1、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
2、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
3、 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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、 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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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。2.2.2 VPS 技术与传统 ETC 技术的比较，VPS 技术没有路侧设施，建设和维护费用很低，车载装置 VPS 车载装置扩展功能比较多，服务比较多，因此成本要比传统 ETC 高一些
14、，记录行车路径，准确按照里程收费，对占地的影响和景观的影响，传统的 ETC 有收费站，都有很大的影响，VPS 取消收费站对占地和景观没有什么影响。从通行效率来讲，传统 ETC 车辆通过收费站有减速和加速的过程，VPS 就没有收费站，因此不存在这个过程。VPS 技术避免了现金交易，因此很好防治收费作弊的问题，对环境污染小，VPS 技术费用支付不在收费站直接交费，可以通过其他的方式银行提前预付或者在加油站支付点上进行支付，因此费用支付灵活性比较高，服务功能可附加刑又提供其他的服务，个性化消费的功能，因此服务功能的可附加刑很好。从经济效益、社会效益、环境效益的比较，降低建设和维护成本，实现五精确计费
15、，精确记录行车路径，配合车型、排量、载重、区域、时段。带动相关行业的发展，通信产业、车载导航产业、银行。环境效益，提高道路通行能力，另一方面避免环境污染。一氧化碳少排 200 多吨，碳氢化合物少排 200 多吨，减少土地占用和人为污染。增值服务，配合智能公交，协助运输和物流管理，协助超载超限检测，有效进行城市拥挤收费。2.2.3 德国率先 VPS 实施，瑞士也在开展这方面的实验。其他国家和地区，英国、欧盟、美国、荷兰、台湾、香港都开展相关的研究和示范并进行规划。05 年进行 VPS 技术前期研究，06 年关键技术研究与示范列入“十一五”科技项目支撑里面。2.3 卫星通信技术将在交通运输领域深入
16、应用 3 月 17 日，交通运输部副部长高宏峰一行到中国航天科技集团公司调研卫星通信技术在交通运输领域的应用情况。中国航天科技集团公司总经理马兴瑞向高宏峰一行介绍了卫星应用技术的有关原理和市场应用状况及前景。高宏峰还实地察看了“卫星定位技术在客货运输车辆的监控应用” 、 “电子地图在城市交通动态信息采集与发布应用” 、 “直播星数字投递业务、航空摄影及三维虚拟地球和高分卫星影像” 等技术的应用。高宏峰高度赞扬了中国航天科技集团公司体制改革和综合业务发展成就，并充分肯定了卫星数字发行业务覆盖范围广、发行速度快、效率高、成本低、版权保护严等突出优势。在介绍了“十一五”公路水路建设情况和发展现代交通
17、运输业对信息技术的实际需求后，高宏峰表示，交通运输部将加大与中国航天科技集团公司合作研究的力度，推动卫星通信技术在交通运输领域的深入应用。2.4 个人建议 2.4.1 智能交通系统由一系列用于交通运输系统的先进技术以及借助这些技术所提供的多种服务所组成。通过 ITS 系统的建设与实施，实现缓解交通拥挤、减少交通事故、降低运输成本、减轻环境影响、提高运输效率的目的，从而建立起安全、便捷、高效、舒适、环保的智能型综合运输体系。2.4.2 城市智能交通不管在 BRT 建设中还是在高速公路上建设不停车收费系统，都要牢记：1、服务于社会人民；2、逐步稳定发展。结语：智能运输系统是现代高新技术在交通领域的
18、集成和应用，不仅交通领域的现代化水平不断提高，同时也要求相关产业为 ITS 提供更先进的技术、产品和更高水平的服务，从而促进相关产业进而改善产业结构，推动全社会的科技进步。ITS 作为一个新兴的产业，以汽车制造、通信、信息、计算机等相关产业为依托，ITS 的发展也离不开相关产业的参与。ITS 建设可带动相关产业的发展，为其带来可观的经济效益。同时智能运输系统和建立会改善周边地区的交通环境，进而带动该地区经济的全面发展。另一方面，由于 ITS 的实施，带来了路网服务水平的改善，出行效率的提高，由此给各行各业带来的经济效益更是无法估量的。参考文献：1洪大永GPS 全球定位系统技术及其应用厦门：厦门大学出版社， 19982张丰焰现代智能交通系统及其发展趋势北方交通大学学报，20063达新宇现代通信新技术西安：西安电子科技大大学出版社，20034过静君GPS 在智能交通系统中的应用北京：人民交通出版社， 19975王秉钧现代卫星通信系统北京：电子工业出版社，20046吕海寰卫星通信系统北京：人民邮电出版社，20037吴诗其通信系统概论北京：清华大学出版社，20038杨运年VSAT 卫星通信网络北京：人民邮电出版社，2003
