安全的量子密钥。

7.2星地纠缠分发将纠缠光源放在卫星上，通过搭载在卫星平台上的望远镜系统和自动跟瞄系统同时与两个地面站之间建立量子信道。将纠缠光子对的两个光子分别发送给两个地面站，两站在满足类空间隔条件下分别对纠缠光子对进行独立测量，观测量子纠缠现象。

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2应用举例

卫星固定通信台站天线口径大波束窄，对天线伺服系统的自动跟踪性能要求较高，为确保通信效果，需定期测量卫星天线系统的自动跟踪性能，传统的测试方法需用频谱仪在射频方舱内测试，且测试结果保持和记录都不方便，利用本系统可以方便进行远程测试，而且可以将测试结果保存在数据存储单元中，方便后续查询和参考。卫星天线跟踪性能测试流程如下：（1）调整卫星天线使其对准通信卫星；（2）在监控主机上按下述过程设置频谱仪；a)按卫星信标频率设置频谱仪中心频率，设置SPAN为0到100KHzb)根据信标信号的电平变化范围设置Sacle/DIV，以使测量过程中的载波电平变化始终落在频谱仪的可显示电平范围内c)根据信标频率稳定度，选择尽可能窄的RBWd)根据载波的峰值频率和功率，调整频谱仪的中心频率和参考电平e)利用键盘调窄SPAN，重复4f)重复5，将SPAN调整到最小g)将SPAN置0，使载波显示谱线作水平运动h)输入扫描时间，确定扫描长度（3）用手控方式调偏卫星天线的方位角和俯仰角，频谱仪显示谱线的电平将随天线偏离卫星而下降（4）启动天线自动跟踪功能，观察卫星信标电平随时间的变化，记录自动跟踪天线的对星过程以及跟踪速度和精度（5）存储记录数据，重复3、4步骤，多记录几次测试结果，分析卫星天线自动跟踪性能。

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2备件性能检测系统

基于上述备件维护管理策略可知，要实现地球站收发设备备件的离线性能检测，拟设计构建备件性能检测系统，以对备件性能的长期稳定性进行测试与维护，使更换备件的上线成功率达100%，确保更换备件的可用性和可靠性，从而为卫星通信系统的连续稳定运行提供可靠保障。地球站收发设备的备件分为系统级备件和部件级备件，其中系统级备件是指具备集成为有线闭环测试系统条件的备件，部件级备件是指不具备集成为有线闭环测试系统条件的备件。依据收发设备的备件分类情况，可将备件性能检测系统分为系统级备件性能检测系统和部件级备件性能检测平台，组成框图如图1所示。

2．1系统级备件性能检测系统

备件性能检测系统是针对具备集成为有线闭环测试系统条件的备件进行测试的平台，其设计思想是:利用信息产生器及模拟转发器将地球站的发送链路和接收链路的部分零散备件集成为一个自发自收的有线闭环检测链路，用来完成系统级备件的加电测试，并通过监测环路时延值达到对备件的检查与维护，确保更换备件的可用性和可靠性。同时，可完成返修设备及新增设备的验收考核测试、新进人员的业务培训、模拟故障处理演练等任务，具体组成框图如图2所示。

2．2部件级备件性能检测平台

部件级备件性能检测平台是针对不具备集成为有线闭环测试系统条件的备件进行测试的平台，其设计思想是:利用信号源、频谱仪、矢量网络分析仪、逻辑分析仪、功率计等测试仪器对零散的部件级备件进行定期检测维护和指标测试，以确保部件级备件的可用性和可靠性。同时，可作为新购置备件的验收测试平台，具体组成框图如图3所示。

3备件管理系统

3．1备件管理系统的体系结构

对于地球站收发设备的备件设备的管理，传统的管理方法是直接将备件设备放入库房，需要时人工从繁杂的备件设备中查找需要更换的备件设备，费时费力且延误备件上线时间，降低了系统不间断运行的可靠性;并且在系统备件状态发生变化时，表格记录形式无法得到及时更新，容易造成管理上的混乱。因此，为提高备件的使用效率，解决备件分散和备件存取造成的管理混乱等问题，本文建立备件管理系统，通过构建备件信息数据库，设计实现备件出入库管理和备件档案管理流程，实现备件设备信息的科学管理，并为地球站装备管理和采购提供数据支持。备件管理系统的体系结构如图4所示。

3．2备件管理系统的功能模块

本文从系统实用性出发，对信号收发备件管理系统进行需求分析，将系统功能模块划分为基本信息管理、备件库存管理、备件计划管理、使用信息管理、查询统计管理、系统信息管理等几个部分。系统各模块的功能如下:(1)基本信息管理基本信息管理用来设置系统的基础数据信息，如用户信息、备件信息、备件供应商信息、仓库及库位信息等，以便为其它的管理模块提供一个统一规范的基础性数据，并且方便系统的维护。(2)备件库存管理备件库存管理是备件管理系统最为重要的管理模块之一，该模块涵盖了备件从入库到出库之间的全部业务流程，主要实现对备件入库管理、备件出库管理、备件档案管理、库存备件明细、库存备件汇总以及库存报警等的管理。(3)备件计划管理备件计划管理主要实现备件采购计划工作中的备件计划、备件需求统计等功能。(4)库房管理库房及存放柜管理是对备件存放的直接映射，通过库房信息以及备件存放位置的信息，方便快捷地将备件定位到库房存放柜中，解决了原始的纸面记录或无库存记录造成的弊端。(5)使用信息管理使用信息管理主要记录备件上机使用情况，为合理采购备件，提供了第一手资料。(6)查询统计管理查询统计管理可提供灵活多样且直观的查询统计方式，统计出的数据准确可靠，用户可以通过统计汇总出各个备件的库存、维修、使用等数据，为领导决策提供依据。(7)系统信息管理系统信息管理主要完成对信号收发备件管理系统的用户信息和用户密码修改的管理。

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2战略与基础设施模块垂直过程分组细化设计

战略与基础设施模块垂直过程分为战略和基础设施生命周期管理两个垂直过程分组，如图3所示。战略指出了为开发和实现某个特定市场战略所需的资源建设重点任务，基础设施生存期管理过程驱动和支持为客户提品。它们的重点是满足客户对商务的期望，包括为客户提供的产品或服务、支持运营服务的基础设施，或者在企业为客户提品的过程中涉及的供应商或合作伙伴。（1）战略。该过程负责制定支持产品服务和基础设施的战略，还负责在企业内为实现这些战略而建立的规划方案的落实实施。它覆盖了市场、客户、产品服务和资源各种层次的运营，通过所基于的服务和资源及涉及到的供应商/合作伙伴来满足客户需求。战略高度重视分析研究，其给出企业内专门的业务战略和业务购入策略的侧重点，战略实现的成功与否需要进行有效性跟踪，并且在必要时做相应的调整。（2）基础设施生命周期管理。基础设施生命周期管理负责对基础设施的性能进行评估，并确定新的基础设施或新服务引进开发和建设部署，从而为满足市场和客户需求的运营服务提供支撑。因此，基础设施生命周期管理对客户需求响应和提供企业竞争力具有重要的意义。

3战略与基础设施模块水平过程分组细化设计

与运营和服务模块的四个水平分组相对应，战略与基础设施模块也有四个水平的功能过程分组：营销和定价、业务规划和建设、资源规划和建设、供应链开发和管理。这四个水平的功能过程分组为战略与基础设施模块的垂直过程分组提供支持。如图4所示。（1）营销和定价。该部分包含制定和实施营销和定价策略、开发新的服务和产品、管理已有的产品等所有必须的功能。在竞争越来越激烈的卫星运营市场，革新的速度和品牌的认同决定了企业的成功，因此营销和定价管理是很重要的业务过程。（2）业务规划和建设。为运营过程提供支持，强调业务的计划、开发和交付。它包括制定业务生成和设计的策略；管理和评估现有业务的性能、确保有相应的能力以满足未来业务发展的需要。（3）资源规划和建设。为运营过程提供支持，强调卫星资源等基础设施的规划、建造和交付。主要包括卫星资源建造、知识共享库建设和基础设施配套互联互通，管理和评估现有资源的性能，确保拥有可满足未来业务发展需要的资源能力。（4）供应链开发和管理。强调企业与供应商及合作伙伴的交互，负责建立和维护企业与供应商及合作伙伴之间的所有信息流和资金流，确保企业能够选择最好的供应商和合作伙伴；确保企业有相应的能力与它的供应商和合作伙伴进行交互；确保供应商和合作伙伴能够及时地交付所需要的产品，并且供应商和合作伙伴对企业的整体的性能和贡献优于垂直集成的企业。

4企业管理模块分组细化设计

企业管理模块是为完成卫星通信企业所进行的任何商业运行所必须的基本的业务过程，我们将卫星运营企业管理划分为若干功能部分，主要包括企业发展规划，品牌管理、市场调研和广告，财务和资产管理，人力资源管理、利益相关者和外部关系管理，企业质量管理、流程、IT规划和架构，知识管理和党群纪检管理，如图5所示。

5卫星通信业务基本框架的系统集成

卫星通信业务基本框架通过自顶向下和分层分级分解方法，描述了整个卫星通信业务运行过程，涵盖了卫星通信企业的完整业务链，包括卫星基础设施、运营服务、卫星建造商、卫星应用供应商和合作伙伴等部分，形成了一个全方位的卫星通信业务框架模型，如图6所示。同时，我们可通过分层分级分解方法，根据任务需要，对卫星通信业务基础框架模型各个过程开展更进一步细化和发展，形成更为详细的卫星通信业务基本框架第二层级视图，如图7所示。此外，在基础框架的一、二级视图基础上，我们可以进一步细化和描述业务关键环节，很简便的绘制出各关键环节的直观流程图。综合以上研究成果，我们认为，卫星通信业务基本框架提供了一个企业内部整体活动图景的全方位描述，可结合运用钱学森综合集成思想，以基本框架为指导，利用信息网络技术，以人机集合的方式，开展卫星通信业务的运营管理平台建设、企业知识共享库建设、流程重组、机构优化调整等现实工作，助力企业实现运营管理的流程化和智能化，进一步提高运营效益和服务水平。本文所建立的卫星通信业务基本框架强调以客户为中心，面向外部客户提供业务交付。可为卫星通信企业的高层决策者提供了一个便利的评估工具，可以用于评估、指导整个企业的业务活动，使得企业中的所有组织都能够识别企业职责范围内的重要生产管理过程；为卫星通信运营服务的规范标准化、流程化、高效化服务提供思路；并能够以一种低成本高效率的方式实现企业自动化，增强服务提供商的企业管理能力，为企业提质增效打下坚实的基础。卫星通信业务基本框架的主要优点和功能还体现在：一是在战略方面体现了对卫星和其他软硬件基础设施资源的全生命周期管理和一体化管理的理念。二是在运营方面体现了面向客户关系管理、对客户提供端到端的快速的服务交付和营销理念。三是在企业管理流程方面明确标识了企业管理流程，把企业管理流程和运营、战略作为一个整体，以便企业中的每个人都能够确定其关键流程，从而使整个企业在流程框架中高效运行。

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2组合导航姿态估计模型的建立

为降低系统实现的复杂程度，采用位置和速度的松组合模式，这种模式有两个优点：（1）动中通姿态估计系统工程实现容易，组合导航算法的计算量小、实时性好；（2）GPS和INS两个系统保持独立工作，当其中某个系统出现故障时，系统可继续保持工作，有效地保证了算法的连续性。选取惯性导航系统的基本方程和四元数随时间的更新方程作为系统方程。系统的可观性是考察卡尔曼滤波器性能的重要方法，对于一个完全可观测的系统，状态估计的效果取决于系统噪声和测量噪声；然而对于状态不可观测的系统，即使噪声的影响很小甚至可以忽略时，仍然得不到状态的精确估计。由组合导航姿态估计的速度误差方程可知，横滚角和俯仰角可以通过位置和速度信息间接可观，而航向角的可观性取决于载体的机动特性。因此，组合导航姿态估计航向角可观性弱，姿态角估计精度低、易发散，仅使用组合导航算法无法获得精确的姿态角估计值。单基线GPS在路况较好的情况下可以提供精确的航向信息[10]，因此，当单基线GPS有效时，可以利用单基线GPS航向角作为外部观测量，改善航向角的可观性，提高航向角的估计精度。

3算法实现

3.1开关自适应UKF组合姿态估计算法单基线GPS对空视环境提出了严格要求，当移动卫星地球站在行驶过程中GPS信号受到遮挡时，单基线无法输出精确的航向角。若单基线GPS中的一个GPS天线可以输出速率信息，此时，可以利用单天线GPS的航迹角进行辅助。在载体直线行驶时，单天线GPS测量得到的航迹角与载体的航向角一致，但是当载体转弯时，侧滑角会对航向角估计值产生干扰，使得航迹角与真实航向角之间产生偏差，此时，不可以使用单基线GPS的航迹角作为辅助手段。当检测到载体转弯时，可以通过陀螺积分短时间维持姿态角的有效输出。综上所述，根据GPS的使用特点和移动卫星地球站载体的行驶路况，设计自适应组合导航算法，判断规则。当单基线GPS收星数目大于，即能够提供航向信息时，算法通过单基线GPS航向角辅助进行姿态估计；当单基线GPS收星数目小于，即单基线GPS不能提供航向信息时，利用GPS航迹角辅助观测；当单基线输出信息全部无效时，利用陀螺的短时精度保持系统的有效输出，系统的原理如图2所示。

3.2参数切换UKF组合姿态估计算法扩展卡尔曼滤波（ExtendedKalmanFilter,EKF）是姿态估计领域应用最为广泛、最为成熟的非线性滤波方法，但是其存在线性化误差，且当线性化假设不成立或初始误差较大时，滤波器性能会下降甚至发散。此外，EKF需要计算状态方程的雅可比矩阵，计算复杂、不易实现。无迹卡尔曼滤波（UnscensedKalmanFilter,UKF）是一个以最优高斯近似的卡尔曼滤波器架构为基础所发展的递归式最小均方根误差估计器，估计精度高，无需计算雅克比矩阵、计算量适中，满足动中通天线波束指向要求，因此选取UKF作为姿态估计算法。UKF滤波算法是基于UT变换的卡尔曼滤波算法，其基本思想是用一定数量的样本通过UT去近似系统的真实分布，由被估计量的先验均值和方差产生一批离散的与被估计量具有相同的概率统计的采样点，其经过非线性变换后，生成后验的均值和方差，基于参数切换的组合导航采用UKF算法步骤如下。

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二、二次变速方法

由于忽略了各模块内部的处理时延，上节描述的传统方法的时延，在一次变速的限制下已减至最小。观察图2发现，Dt的长度正好是分组编码附加的全部监督码元的长度。也就是说，除了首个码组的信息码元是无延时地输出外，其它码组的信息码元都是被延时后再输出的。随着分组编码不断在码组后插入监督码元，越靠后的码组的延时就越大。要想减少该延时，就必须把首个码组进入编码模块的时刻尽量提前。观察图3同样发现，虽然最后1个码组的解码结果的最早输出时刻是固定的，但其它码组的结果若能尽早输出，就可以减小时间差Dr的长度。当然全部码组的输出仍然要互相连接不能分离，供信息解帧模块使用。为此本文提出一种二次变速的方法，在信息速率和信道速率之间增加中间速率，用于成解帧和编解码的部分处理。通过将码组尽早输入或输出分组编解码模块，进一步减小调制解调时延，新方法的成解帧时序分别如图4和图5所示。图4中，信息速率为3kbps的连续数据流经缓存后，被提速至中间速率3.625kbps进行信息成帧，并送入分组编码模块。同样不考虑编码延迟，即监督码元可在高速时钟下得到。当分组编码模块使用信道速率输出时，Dt的长度正好是最后1个码组的监督码元的长度。其它码组在中间速率的作用下，与传统方法相比，因为提前进入了编码模块，已经被提前输出了。在每帧包含多个码组的情况下，新方法在发端减少时延的效果将更加明显。图5中，通过在分组解码模块的输出端使用中间速率，与传统方法比较，虽然最后1个码组的开始输出时刻不变，但其它码组的开始输出时刻被提前。继续使用该中间速率进行信息解帧后，缓存降速至信息速率的开始输出时刻也就被提前了。简单计算可知，此时的Dr约为104.8比特(信道速率)。显然，中间速率越小，Dr的值将越小。若码组的信息码元数不变，每帧包含的码组越多，Dr的值也将越小。

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1．2性能分析CFDAMA基本接入方式能够实现较好的时延/吞吐量性能。CFDAMA－PA成功的将按需分配和自由分配结合在一起，采用固定预约时隙分配的形式来保证用户接入的公平性和实际业务需求量，在信道负荷较低的时候，其平均时延和固定分配方式保持一致，在信道负荷逐渐增大和接入用户数变化较大时，存在资源利用率下降的问题。CFDAMA－RA在低信道负荷时由于采用的竞争方式进行接入，对信道利用率更高，但对于用户接入的公平性却不能保证，并且存在接入过程中的碰撞，在高信道负荷时碰撞概率逐渐增大，平均时延性能也急剧下降。CFDAMA－PB通过对上行数据帧结构的改进，减小了用户发送预约时隙请求的间隔时间，但随着信道负荷的增大，某些用户会因为其他用户预约请求的资源占用导致无法发出预约时隙请求，同样不能保证接入的公平性。因此，如何保证用户的接入时延和接入过程中的公平性，成为本文的一个研究重点。

2CFDAMA－PRI

2．1CFDAMA－PR由于当前网络数据业务大多突发性较强并且业务类型呈现多样性，抽象出来这类数据业务流通常用ON－OFF信源模型来表示［5］。而在此信源模型的情况下，数据业务具有很强的突发特性，用户的预约时隙请求也带有很强的随机性和不确定性。基本的CFDAMA接入方式此时由于多次请求造成的再分配策略和预约请求的冲突概率增大，在信道负荷较高和接入用户数逐渐增大时，其性能受到明显的影响。CFDAMA－PR协议在用户时隙申请阶段对发送队列的堆积状况进行判断，比较当前时刻和上一时刻发送队列中数据分组的差值Δ，如果Δ＞0表示当前发送队列有数据包的堆积，则通过加权的方式向星上调度器发送更多的预约时隙请求［6］。该协议的好处在于实际应用中可以根据用户发送队列的堆积情况获得更多的分配时隙，能在突发数据分组到来情况下实时的将新的数据分组发送出去。因此，本文在CFDAMA－PR的基础上提出了基于用户优先级排序的改进协议CFDAMA－PRI，优化星上调度算法，进一步保证接入的时延性能和接入的公平性。

2．2用户优先级排序在对CFDAMA－PRI优先级排序的详细描述过程中，设置如下的参数。在卫星收到上行链路帧之后，进入星上处理的优先级排序阶段。资源调度器的按需分配表如表1所示，每个预约用户都含有优先级条目，卫星在收到上行帧之后，首先获取每个用户的预约时隙数，按照从高到低的顺序对用户进行排序并设置优先级号prinumber_i，优先级号越小代表当前用户申请的预约时隙数越多，然后根据优先级号从小到大的顺序依次将用户ID填入按需分配表中，因为有预约时隙申请并且foreslots_i＞0的用户排在按需分配表的前端，所以由表1可以看出，a≤k。如果frame_slotsremain＞0，代表当前还有剩余时隙可供自由分配，此时资源调度器实施按需分配方式，将已经分配过的用户从按需分配表中删除，同时在自由分配表中将该用户移到表的尾端，按需分配完成之后，资源调度器为自由分配表中的用户轮询分配剩余时隙，直到将剩余时隙分配完。由于按需分配中用户的优先级设置，有预约时隙申请的用户在自由分配表的尾端仍然是按照优先级号从小到大的顺序进行排列，这样可以保证在轮询的过程中时隙需求量大的用户仍然可以得到更高的时隙分配权。CFDAMA－PRI的下行帧同样分为控制部分和数据部分，如图3所示，资源调度器根据按需分配表中各个用户优先级号从小到大的顺序将响应信息填入相应的时隙中。当用户收到下行链路帧时，时隙请求量越大的用户就能越快的获取卫星的分配时隙。

3仿真分析

本文采用OPNET仿真平台［7］，将基本的CF-DAMA－PA、CFDAMA－PR和改进的CFDAMA－PRI进行对比仿真。具体的仿真参数设置如表2所示。对信道负荷固定但用户数目变化条件下的仿真结果进行分析，目的是为了得出CFDAMA－PRI的时延性能和在用户接入公平性方面的优越性。选取信道负荷为0．8，用户数目依次为5、10、20、40、80，CFDAMA－PA的预约时隙数为20，得到的仿真结果如图5、图6所示。由仿真结果可以看出，当系统中用户数不断增大时，由于CFDAMA－PA在一个链路帧中仅使用了一部分时隙用作预约请求时隙点，那么更多有请求的用户就无法通过预约时隙点接入链路帧，加之信道负荷较大，突发数据强，用户申请时隙的不确定性也大。如果增大预约请求时隙数的比例也会以牺牲数据时隙为代价，平均时延和队列的分组累积同样会增加。CFDAMA－PRI则采用CFDAMA－PR对信源突发数据分组的计算方法，并使用优先级排序的方法对时隙需求量大的用户给予更高的时隙分配权，确保了用户的可接入次数，降低了时延，提高了接入公平性。