文档介绍：中国科学 G辑:物理学力学天文学 2008 年第38 卷第12 期:1648~1659 《中国科学》杂志社SCIENCE IN CHINA PRESS CAPS导航通信系统的传输链路崔君霞①②*, 施浒立①②, 陈吉斌③, 裴军①①中国科学院国家天文台, 北京 100012; ②中国科学院研究生院, 北京 100049;③中国通信广播卫星公司, 北京 100083 * E-mail:******@bao. 收稿日期: 2008-09-03; 接受日期: 2008-09-30 国家重点基础研究发展计划(编号: 2007CB815504)和国家高技术研究发展计划(编号: 2007AA12z343)资助项目摘要中国区域定位系统(CAPS)是不同于全球定位系统(GPS)和国际移动卫星通信系统(Inmarsat)等的新型的转发式卫星导航通信一体化系统. 与GPS等卫星导航系统不同, CAPS系统工作在C波段, 其导航信息不直接由卫星产生, 而由位于地面上的导航主控地球站产生并经卫星转发给用户, 通信系统则采用小倾角倾斜同步轨道(SIGSO)卫星, 这些都增加了系统和终端的设计难度. 从链路预设计的角度对CAPS导航通信系统进行了分析, 研究了导航主控地球站的配置参数, 得到了导航系统的可用性的结论; 研究了通信系统的信息传输能力, 对通信中心站天线口径的选取、扩频增益和卫星参数对整个系统的影响等进行了分析, 结果表明: CAPS入站通信系统形成一类新的低信息速率的卫星通信系统, 每个终端的传输速率在1 kbps以内, 系统可容纳海量通信终端; 系统中通信中心站需要配置大口径天线, 天线口径在10~15 m左右为宜; 系统需采用扩频技术, 扩频增益应在40 dB左右; 减小卫星转发器增益衰减有益于提高系统链路的信噪比, 衰减值在0 dB或者2 dB时效果较好. CAPS导航系统一期已经通过专家验收, 目前运行稳定, 说明所得结果对导航链路的分析是合理的; 根据本研究结果设计的通信系统已经成功地开展了多种卫星通信实验及应用, 证实了所得研究结果的正确性. 关键词转发式卫星导航卫星通信传输链路链路余量解调门限CAPS 卫星导航始于20世纪70年代, 典型的系统有美国开发的全球定位系统(GPS), 前苏联开发的全球导航卫星系统(GLONASS), 以及正在开发中的Galileo卫星导航系统等. 全球定位系统能实时提供准确连续的位置、速度和时间信息, 具有覆盖区域广、精度高、功能全、性能好和使用方便等优点. 以GPS为代表的卫星导航系统, 采用专用导航卫星, 高精度原子钟等高技术装置均安置在卫星上, 测距码和导航电文从卫星上生成并广播给用户[1~3]. 2002年, 中国科中国科学 G辑: 物理学力学天文学 2008年第38卷第12期1649 学院的科研人员开始研发有别于GPS等***系统的创新的“中国区域定位系统(CAPS)”[4]. CAPS试验系统使用C波段商用的静止轨道(GEO)通信卫星和成为小倾角倾斜同步轨道(SIGSO)的通信卫星组成转发式卫星导航系统, 利用通信卫星的转发功能, 将地面生成的原子钟信号和导航电文等导航信息通过卫星转发给用户, 进行导航定位[5,6]. 与发射专用导航卫星的系统相比, CAPS系统投入的费用相对较少, 同时避开使用制造难度大、费用高的星载原子钟, 使用性能更好的地面原子钟, 使CAPS系统具有建设成本低、周期短和性能优越等特点. 随着社会和科技的进步与发展, 对位置服务的需要越来越突出, 人们希望在用户自主导航的同时, 能够将自身的位置信息进行交流和沟通. GPS圆满地解决了单一载体的导航定位问题, 但是在系统内无法实现定位信息的传递, 只能通过地面通信网络或者其他的卫星通信网络来获得用户的位置信息; 北斗一号卫星导航系统具有短信息卫星通信的功能, 但由于它是建立在应答式的通信方式基础上的主动定位系统, MHz, 其通信容量受限. CAPS系统利用GEO和SIGSO卫星构建转发式卫星导航系统, 可以优化自身的卫星星座, 提高定位精度[7], 每颗GEO或SIGSO卫星上一般使用两个转发器用于导航定位, 而SIGSO卫星上还有22个转发器闲置. 这些没有用作导航的转发器提供了大量宝贵的资源, 故可以在CAPS卫星导航系统内部构建卫星通信系统. CAPS系统将导航定位系统与卫星通信系统的功能和优势相结合, 使系统在实现导航定位、测速、授时的同时, 能提供位置和时间信息的传输和沟通[8]; 在用户自主被动导航的同时, 每个终端实现低速率(50 bps~1 kbps)信息传输, 是一种特殊的可容纳海量终端的通信系统, 可弥补当前地面通信手段(如短