卫星通信技术在智能交通中的应用

卫星通信技术在智能交通中的应用

姓名：李泽宇学号：100740318 专业：交通3班

摘要：本文卫星通信系统的组成及功能以及其在智能交通中的应用，就卫星通信技术中的卫星定位系统在智能交通中的应用作简要分析，并简单介绍了现代卫星通信技术在智能交通中的应用案例，提出了个人对智能交通系统未来发展的建议和祝愿，希望智能交通为人民带来便捷的出行。

关键字：卫星通信系统；智能交通；应用

前言：卫星通信是一种利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波而进行的两个或多个地球站之间的通信。卫星通信技术服务于人类的各个角落，为人类的生活，交流带来了方便。现代卫星通信技术在智能交通中的应用涉及到了多个方面，如全球卫星定位系统GPS 及其在智能交通系统ITS 中的应用;基于卫星定位和无线通信技术的道路电子收费系统；卫星通信技术将在交通运输领域深入应用等。

正文：1 卫星通信系统

1.1 卫星系统的组成卫星通信系统是由通信卫星和经该卫星连通的地球站两部分组成。静止通信卫星是目前全球卫星通信系统中最常用的星体，是将通信卫星发射到赤道上空35860 公里的高度上，使卫星运转方向与地球自转方向一致，并使卫星的运转周期正好等于地球的自转周期（24 小时），从而使卫星始终保持同步运行状态。故静止卫星也称为同步卫星。静止卫星天线波束最大覆盖面可以达到大于地球表面总面积的三分之一。因此，在静止轨道上，只要等间隔地放置三颗通信卫星，其天线波束就能基本上覆盖整个地球（除两极地区外），实现全球范围的通信。目前使用的国际通信卫星系统，就是按照上述原理建立起来的，三颗卫星分别位于大西洋、太平洋和印度洋上空。

1.2 卫星系统的功能

1.2.1 卫星系统功能方框图示于下图：

1.2.2 位置与姿态控制系统从理论上讲，静止卫星的位置相对于地球说是静止不动的，但是实际上它并不是经常能够保持这种相对静止的状态。这是因为地球并不是一个真正的

圆球形状，使得卫星对地球的相对速度受到影响。同时当太阳、月亮的辐射压力发生强烈变化时，由于他们所产生的对卫星的干扰，也往往会破坏卫星对地球的相对位置。这些都会使得卫星漂移出轨道，使得通信无法进行。负责保持和控制自己在轨道上的位置就是轨道控制系统的任务之一。仅仅使卫星保持在轨道上的指定位置还远远不够，还必须使它在这个位置上有一个正确的姿态。因为星上定向天线的波束必须永远指向地球中心或覆盖区的中心。由于定向波束只有十几度或更窄，波束指向受卫星姿态变化的影响相当大，再加上卫星距离地球表面有36000KM，姿态差之毫厘，将导致天线的指向谬之千里。再者，太阳电池的表面必须经常朝向太阳，所有这些都要求对卫星姿态进行控制。

1.2.3天线系统通信卫星的天线系统包括通信天线和遥测指令天线。要求两种天线体积小、重量轻、可靠性高，寿命长、增益高、波束永远指向地球，分别采用消旋天线和全向天线。

1.2.4转发器系统空间转发器系统是通信卫星的主体。实际上是一部高灵敏度的宽带收发信机。其智能就是以最小的附加噪声和失真以及尽可能高的放大量来转发无线信号。

1.2.5遥测指令系统遥测指令系统的主要任务是把卫星上的设备工作情况原原本本地告诉地面上的卫星测控站，同时忠实地接收并执行地面测控站发来的指令信号。

1.2.6电源系统现代通信卫星的电源同时采用太阳能电池和化学电池。要求电源系统体积小、重量轻、效率高、寿命长。

1.2.7温控系统温控系统能使卫星内部和表面温度保持在允许的范围内，否则将影响星上的电子设备的性能和寿命，甚至会发生故障。另外，在卫星壳体或天线上温差过大的时候，往往产生变形，对天线的指向以及传感器精度以及喷嘴的方向性等都会带来不良影响。

1.2.8入轨和推进系统静止卫星的轨道控制系统主要是由轴向和横向两个喷射推进系统构成的。轴向喷嘴是用来控制卫星在纬度方向的漂移，横向喷嘴是用来控制卫星因环绕速度发生变化造成卫星的在经度方向的漂移。喷嘴是由小的气体（一种气体燃料）火箭组成的，它的点火时刻和燃气的持续时间由地面测控站发给卫星的控制信号加以控制的。

2 卫星通信技术在智能交通中的应用

2.1 全球卫星定位系统GPS 及其在智能交通系统ITS 中的应用

2.1.1 近几年来电子技术的发展使GPS 接收机的造价大幅度下降,体积越来越小,快速定位能力和抗遮蔽能力也有提高。另一方面,由于嵌入式PC、单片机和DSP 技术的发展使车载设备的体积和造价也大幅下降。同时计算机和网络技术的发展,相关软硬件设备的性价比有大幅度的提高,使我们有可能建立一个低价格、高性能的GPS 综合服务系统。ITS 即智能交通运输系统是指利用人工智能技术、信息技术等高新技术,对传统的道路交通运输系统进行变革,营建安全、快速、舒适、高效、重视环保的交通运输系统。主要表现在:提高交通的安全水平;提高道路网的通行能力;提高汽车运输生产率和经济效益。有效的通信技术、计算机与网络技术、车辆定位技术、自动监视/ 检测技术、安全保护技术、电子地图等均是ITS 将可能予以有效利用的技术手段。回顾组成ITS 的先进的交通管理系统、出行信息服务系统、商用车辆运营系统、电子收费系统、公共交通运营系统、应急管理系统、先进的车辆控制系统,可见,不论是车辆的管理系统、出行信息服务系统、商用车辆运营管理系统、应急管理系统中的车辆监控派派遣与安全救援服务、导航服务等都需要GPS,这样有效的工具。在一些自动收费的场合GPS 也可作为有效的工具。甚至在道路、桥梁的勘测建设规划中GPS 也是一个有效的工具。

2.1.2 在交通运输管理中, GPS 导航系统与GIS 电子地图、无线电通信网络及计算机车辆管理信息系统相结合,可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能。(1) 车辆跟踪；(2) 提供出行路线的规划和导航；(3) 信息查询；(4) 话务指挥；(5) 紧急援助等。

2.1.3 GPS 技术在交通管理工程中的研究与应用目前在国外早已开始并已取得了一定的成果。如,用于道路参数的测量、GIS 中道路数据库的建立等。目前ITS 发展较好的国家主要有日本、美国等,这些国家的ITS 应用中, GPS 技术都得到了广泛的应用。在日本,由于政府的高度重视,较为突出的是利用GPS 技术的自主导航产品非常普及。在日本国内,2000 年底,装有GPS 自主导航设备的车辆已超过700 万台。它们为驾乘人员提供出行的最佳路径规划,沿途的道路指引,途中的加油站、便利点、维修点、商旅服务信息提供等一系列的帮助。其中部分设备更与通信资讯系统结合提供实时的关于前方的实时交通障碍信息。在美国,汽车的导航服务则表现为另外一种特色,即结合救助服务系统的辅助导航占有优势,所谓辅助导航是专门建设有服务监控中心,监控中心一般有较为完善并功能强大的计算机管理系统并配有电子地图及通信连接设备,为车辆提供定位跟踪管理、报警服务受理、求助服务受理、紧急救援提供、在线语音导航甚至安全防盗服务等管理、信息、安全等服务。

2.1.4 GPS 在运输业中是一个有效的工具。在车辆上装备GPS 设备、建立监控中心监视车辆的运行位置并进行调度管理,这意味着在没有增加资源的情况下工作成绩却得到了提高,调度的效果同时也得到了提高。由于GPS 电子地图监控中心可引导驾驶员快速通过不熟悉的区域,从而提高了车辆到达目的地的速度。系统同时还能与业务应用软件相结合,要求驾驶员在每次工作或运输任务后,利用移动数据终端提供无线电子化报告,而不用再提供书面的文件,从而减少了文书工作量,使信息反馈统计更加及时。

2.1.5 另外在ITS 中的道路工程方面,GPS 也有很好的应用。如在建立各种道路工程控制网及测定航测外控点时是一个有效的工具。高等级公路的迅速发展对勘测技术提出了更高的要求,由于线路长、已知点少,因此,用常规测量手段不仅布网困难,而且难以满足高精度的要求。目前,借鉴国外经验,我国已逐步采用GPS 技术来建立线路首级高精度控制网。如沪宁、沪高速公路的上海段就是利用GPS 建立了首级控制网,达到了常规方法难以实现的精度,同时大大提前了工期。GPS 技术同样应用于特大桥梁、隧道的控制测量中。速度快、精度高,具有明显的经济和社会效益。

2.2 基于卫星定位和无线通信技术的道路电子收费系统

2.2.1 VPS技术基于全球定位系统和移动通信技术，通过车载装置与后端系统之间通信，进行不停车收费，取消收费站。适用目前通信技术和航天技术的发展而发展的，一种新的道路收费技术。