卫星数字信号（共8篇）
卫星数字信号 篇1
从上世纪九十年代开始,卫星数字电视直播业务就呈现较好的突破与发展趋势,仅从家用数字卫星接收设备来看,其中蕴含商机是无法预估的,并且数字广播接收设备一定要使用价格较为昂贵的信号源实施工作,使用相应的计算机软件,使其能够产生符合相应规范标准的数字信号,这样就能够有效降低相应的生产成本,增强其灵活性。
1 简述
在数字广播电视中DVB信号编码能够被分为信道编码与信源编码两个部分。现阶段国内信源编码主要使用的MPGE-2标准进行的,但在信源编码中传播媒体的性质存在差异。就DVB-S卫星数字电视来说,在欧洲远程通讯标准规定下,信道编码除了能源扩散、RS编码以及交织之外,就能够使用滚降系数的值对其基带滤波器以及载波调制器等进行调制。依照这样的标准,在实施编码的时候,滚降滤波器之前的信号都属于一般概念数字信号,尽管能够使用软件对其进行处理,但这种处理方式较为复杂,很难运用软件实现整个步骤,这之后产生的滚降滤波以及QPSK载波等就能够依据相应的标准要求进行,经由任意信号发生设备对符合标准要求的数字视频信号等进行,并且这一信号应该能够被测试性能的。
2 原理
2.1 正交幅度的调制——MQAM
MQAM是一种能够经由相位结合以及幅度调试方式进行的,并且信号矢量端点位置集合位置分布较为合理。这样就能够有效应用信号平面进行。这里可以将MQAM中M=2n (n=1,2,3,4……),将n看成是偶数,当MQAM看成是星座的矩形图,这样就能够建立相应的表行文件。依据选择的调制形式,将输入的“1”“0”作为串行数据,之后将其转换为n进制码数值组,打开相应的表形文件之后,使用查表的形式将进制数码对其进行转组,之后将其转换成为二维数组下面的标准值,之后再进一步进行转变,将其转变成为MQAM的I、Q值,使用两个一维数组作为调制的I、Q码流进行。
2.2 基带成型的函数
假使直接应用矩形脉冲基带的信号作为较为传输的码形,并且在频道受到实际信息中进行传输,这样就能能够接收到数字基带信号波形失真。在实际应用中是使用“升余弦滚降函数”作为基带信号,用Nyquist作为准则,只有这样才能够保障码间不会存在干扰状况。但依照相应的标准就能够使用平方根升余弦滚降滤波器函数进行,这样就能够对其进行定义。
因为码间存在干扰状况,使用相应软件对其进行处理,一定要考虑前后相近三位以上数码对其幅度进行干扰贡献,这样就能够有效保障其精度值。
2.3 任意波形的发生设备
某些公司出品的一些波形发生设备就能够有效模拟宽带,应用特殊的位置对100MHz宽带进行模拟,并且100ps的特性位置分辨率以及独立伪随机白噪声发生设备,使用两个输出阻抗为50Ω的输出通道,并且每一通道都能够使用1M存储器,由6.1 kHz到400 MHz的连续变化性进行,这其中分辨率可以看成是1 Hz。
3 相关软件说明
假设这里编程环境为MATLAB,在次环境中输入串行的二进制码流,并选择已经生成的参数,促使LW420接受标准的MQAM波形数据文件(载频70MHz)。这其中就能够直接适应软盘进行数据传播,之后应用ASCII码的文件并使用GPIB接口对其进行数据传播,再应用“DIF”格式的数据文件进行,这种软件还能够用来生成128QAM、64QAM、32QAM以及16QAM波形文件,详细的软件流程如下:开始之后选择较为合适的参数文件或对相应参数进行定义,选择适合的调制方式,比如4QAM、16QAM、64QAM、128QAM等进行,之后就能够输入“1”“0”码进行,按照相应的调制方式将输入码转换为I、Q码进行,拓展相应数组进行,将I、Q信号内容进行调制,选择相应的数据传输形式,按照不一样的存贮对I、Q以及MQAM信号进行,之后就能够作图,结束整个流程。
使用这一软件能够为其提供窗口式界面,依照程序运行不一样的步骤就能够弹出相应的菜单,通过菜单对其进行说明之后就能够使用这项文件进行,要能够使用鼠标对其进行操作,除去输入二进制码流以及用户自定义相关参数之外,就一定要将整个过程使用鼠标点击完成,完成整项测试项目。
观察下图1使用该软件得到的波形结果,之后经由数字示波器就能够有效观察到输出的波形,具体参数如下所示,主要使用的调制方式就是应用QPSK也就是4QAM进行,之后就能够使用70MHz频谱进行,当码率为6.89MHz进行,这样就是a=0.35,K值为10,这样就能够使用采样频率大约在400MHz,之后就能够使用二进制码流:11000011111000011进行。
4 结语
应用现有的设备仪器,设计并应用这种简易的信号源测试形式,因为其产生的信号与理论方面的内容是相一致的。因此,就能够使用这种调谐器的误码率对其进行评估,这样就能够有效降低其成本,并且这种方式的灵活度较高,使用范围较为广泛。
参考文献
[1]李晨.卫星数字电视干扰识别与监控系统项目研制与实施[D].北京邮电大学,2011.
[2]陈威强.数字视频广播机顶盒系统的设计与实现[D].华南理工大学,2012.
[3]曹锋.直播电视的数字卫星传输系统的研究[D].南京邮电大学,2013.
[4]赵琢.具有录像功能的双频接收数字电视终端的研制[D].山东大学,2013
卫星数字信号 篇2
Ｋｕ波段卫星信号大搜索
有寻星烧友来电询问使用某某尺寸的天线能否收到某某卫星的问题，为了解决这个问题，笔者趁着这几天晴好的天气，用爱好者常用的0.75m偏馈天线，通过自制的Ku波段寻星支架，将天空上的卫星由西向东进行了一次Ku波段卫视信号大搜索。
接 收 条 件
接收器材：中卫0.75m偏馈天线、PBI Gold-1040L10M（9.75/10.6GHz）双本振双极性单输出宽带高频头、同洲CDVB3188C型卫星接收机（V9.15版本）。
接收时间：2005年3月24日。
接收环境：室外，天气晴朗，接收范围内无障碍物。
接收地点：东经118.83°、北纬32.36°的南京某郊区。
准 备 工 作
1、自制寻星活动支架
俗话说，欲攻其利，必先攻其器，市售的Ku波段天线支架，往往为固定一颗星所设计，结构简单，粗糙，调节的稳定性差，精度低，不能满足寻星的要求，于是制作了一个寻星活动支架（图
1、图2 可参见笔者的相关文章），这样寻星时，调节方位角，仰角，极化角就非常顺手，调整也容易成功。
[img]http://N、ESPN等世界知名电视频道，在东南亚收视人数仅低于日本SKYPERFEC TV直播电视系统。国内华南、西南地区拥有极好的接收条件，云、贵地区0.6m、0.75m天线可下，四川中部地区0.9m天线可过门限，而北方的北京、郑州、石家庄、济南等地区则需4.5m的正馈天线方能接收，邻近我地的上海，烧友接收过，需1.8m的偏馈，看来只能望“星”兴叹了。
80°E快车6A该星Ku波段频率范围在K2区内，可采用10.25GHz的高频头或者双本振头，有四套Ku波段转发器，全部是免费节目，非常想收视，但北京的烧友讲用中卫1.5m的偏馈可下，其中11665V 7730信号最强，好时0.9m能下载，估计在南京没有希望，暂时搁置（编者注：该轨位已有新卫星出现，详见本刊本期相关内容）。
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85.2°E国际709自从去年2月份银河卫视直播系统登上该星正式开播以来，使得原本寂寞的国际709，一下子热闹起来，大江南北一时纷纷出现各地的收视报告，不过由于国际卫星覆盖的范围太小，采用的是香港波束，因此接收服务区不大，广东、广西两地可采用0.6m天线；湖南、湖北、浙江、云南等地可用0.75m天线，而四川、上海和我们江苏需要0.9m天线，据说北京的烧友使用2.4m的C波段天线方可接收下来，不过今年年初，直播商发出利好消息：从2月6日至3月31日开始，信号在108.2°E的世卫1号星正式开播，同时保留85.2°E并行传送，3月31日终止85.2星信号，由世卫1号独立担负信号传送。届时银河卫视直播系统将更名为新电视直播系统，并增加频道。毕竟直播商们是以赢利为目的的，转星是为了拓宽信号覆盖面，有更多收视用户群，带来更大的经济效益（编者注：银河卫视在85.2°E国际709号卫星上的播出已终止）。
87.5°E中卫1号 Ku波段只是数据，没有节目，不过信号很强，调星时可作定位参考。
88°E中新1号 该星在东南沿海一带采用0.6-0.75m天线可下，而在我处收视无果，0.75m天线下不来，不过该星没有几套免费节目。
90°E雅玛尔201该星有10990 V 2170、11057 V 26470 两套Ku波段转发器，也都是开锁节目，其Ku波段场强图覆盖我国北方边缘，内地收视无望，四川曾文明烧友曾用2.4m天线收11056 V 26470一组，但余量也不大。
91.5°E马星1号 驻有马来西亚 Astro直播系统，采用Mediaguard加密系统，免卡机可以通过添加KEY值达到条件收视。香港的HKG烧友曾经报告过采用华达2.4m天线，10982 V 30000、11044 V 30000两组全下，11106 V 30000有马赛克现象，而11168 V 30000 未能收下，但在越南只要0.6m的偏馈即可收下，看来卫星波束未覆盖我国，在国内能够收到的只属于旁瓣波束的溢波收视。
95°E新天6号 信号很强，全部可下，频率范围在K2、K5区内，要想收全，须采用双本振头，目前该星Ku波段有三套转发器，其中11676 V 28000这组是从174.0°E国际802中11638 V 28000转来的，现增加到36套节目，采用PowerVu加密方式，其中有一套免费节目ThePentagonCh（美军全球电视网）。另外两组为韩国节目，其中12728 H 26400一组搜索时需要添加PID码，否则只有一套Onnuri TV节目，至今搞不懂韩国节目为什么还在搞PID码玩意。
96.5°E快车AM11 ExpressAM11 该星去年4月26日发射升空，替代了原来在轨的Gorizont 28，该卫星有四个带宽54MHz的Ku波段转发器，在我国除台湾、海南岛和华南部分地区外，其它大部分地区能很好收视，越往北方收视效
果越好，在北京0.55m即可收下。从Ku波段移动波束场强图看出：我地的场强在48dBW左右，收视应该有点希望，于是进行了实际接收，发现信号在门限之间徘徊，图像有马赛克现象，根据表2可以看出，采用0.8m的偏馈应该能够收下，该星和95°E可以实现一锅一头双星。
100.5°E亚洲2号 信号很强，全部可下，为远程教育的数据传送和电视台的新闻连线之用。
105.5°E亚洲3S Ku波段信号场强和亚洲2号差不多，其中信号最强为12662 H 5990这组，信号品质达到99%，有20套广播节目，信号最弱为12534 H 10000数据传送，12659 V 40000为华北四套，原本是从亚洲2号因出现故障而转到该星上来，先前又将原先采用四个转发器（北京：12639 V 6930、山西：12649 V 6930、河北：12659 V 6930、天津：12681 V 6930）的单路单载波（SCPC）方式转为共用一个转发器的多路单载波（MCPC）方式。
108.2°E世卫1号有一首歌唱得好：自从有了你，世界变得很精彩，的确不假，有了银河卫视的登陆，世卫1号变得精彩好看，该星采用的是东北亚波束，从EIRP场强覆盖图可以看出国内大部分地区使用0.75m天线均可接收，在华东地区估计0.45m的天线即可收下。
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110°E百合花2A/2C该星驻有BS日本高清晰度电视，需专用接收机接收。上海以及周边的浙江、江苏等地0.9m天线可以稳定收看，深圳需要1.8m天线。
110.5°E鑫诺1号我国在1999年1月正式启动卫星直播到广大农村的第一期“村村通”工程，租用该星的一个Ku 波段转发器，传播中央电视台节目和广播节目，在此基础之上，成立了CBTV（中国广播电视）直播平台，拥有境内（12380、12440）、境外（12320、12500、12560）两个平台，均采用爱迪德2（I2）加密方式，国内大部分地区使用可0.75m天线均接收。不过实际收视时，发现12500、12560这两组转发器比较难解，信号时有时无，不知是何原因？
113°E帕拉帕C2 信号特强，在国内大部份地区可用0.45－0.6m的天线正常接收。驻有真世界直播系统，采用V 2.5加密方式。
113°E韩星2号原对该星的接收不报希望，南通的烧友电话告知：采用0.9m的中卫偏馈天线、VS9000免卡机，在装有铝合金玻璃窗的封闭阳台内接收，大部分都能接收下来，仅有
一、两个频点在门限附近，其中12457 H 3072 一组信号最强，大余量接收，场强指示条显示80％。听后非常兴奋，于是立刻进行实验，以113°E帕拉帕C2的信号为引导，进入同洲机添加转发器界面，调节了半天发现：当天线调到
最佳位置时，有符码率下载，但信号锁定指示灯不亮，搜索不到节目，宣告接收失败。
116°E韩星3 号该星是韩国国家级电视平台，驻有韩国SKYLife直播系统，其系统的主要股东为大韩通信，KBS韩国广播社，MBC台等；采用NDS（恩迪斯）加密方式。根据场强覆盖图分析：其信号强度以韩国本土为中心呈同心圆状向外递减，我国与韩国临近的东北大部、京、津、冀、鲁、苏、沪等地区，可以使用0.45-0.75m小口径天线接收，其它地区均要用大口径天线才能接收（编者注：华北地区用小口径天线是收不到韩星的）。
烧友告诉我，该星12530 H 27490这组信号最强，调试了半天和韩星2号的状况一样：最佳位置时，有符码率下载，但信号锁定指示灯不亮，考虑到该星采用K3、K4区内，索性进行盲扫，竟然能够接收全部的、采用左旋圆极化波的K3区内节目，十分意外，细想起来，恍然大悟，原来烧友采用的是11.3GHz单本振的高频头，无法接收K3区内节目。接收到的6个转发器信号相同，均为25％，如果插入介质片，相信信号还能提高。网上烧友讲：该星在江苏以北信号都很强，0.75m都可以收视，但用双本振就显勉强，用单本振10.75GHz高频头最佳，但很多参数下载不正常，也有时有时无现象。
122°E亚洲4号该星驻有香港天浪直播系统，已于今年1月7日正式开播，它以港、澳、台等地区的观众为主要服务对象；接收参数为11727 R 24440、11804 R 24440、11881R 24440、11957 R 24440，采用右旋极化；I2方式加密播出，不附有任何免费观赏的节目推广频道。服务区覆盖香港、台湾、华南、华东、西南地区，落地场强 55-56dBw，配合圆极化高频头，港、澳、台等地区使用 0.35m天线即可接收。用线性高频头时信号会有一些衰减，可改用0.45m、0.6m天线，以增强接收效果，补偿高频头不匹配之损耗。另外由于采用圆极化波，隔离度没有了，不论供电是13V或18V，均能收到信号，使得接收调试过程简单。接收时可选用双本振高频头或10.6、10.75GHz的单本振头，4X0系列接收机或支持爱迪德2代的接收机观看。
124°E日星4A和128°E日星3号128.0°E日星3号（PERFEC TV）、124°E日星4A（SKY TV）先后于1996年秋、1998年春开始在Ku波段经营日本的卫星数字电视直播业务，1998年底两大直播系统合并共同经营，名为SKY PERFEC TV，在2000年秋天，144°E超鸟3号卫星直播业务也划入SKY PERFEC TV直播系统，同时停止在144°E超鸟3号上的电视直播业务。日本SKY PERFEC TV直播系统采用NDS加密方式，每月20号为宣传日，大部分开锁播出。与众网友交流得知，在中国东北部沿海区域,用0.9-1.2m天线也只能下载部分频点，在上
海用1.8m偏馈天线才可收视，在我处没有希望。
138°E亚太5号 该星自从去年8月份正式投入商业运行以来，香港有线电视平台、数码天空直播系统、香港艺华直播系统、长城直播系统陆续的进驻，使得该星炙手可热，引发了新一轮接收热潮，可以说称为继亚太2R、马布海2号后又一颗热星。由于功率强大，在国内大部份地区用0.75m以下的天线可正常接收。
香港有线电视平台（HKC Sat），使用12598 V 43000、12720 V 43000 两组转发器，采用Nagra（南瓜）2 加密方式播出，接收机采用韩国产 Humax 专用接收机。
香港艺华直播系统 服务对象主要为东南亚的华人观众，采用12354 V 43000 转发器，通过Conax方式加密播出，该转发器信号最强，在我处用0.35m天线接收应该不成问题。可以采用4X0系列接收机刷成Allcam系统兼容接收，或PANDA－610华人专用机接收。
香港数码天空直播系统(D-SKY)先于去年7月份在亚太2R上，用两组水平转发器（12315 H 30000、12493 H 22425）播出，后于11月份转到该星，采用12302 V 30000和12424 V 30000两个转发器，系统采用Viaccess2.5加密方式。
长城（亚洲）卫星直播平台 我国国有非盈利性卫视平台有两个：一个是针对国内的鑫诺1号的“村村通”工程，另一个就是负责对外宣传的长城卫星直播平台。长城（亚洲）卫星直播平台的服务对象为在亚洲地区的华人、华侨和海外观众，目前有11个电视节目，全部免费播出。期望随着国内卫星直播平台的扩展，首颗鑫诺2号直播卫星的升空（计划明年上半年发射、定点92.2°E），会带来收视政策的松动，而收视国内没有一个境外频道的长城直播，理应无可厚非。
144°E超鸟3号 该星采用的日本波束，信号比日星3号、4A强，垂直波信号略高于水平波束；网上资料宣称：在我地，日本垂直波波束0.9m可下，而水平波波束需2.1m的正馈天线。经过实际接收发现：0.75m天线只能下载部分频点信号，该星信号最强为12688 V 2900（大爱）一组（编者注：大爱、华视等频道使用的是东亚波束，所以才能收到），信号品质可达99%，符码率为21096的四组转发器采用日本波束，在我处的信号品质为25%，其中有两百多套广播节目。
146°E马布海2号该星驻有菲律宾梦幻直播系统，它是菲律宾第一家提供卫星电视直播到户（DTH）服务的公司，成立于97年 4月23日。共开通46 套电视节目及10套广播节目，采用Nagra加密方式，但已被破解，通过免卡机内置的自动升级软件或手动添加KEY值或者卡机插入AUFUN4自动升级卡均可达到有条件（CA）收视。由于大部分国际知名频道进驻该系统，虽然为英文，华语节目仅有两个，但节
目精彩，可看性强，被烧友公认为第二颗热星，在国内东南地区可使用0.75m以下的偏馈天线稳定接收，而北方需要较大的接收天线，华北使用0.6m天线可以收到，辽宁的烧友采用1.8m的中卫正馈天线+改制Ku头可稳定收视。
148°E马星2号该星驻有越南VCTV卫星直播系统，它是越南第一个卫星直播系统，采用11540 H 35500转发器，目前有17套节目，均采用Viaccess 2.6加密方式，其中VTV1－5有五套免费播出。据悉在深圳采用0.75m天线可顺利接收，烧友邵东小彭介绍在湖南中部采用0.9m天线可稳定收视，我处肯定没有希望，只好作罢。
166°E泛美8号该星的Ku波段水平波束为东北亚波束，覆盖我国的华东、华南、华北、东北部分地区，而垂直波束为东亚波束，覆盖长江以南的华东、华南部分地区。南北差异很大，从网上烧友的收视报告来看，广州0.45m可下，除12422 H 3677一组外，还略有余量，内蒙古部分地区水平需0.75m，垂直1.5m加Ku头能下；辽宁、吉林地区 0.6－0.75m可下水平，1.5m可下垂直；北京地区0.45m可下水平，2.4m能下垂直；而北方的其它地区较难接收垂直极化节目，因为它们大部分处在Ku垂直波束覆盖区之外，一般3m以下正馈天线是无法接收的。目前值得收看的只有民视两组，可视性也较低。
169°E泛美2号0.75m天线可下，和70.5°E欧星W5一样，由于仰角较低，需注意天线前方有为障碍物阻挡。该星的收视价值不高，能够免费接收的只是两组传送节目。
卫星数字信号 篇3
为了能够进一步有效评估出数字播出系统的运行效率, 相关工作人员在施工的时候, 就应该考虑相关涉及施工技术的播出系统的实际运行效果, 然后不断增强测试实验、SDI检验场所、误码测试以及抖动涉及等一些方式有效检验出数字播出系统的工作效能, 使整个系统能够有效运行。相关工作人员在工作过程中一定要边摸索, 边实践, 然后总结一些有效的工作体会, 并与相关技术人员有效进行沟通。
模拟信号的测量工作只需要在一个波形上面测试出不一样的参数, 然后数字信号一定要能够分析出数字波形, 之后数字数据格式以及数字信号编码加上模拟信号的测试年结构, 将其与模拟视频信号进行测量, 串行数字视频信号的测量一定需要一组有效的测量信号, 并且这一信号只能够用于模拟系统之中进行扩展。
2 有关数字特性的检测
2.1 测量抖动
数字系统传输数据流说的不是需要传递的信号本身, 而是以中国连串的脉冲序列, 串行的数字视频信号一定要经过数字分配不断发达, 然后由数字矩阵以及其它一些工作于串行格式的设备进行处理, 数据流中脉冲条变得位置以及基准时钟之间相位的变化称之为抖动。在观测抖动的时候后, 一般情况下都是在数字数据信号有效瞬间跳变点上发生变化的。
通常情况下, 抖动是串行数字传输系统中较为重要的一项性能参数, 并且相同大小的抖动值是不一样的, 会对数字接受设备产生不一样的影响, 由此可见, 抖动的频率越高, 其对设备的影响作用将会越强烈。接收设备对10Hz以下较低频率的抖动能够承受, 随着频率的不断增加, 接受抖动的设备承受能力就会不断下降, 到100KHz的时候, 能够承受的值将会降到最低点。信号在抖动过程中会影响到接收机的正常运转, 并且只有始终与数据在同一时间上产生的瞬时偏差足够大的时候, 数据将被翻译错误, 最终不能够恢复。
2.2 测量之眼图
眼图通俗一点来说就是讲数字基带传输系统的终端接受信号传送至与波器垂直的位置, 将其产生的水平扫描锯齿以及码数同步, 因此, 在示波显示屏幕上就能够观看到类似人眼的图样。在数字系统中, 大多数人都较为关注眼图的闭合成都, 一般情况下, 幅度的变换、噪音等一些因素都会造成眼在垂直方向出现闭合, 并且定时抖动会造成眼图出现水平闭合, 并且整个数字系统在工作过程中, 应该有效保持眼图的开合程度。
使用眼图显示测量位置的基本参数主要是信号的幅度、时钟运转周期、上升以及下降的时间、过冲或者是下冲等方面影响。并且这也能够有效通过显示的数字有效分量出眼图观测。眼图是信号到达位置的显示波形, 并且不能够经过任何均衡吗, 正式因为这样的原因, 大多数眼图的测量都是在信号源附近完成的, 只有这样被测量的信号才不会受到干扰。
在进行眼图测试的时候, 一定需要较良好的响应示波器, 并且其频响一定要高于传输层的数据效率, 一般情况下会使用抽样检查的技术对其实施测量。通常情况下, 我们都会采用TEK VM700T的方式对眼图进行测量。并且这些波形监视设备具有下述几个方面的特点:
(1) 能够有效使用其对视频数据进行抽取并显示出来, 然后对视频数据有效进行测量。 (2) 当眼图被测量的时候, 就能够使用数据比特叠加的形式展现出来, 能够有效对其进行观察吗, 并且与10bit数据字无关的抖动, 也能够将其设置为10bit相关的数据显示出来。 (3) 只有当波形监视器的扫描以及视频效果同步的时候, 才能够方便其能够在数据流中观察到与其视频信息相关的内容。
2.3 有关误码的检测
在进行串行数字视频系统检测的时候, 误码应该是我们需要关心的最重要的指标之一。并且误码不仅会导致电视图像出现错误状况, 并且严重的时候还会导致图像丢失, 在串行数字运行的时候, 大多数数字视频处理设备一般都不会发生较大变化, 并且误码情况的出现大多都是因为传输环境出现问题, 例如信杂比下降、设备接地性能出现问题以及设备连接的电气特性出现问题等。
在信号源以及接受设备之间, 数字信号只要有任何一个数据发生改变就可以将其称之为误码, 并且在实际运行过程中, 串行数字的视频之中, 其情况将会更加复杂, 例如在切换矩阵的时候就会改变相关的信号源, 并且会对信号产生短时间的干扰, 并且这种情况是不能认为是误码的。
就一天不间断工作的卫星站来说, 想要测试误码率就一定要使用在线EDH误码检测并使用正确的测试方式进行, 并且误码是具有随机性的, 使用误码的个数来计算误码率的时候, 一定要经过长时间的检测才能够有效反映出系统的性能。
3 结语
总而言之, 在涉及数字电视信号传输系统的时候, 一定要事先多系统中时钟美国的稳定性、传输线组抗、回波的损耗以及电缆的类型还有长度、终端负载匹配等每一个环节进行认真的分析处理, 时期能够达到最优配置。并且, 数字电视传输系统中最为关键的因素就是要构建一个无误码。另外, 经由一些特殊测量方式之后, 就能够帮助数据传输系统能够达到最好的质量, 使用这些测试项目, 就能够较好掌握SDI串行分量数据信号传输平台中视音频的相关性能, 保障节目的质量。
参考文献
[1]王世成.谈谈数字电视发展的创新途径[J].卫星电视与宽带多媒体, 2014, (7) :60-61.
[2]韦斌.将DVD技术移植到DVB数字电视广播的实验[J].卫星电视与宽带多媒体, 2014, (1) :56-64.
卫星信号接收系统的防雷技术 篇4
1 我国的现代化防雷工程技术
随着人类科学技术的不断发展, 人类已经开始对雷电引发的自然灾害进行系统的研究, 我国已经建立起现代化雷闪理论机理以及现代化综合性防雷工程理论, 而现代的防雷工程技术主要包含的是:
1.1 防直击雷
直击雷是一种破坏性较大的雷电, 主要指的是雷云对一些高层的建筑物或者是建筑物的构件直接进行放电, 从而产生一股强大的雷电流, 雷电流一般在几十千安至几百千安不等, 极具破坏性。
1.2 防感应雷
感应雷主要指的是:由于雷电引起的一种静电感应与电磁感应统一称为感应雷, 感应雷又称二次雷。感应雷一般来讲没有直击雷猛烈, 但是感应雷的发生几率较高, 它能够通过电力线或者电话线等导体从而传输到较远的地区, 使得雷击灾害的范围较广。
1.3 防雷电波引入以及防雷电脉冲
这两种主要指的就是防止高电压的引入。高电压的引入电压源主要有三种, 分别是直接雷击中的导线, 它使得高压雷电会以波的形式传送到建筑物当中的用电设备;感应雷产生的高压脉冲, 同样是以波的形式传入建筑物中的用电设备;还有一种是当直击雷出现在发射机房附近并且入地的时候, 它将会直接通过地网的地线以波的形式进入到建筑物中的用电设备。
2 卫星信号接收系统的防雷技术
2.1 电源防雷技术
我国的卫星信号接收系统主要的供电电源选用的是德国DEHN公司生产的电涌保护器, 利用电涌保护器作为防雷保护设施。电涌保护器主要就是通过抑制雷电产生的瞬态高电压以及通过旁路浪涌电流从而保护系统设备的一种保护装置, 此装置能够在最短的时间内将需要保护的电路接到等电位系统当中, 同时还要把整个电路上的由于雷击而产生的脉冲能量转移到大地当中, 从而达到保护电路上的相关设备的目的。根据防护强度的差异将其分为避雷器与过压保护器两种。另外在系统的供电电源上还会装上一个不间断电源的装置, 此装置也具有防雷的效果, 从而使得卫星信号接收系统能够加稳定的运行。
2.2 引雷技术
引雷技术主要指的就是安装避雷针, 一般会设置三根避雷针让其形成等边的三角形, 这样的设置可以防止360°的直击雷对整个系统的危害。避雷针的选择上也是有一定的要求, 一般会选择法国生产的杜尔-梅森的SatelitESE6000型号的避雷针, 此避雷针能够产生一种较为快速的上行先导, 发出来的上行先导能够提前的行至到数十米远甚至是上百米远的地方, 之后会与雷云发出的下行先导进行接闪, 简而言之就是此避雷针能够提前放电, 从而扩大了保护范围。
2.3 高频头同信号传输线之间的屏蔽与相关的防雷技术
高频头与信号的传输线一般会在室外工作, 因此很容易受到雷击的危险, 这样还能够将雷电引入至卫星信号的接收机当中, 从而使设备发生损坏。鉴于此, 应当将高频头以及卫星信号的传输线进行屏蔽防雷保护。一般的方式是加工一个合适的铝罩, 之后将高频头放到铝罩当中从而进行相应的屏蔽;还有一种方式是用金属管屏蔽卫星信号的传输线, 而且屏蔽之后的高频头以及卫星限号的传输线要与卫星的接收天线一同接到等电位的系统当中。除此之外还要在卫星信号的传输线的两端设置上信号避雷器 (两端指的就是高频头的输出端与功分器的的输入端) , 这样做的主要目的在于防止电力对高频头产生的破坏, 还有就是防止雷电通过高频头或者是卫星信号的传输线进入到用于接受或者发生信号的接收机与发射机房当中。这类防雷技术能够切实地防止直击雷或者感应雷等对卫星信号的接收系统产生的破坏。
3 结语
对卫星信号的接收系统来讲, 切实地运用防雷技术对其进行保护是非常很有效的, 能够真正保护系统的正常安全运行。通过各式各样的防雷技术不断保护了从事卫星信号接收工作的人员的人身安全, 还有效地保护了卫星信号的接收系统以及信号发射机房的相关设备。只有在各个方面加强对我国卫星信号接受系统的保护们才能够保证相关节目的正常播出, 减轻相关维修者的工作压力, 从而促进我国的卫星信号接收系统的发展, 创造了更大的实用价值以及经济价值, 使我国整体经济水平不断地提高。
参考文献
[1]罗正明.卫星信号接收系统的防雷技术保护措施[J].有线电视技术, 2010.
多路卫星电视信号频谱监测系统 篇5
卫星广播电视信号作为无线信号传输, 受空间环境影响很大。因此如何有效地对信号进行监测是保障安全播出的重点工作。目前, 市场上的频谱监测系统通过对单路频谱信息进行分析实现监测报警, 不能准确判断卫星传输信道干扰的原因, 类似这样的系统已经不能满足我站的实际监测需求, 因此开发建设一套多路卫星电视信号频谱监测系统, 综合判断多路卫星频谱信息, 准确、快速地识别干扰信号, 是十分必要的。
1 系统结构
1.频谱采集器
采用模块化设计, 每个模块是标准的3GHz频谱分析仪, 可独立实现实时监测, 完成卫星接收信号L波段内的频谱分析, 并可设置多种门限值, 及时准确地捕抓异常参数。单机支持8路实时频谱监测分析。
2.服务器
数据处理的枢纽。包括监控程序、数据导出程序、数据库。监控程序作为软件核心, 又包含数据采集程序、逻辑判断程序。图1为系统结构。
2 软件特点
多路卫星电视信号频谱监测系统集成了多项全新的实用功能, 能够满足广东卫星地球站目前及今后一段时间内事业发展的需要。
系统实现多路频谱综合干扰识别。除对单路频谱参数异常报警外, 系统通过监控程序将多路频谱重要参数进行综合比对, 并根据预设的逻辑分析流程进行判断, 最后作出具体干扰类型报警。
系统采用程控仪器标准命令集SCPI (Standard Commands for Programmable Instruments) 作为控制指令。SCPI语言目前被广泛应用于测试测量仪器的操作控制中, 它非常方便用户使用和维护。
系统采用多线程算法作为通讯机制。多线程就是一种多任务、并发的工作方式, 其优点是:提高应用程序响应, 充分利用多CPU资源。籍此, 系统的大量频谱数据可以实时处理和传输, 进入“并行运算”状态, 大带宽、多信号实时频谱监测得以真正实现。
系统可远程监控。通过IP网络, 远程客户端实时显示系统监控界面, 并可进行相关监测参数的设置。
系统实现频谱录制、存储、回放。系统将频谱数据保存在服务器计算机上, 当有需要的时候, 可以访问服务器查看保存的频谱信息, 或者按照条件进行分类检索。
系统提供灵活的多画面监测方案。方便用户按照自身的监控要求定义窗口, 并编辑多画面显示。
3 多路卫星电视信号频谱监测系统干扰识别功能的实现
3.1 设计思路
在以往的频谱监测中, 由值班人员参考单频谱参数异常报警, 或通过观察少数几台频谱仪频谱波形的变化情况, 最后根据监测经验得出初步结论。这种监测往往只能反映个别卫星天线的接收信号质量, 而不能综合判断信道劣化的原因。比如在值班过程中, 主用发射天线的接收频谱信号电平和载噪比突然跌落, 单靠这一频谱信息, 值班员很难快速判断是发射天线天馈线系统故障还是卫星故障。
目前, 广东卫星地球站拥有多副不同口径卫星接收天线, 这些天线接收的频谱信息有着各自的特点:主用发射天线接收频谱反映了上行发射天线的性能指标和工作状态如指向性等重要信息;小口径天线接收频谱能灵敏地反映信道的优劣情况;异地天线接收频谱是判断地面干扰的依据;自环耦合频谱是取自连接高功放的上行波导测量耦合口信号, 可反映播出系统运行情况。而且接收频谱中信号电平和信噪比是从接收站角度判断干扰的重要参数, 再配合卫星信标电平检测, 是判定空间异态性质的一种简单和有效的方法。
因此, 在实际工作中, 把上述频谱的电平、信噪比以及卫星信标电平等重要参数进行综合分析比对, 对于快速查找卫星传输信道干扰原因, 有着重要意义。
又随着多路频谱信息的接入, 计算分析数据量徒增, 在系统设计中必须解决数据采样、算法效率等问题。针对这些问题, 笔者除采用了多线程并行运算外, 还采用系列简单有效的采样方式和新算法。例如在频谱电平、载噪比越限的判断中, 采用了中心频率固定采样点与门限值的比对算法, 提高了运算速度和稳定性。
3.2 多路卫星电视信号频谱监测系统的界面
基于以上思路, 根据我站的设备资源, 笔者选取了发射天线自环耦合、主用12m天线、2m天线、异地天线的接收频谱信息和对应各副天线的卫星信标频谱信息作为系统判断依据。并设置每路接收频谱信号电平和载噪比、卫星信标电平的上下门限值。图2为系统界面。
3.3 干扰的判断逻辑
在多路卫星电视信号频谱监测系统中, 每路接收频谱的信号电平、载噪比以及卫星信标电平先和门限值比较, 软件分析这些参数的变化趋势, 然后进入逻辑判断程序, 判断出具体的干扰类型, 并作出告警, 提醒值班员。
具体判断逻辑为:当自环耦合信号不正常时, 作出“上行设备故障”告警, 否则进入三副天线 (12m、2m、异地天线) 载噪比判断, 如载噪比均正常, 系统判断上行传输正常, 程序返回;如载噪比均下降则进入三副天线信号电平的判断, 这里判断三种状态:1、如信号电平均上升, 作出“上行同频干扰”告警;2、如信号电平均下降, 则对三副天线信标电平进行判断, 并根据各天线信标电平的不同状态甚至全部消失, 系统分别作出“天馈线故障”、“雨衰”或者“卫星故障”的告警;3、如三副天线信号电平波动, 继续对天线信标电平进行再判断, 确定是否“电离层闪烁”。然后程序返回, 准备再一轮循环判断。这样, 系统对这些卫星传输信道干扰类型作出判断。
系统除对多路频谱综合干扰识别外, 对其他频谱参数异常 (如单路频谱参数异常) 进行个别参数异常报警。图3为逻辑判断流程。
4 结束语
多路卫星电视信号频谱监测系统在广东卫星地球站的一年多实际运用中, 在上行同频干扰、电离层闪烁、天馈线故障等卫星传输信道干扰中均作出快速、有效、可靠的分析判断, 让值班员及时采取应对措施。笔者将继续对系统的软硬件进行完善, 包括引入更多的频谱信息, 修改、完善逻辑判断程序, 开发Android系统手机远程监控客户端, 开发GSM短信报警等等, 让多路卫星电视信号频谱监测系统成为保障卫星广播电视安全播出的利器。
参考文献
[1]陈燕莉.卫星频谱综合监测和干扰识别系统的设计与实现[J].广播与电视技术, 2013 (9) :118-122.
[2]刘洪才.广播电视卫星数字传输技术[M].北京:中国广播电视出版社, 2003.
刍议影响卫星信号传输的相关因素 篇6
关键词：影响,卫星信号,传输,因素
一、引言
随着现代科技的不断发展, 卫星通信技术对人们日常生活的影响程度也在不断提高, 其不仅能为社会大众提供丰富多样的电视卫星节目, 增强娱乐活动的趣味性, 其也能为现代教育活动、军事活动以及生产建设活动提供帮助。因此, 加强对卫星信号的重视与发展显得尤为必要。在卫星技术的运行过程中, 因受外界因素的影响, 导致卫星信号的传输会被中断与调整, 所以应当加强对卫星系统的优化设计, 提高其环境适应力。
二、影响接收卫星信号强度和质量的因素
(一) 自然气候因素
例如, 受大气密度不均匀的影响。因为大气环境存在多变性, 导致大气内部气体的变化会相应地带来气体的内部流动。 在一般情况下, 大气的密度会随着高度的升高而降低, 因此气体的内部环境在不同的地区会有不同的浓度。在不同浓度的气体环境中, 受密度折射率的影响导致电波的传播会出现折射现象, 在一定程度上造成了电波的衰落与多样化传输。其中, 电波的衰落指的是电场会随着时间的变化而产生差异化的表现。而多样化传输指的是数字信号本身会出现错误的代码, 导致电波的快速衰落。因为卫星广播传输的路径是斜制的, 所以在一般情况下, 天线的仰角需要超过10°, 这也就导致多样化传输模式在卫星信号的传播活动中是不存在的。由此可以得出受气体环境的影响, 卫星广播信号的传输会出现快速地衰落。外部空气的湿度、温度以及气压变化都会对气体的折射率造成影响, 带来电波的衰落与变化。
二是水汽的存在会带来微粒的减少。在流层内部, 水汽的微粒包括云雾、雨水、灰尘等。这些微粒的存在, 会让电波在穿过对流层的时候与水汽微粒产生物理作用, 带来相应地衰弱。因为, 每一个微粒都会在入射电波的影响下成为电偶极子, 即一种最为基本的无线模型。在这个过程中, 电汽微粒会出现散射, 如在下雪天, 因为雪的积聚会对天线的表面产生影响, 导致抛射焦点出现偏移, 削弱信号强度。针对这样的问题, 需要在下雪天将天线上的积雪进行处理。同样的, 在下雨的环境中, 降雨量的变化会对电波的折射产生影响, 更为严重的会让广播信号发生中断。所以, 采用较大口径的接收天线可在一定程度上解决雨衰的问题。
(二) 对传输方式的极化处理
在理论研究中, 通过对水平传输方式的极化研究, 垂直极化的信号本身会以上下行为的接受方式相结合, 以此来转变本位零值的场强, 而在水平以及垂直的环境中, 对圆极化信号的处理能够让其场强达到百分比的一半, 只有当二者信号的极化方式保持一致的时候, 才能确保场强的接收能够达到最高值。所以, 在对极化方式进行处理的时候, 需要让卫星信号的处理得到进一步解决, 做到对极化方式的优化处理, 解决极化角的问题。因为, 在不同的环境中, 磁场的方向不是固定的, 所以磁偏角存在差异化, 即使出现了一定的差异化角度, 也都是属于正常范围内的。
三、针对影响传输信号稳定性的解决策略
第一, 卫星信号的传输离不开对天线的运用, 因此天线的稳定性会对整体传输活动造成影响。因为, 天线本身长时间暴露在外部环境中, 所以受外在因素的影响较为明显。其中, 以风力影响最为明显, 在风力资源较为丰富的地区, 卫星天线本身需要加强自我的牢固程度, 以此来增强其对外部干扰因素的抵抗能力。在对天线进行设置的时候, 还需要避开雷区, 因为在雷电环境中, 天线会受电磁波的影响导致信号的传输被中断。当然, 也要针对雨水的腐蚀进行相应的处理, 让天线设备能够做到正常地接收信号, 以此来降低外部环境因素对天线传输的消极影响。
第二, 天线指向的调整方法。提前对仰视角度进行调整。 按照经纬度的接受需求, 对信号的接收点进行调整, 使其能够满足接受需求的仰角与方向需求。提前设置倾角仪器, 在设定的方向范围中对仰角进行调整以此来提高信号的传输效率。
第三, 高频头 (LNB) 频率的准确度和稳定度很重要。高频头将馈源送来的卫星信号进行降频和信号放大然后传送至卫星接收机。在实际操作中要将高频头沿顺时针和逆时针缓慢旋转, 直至信号最强, 再将高频头固定。高频头的噪声度数越低越好。
第四, 雨量及频率越大、降雨期越长, 信号的衰减程度也越明显, 而频率与雨量通常不能调整, 为此我们要控制雨衰的影响范围, 就必须通过调整地球站天线的仰角来减少降雨区的路程。在实际工作中, 我们在增加仰角时, 还应及时清除积水。针对天线的除雪工作, 这里主要提及馈源除雪 (即向馈源口吹热风来融化雪) 与主反射面除雪 (即在反射面上装加热膜并对之进行加热) 两种。此外还可在天线顶部装上喷水系统或运用人工冲雪的方法进行除雪。此外, 日凌引起的信号中断, 我们可通过地面备份与双星备份等方式予以解决。
第五, 在卫星通信技术不断发展的今天, 同步卫星轨道日益拥挤, 现行的轨位间隔为2.50, 这对卫星间也会产生干扰。 要解决这一问题, 关键是要协调卫星间的轨位, 卫星上的用户都应认真遵守卫星业务的操作章程;对卫星信号进行方位控制与调整, 让其可以与赤道平面相平行, 保障卫星信号的传输增强自我的稳定性。
四、结语
卫星信号的传输作为一个错综复杂的传输系统, 其对卫星信号造成影响的因素是多样化的。所以要发展卫星信号传输事业, 就必须要认真对待在运用中发现的问题, 积极组织专家等相关技术人员, 采取一定的措施, 让卫星信号传输得到更广泛的应用, 提高卫星信号传输的质量。
参考文献
[1]关溪.卫星摄动漂移对单频网系统信号传输的影响测算与优化[J].广播与电视技术, 2011, 38 (10) :117-122.
卫星数字信号 篇7
中频模拟信号经过A/D采样后将数字信号送入FPGA进行基带数字信号处理，在FPGA和DSP内完成数字下变频、捕获、码跟踪、载波跟踪等过程，最终实现卫星信号的解扩解调。在实际应用中，需要设计多个通道对多颗卫星同时进行跟踪，才能获得解算结果。
1 硬件设计
硬件平台用FPGA芯片和DSP芯片作为主处理器，主处理器之间可以互相通信。经过AD采样后的信号直接进入FPGA，此后所有对信号的处理均由软件来实现。如此可以充分利用FPGA和DSP的重复烧写及在线调试能力，尽量减少对其他硬件的依赖程度，从而增加了平台的灵活性。另外，每片DSP都外接了Flash和SDRAM。由于Flash掉电数据不会丢失，可以在Flash内保存程序及数据，而外接的SDRAM是DSP的扩展Ram，当DSP运行大型程序以致DSP的内部Ram不够用时，可以将程序放到外接的SDRAM内运行。
2 软件设计
信号处理模块框图如图1所示，捕获模块和通道的跟踪环路占用FPGA和DSP。整个跟踪环路包括五个部分：FPGA内的下变频模块，通道模块，通道控制器和DSP接口模块，以及DSP内的码环、载波环。
AD采样后的信号首先进入数字下变频模块，下变频输出的基带I/Q信号直接进入捕获模块和各个通道(跟踪模块)。各个通道的数据通过DSP接口被送到DSP, DSP和FPGA之间的数据传输通过中断的方式来完成。DSP完成鉴频鉴相及滤波运算后将结果反馈回FPGA。图中各个通道通过通道控制器共用一个捕获模块。
3 多通道设计
多通道的设计总体包括两个部分：多通道的控制和各个通道数据的传输。一种简单的多通道控制方法就是采用多个并行通道的设计，各个通道有各自独立和完全一样的功能模块，包括捕获模块，这种并行结构的设计不需要额外的通道控制逻辑，各个通道独立工作，不受干扰，尤其在捕获时各个通道可以同时工作，减少捕获时间。但是这种方法需要很大的硬件资源，尤其是在捕获算法很复杂时，捕获模块的资源占用最大。因此，在硬件资源有限的条件下，这种方法资源分配的不合理性使得实现这种结构不实际。在实际设计时，由于捕获模块需要占用整个FPGA的资源，因此只能采用捕获模块共享的结构，如图1所示，各个通道通过一个通道控制器共用捕获模块。这种结构下，各个通道的捕获是串行的方式，因此捕获时间为并行结构的N倍。
4 中断处理设计
由于跟踪环路的鉴频鉴相算法都是在DSP内运行，因此FPGA需要将通道的累加值及时发送到DSP, DSP运算结束后又需要及时将结果反馈回FPGA，这个过程需要用中断的方式来实现。传统的中断处理方法分为独立请求法、菊花链法和软件轮询法3种。独立请求法的方式给每个设备一个中断请求线，当有几个设备同时请求时，经判优逻辑选择一个优先级最高的中断请求，并形成对应的中断向量，通过数据总线送到处理器。菊花链法和软件轮询法都只需要一个中断请求线，处理器检测到中断请求信号后，根据优先级，分别通过硬件和软件的方法来选择中断请求设备。本课题选用的DSP处理器只有4个外部中断，而FPGA共有多个通道。因此，给每个通道分配一个中断请求线的方法不可行。另外，多个通道的数据到达时间间隔虽然固定，但是各个通道之间的数据到达时间并没有固定关系。综合考虑，本课题采用每个通道在积分累加结束后将累加值存入对应的相关峰值寄存器，DSP每隔时间T响应中断，并读取多个通道的相关峰值，运算结束后依次写入FPGA内的反馈寄存器。相关峰值寄存器的更新率和中断速率相同，但是两者并不同步;另外12个通道的数据更新也不同步。这里相关峰值寄存器组有类似双口Ram的功能，所不同的是该寄存器组的所有寄存器可以同时写入数据。
5 结论
可以根据实际来增加或删减通道达到相应的功能需要，用此种方法可以同时多通道稳定跟踪卫星信号，为后续的解算提供稳定的数据。
摘要：在设计卫星导航接收机时, 需要同时对多颗卫星实时跟踪才能获得最终的导航结果, 这就要求对每颗卫星都要有一个处理通道。本文提出了一种在FPGA和DSP的硬件开发平台上设计多通道跟踪环路的方法, 以及设计中断控制器来实现FPGA和DSP数据交互接口, 从而实现卫星信号的跟踪。
关键词：多通道,卫星信号,跟踪,中断
参考文献
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[2]杨小牛, 楼才义, 徐建良.软件无线电原理与应用[M].电子工业出版社, 2001.
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[4]田明坤.高动态GPS接收机的一种设计方案[J].遥控遥测.
[5]刘基余.GPS卫星导航定位原理与方法[M].科学出版社, 2003.
[6]董在望.通信电路原理[M].高等教育出版社, 2003.
[7]郑君里, 杨为理.信号与系统[M].高等教育出版社, 2001.
地基伪卫星信号发射分集技术研究 篇8
伪卫星是一种能发送类似卫星导航空间信号的设备,可人为地改善导航信号的几何分布[1,2,3,4]。伪卫星通过提供附加的导航信号源,可提高空间信号可见性较差的遮蔽环境(如室内、地下和山地等区域)内的信号可见数目,提高信号覆盖性。由于地基伪卫星应用于近地环境,信号到接收机的仰角小,地面反射造成的信号功率衰减和相位延迟相对空间卫星弱,会受到更为严重的多径影响[5,6]。多径不仅由于低延迟(对于卫星导航接收机码片内的多径延迟难以消除)导致相关器输出偏移,产生较大的伪距测量误差;而且由于信号的相长相消产生信号功率阴影区,导致信噪比不足而造成接收机对信号的失锁。为提高地基伪卫星多径环境下的应用能力,除采用更优的信号设计外[7,8],可采用分集发射技术来提高伪卫星信号可用性。
1 地基伪卫星多径
地基伪卫星应用于低高度环境,与卫星导航相比,信号传输链路短,且不受电离层折射影响,多径主要来源于地面和遮蔽物的反射。
1.1 地面反射信号的特征
伪卫星发射信号为右旋圆极化信号,到达反射面包括垂直分量和水平分量。反射面对水平极化和垂直极化的反射系数为[9]:
undefined;
undefined。
式中,θi为入射矢量和反射面的夹角;εr为反射介质的相对透射率。随着入射角的增大,水平极化反射系数从-1逐渐增大至一负值,垂直极化反射系数从1衰减为0并衰减为一负值,垂直极化反射系数为0的入射角称为Brewster角。当入射角小于Brewster角时,水平和垂直极化反射系数均为负值,反射信号仍为右旋圆极化,但相位增加了π;当入射角大于Brewster角时,垂直极化反射系数变为正值,反射信号变为左旋圆极化,且相位相反。
单次反射信号的电场矢量可表示为:
undefined。
式中,Γ1和Γ2为反射电场幅度的衰减大小;φi为入射电场的相位。图1为圆极化信号在εr=4时不同入射角和入射相位下的反射系数的绝对值。
1.2 多径对伪卫星信号载噪比的影响
接收机接收到的信号包括视距直射信号和反射信号。由于反射信号与直射信号电场相位的相长相消,会导致接收信号功率的起伏变化,影响接收机对信号的捕获跟踪。
若伪卫星天线和接收天线到反射面的垂直距离分别为H1和H2,垂足距离为D,不计对流层折射误差,则链路直射和反射距离差及入射角为:
undefined;
θi=arctan(H1+H1)/D。
对于地基伪卫星,多径对载噪比影响的主要范围为发射天线的远场区,原因包括:
① 伪卫星的远近效应导致天线近场区为饱和区,且大入射角下反射信号衰减程度大,对载噪比影响小;
② 近场区的反射信号为左旋极化,对接收机天线的影响不大;
③ 延迟在2个伪码码片外的多径信号对相关器基本不产生影响,而低延迟信号多出现在远场区。
在M条反射信号下接收信号可表示为:
undefined。
式中,φr为直射信号接收电场的相位;L为信号自由空间传播内的衰减。对于远场区Lz≈Lr,则上式可简化为:
E=EOUTLej(2πft+φr+π)(1+K);undefined。
由于反射场强的叠加会造成接收信号的功率变化。根据反射系数计算公式,在小于5°的小仰角下反射系数Γ约为0~-3 dB。对于相长效应,功率的叠加对接收通常是有益的;对于相消效应,则会导致信号信噪比的衰减,产生震荡分布的功率阴影区域,导致接收机失锁。
2 地基伪卫星发射分集
发射分集是通过增加发射信号的多样性来实现功率阴影区域的补充覆盖,增加信号可用性。影响K的因子包括反射衰减和距离差2个因素。由于反射衰减与入射角度和相位相关,当信号反射面不发生较大变化,如平坦的山坡、田地等,发射分集的作用体现在不同信号的K参数的多样性,对可用性概率的提高表现在信号信噪比分布的叠加和补充;当信道表现为随机反射面时,如在山地和城市应用中,信号反射面可能发生突变,Δ和Γ值趋向于随机,各条反射链路的场叠加情况也趋向随机并相互独立,若在某一点的反射叠加场的可用性为pi,则通过分集得到的可用性为:
undefined,
以此通过信号可用概率的互补来提高可用性。
对于地基伪卫星,可以选择的分集技术包括:空间分集、极化分集和频率分集。为避免信号接收的干扰,在采用发射分集技术下各通路需采用不同伪码的信号。对于接收机,只需满足接收到至少一路伪卫星信号即可获得相应的导航信息并用于定位解算,地基伪卫星信号发射分集方式如图2所示。
2.1 空间分集
在采用空间分集下,地基伪卫星采用多天线发射信号。不同天线与反射面的垂直距离不同,信号的传输路径差和入射角也不同,以此产生不同的相位延迟信号来实现不同的信噪比分布。单位垂向距离的变化引起的相位和反射系数变化分别为:
undefined;undefined。
对于地基伪卫星的远场区,天线单位高度的变化带来的相位和反射系数变化趋近于0,信号信噪比的变化主要由自由空间衰减支配,因此空间分集主要作用于地基伪卫星近场信号。
2.2 极化分集
在采用极化分离下,伪卫星通过双路正交极化天线发送信号。在传播路径中2个距离为d的反射面的入射角分别为θ1和θ2,则经过2次反射下信号场强衰减为:
Γ(θ1,φ1)×Γ(θ2,φ1+2dπf/c)。
根据图1,入射相位造成的反射系数差异在接近Brewster角时最为明显,造成信号载噪比震荡的程度也最大,当一个传播路径中的入射角均接近于Brewster角下信号的衰减程度接近于随机化,因此正交极化的2路信号的传播路径近似相同,但在多次反射下2信号的衰落程度并不相关[9],使在接收端的2个信号的信噪比不相关,当一路信号信噪比不足时,另外一路信号有可能可达到期望的信噪比。
2.3 频率分集
采用频率分集是在同样的信号传播路径下通过改变f来改变时延的等效相位延迟。在延迟τ内,基于频差fc的频率分集产生的相位差为:
Δφ=2πfcτ/c。 (3)
地基伪卫星多径信号延迟τ较小,在采用频率分集时取得明显的相位差需要保证频差达到十几到几十MHz。对于一般的接收机带宽不兼容,因此仅适合于双频接收机或专用接收机应用。
3 仿真与分析
仿真地基伪卫星的信号接收功率情况。在此仅针对空间分集和频率分集进行仿真对比。设信号传播路径为理想的固定水平反射面,采用双天线和双频发射独立的4路信号,每个天线发送2个不同频率的信号,噪声功率大小恒定。仿真参数如下:
伪卫星天线反射面垂向高度:23 m,20 m;
发送频率:1 575.42 MHz,2.483 5 GHz;
地面相对透射率:εr=4;
单天线双信号极化:相位差=90°;
接收功率范围:-160±15 dBW;
接收区域:垂足距离300~2 500 m。
其中,20 m天线发送的1 575.42 MHz信号为S1,2.483 5 GHz信号为S2;23 m天线发送的1 575.42 MHz信号为S3,2.483 5 GHz信号为S4。
信号接收功率的仿真结果如图3所示,信号可用性如表1所示。
对于空间分集,若反射面恒定,则空间分离的有效方向为垂直于反射面的方向,若地基伪卫星应用于具有水平反射面的场合,如山坡和平地,天线最好沿垂直方向分离;若应用于山地峭壁和城市峡谷等,则需根据实际情况选择分离方向。
通过仿真结果可以得到,采用发射分集技术能提高地基伪卫星信号的可用性。
4 结束语
地基伪卫星的应用中需要保证信号的可用性,为降低多径对信号载噪比分布的影响,地基伪卫星可采用发射分集技术。通过多信号的空间、相位及频率参数选择来实现不同的载噪比分布特性,提高接收机对地基伪卫星导航信息的获取能力。发射分集技术能够提高信号的载噪比分布特性,较好地解决覆盖区域内的信号可用性,对地基伪卫星相关技术研究有一定借鉴意义。
参考文献
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