CN1372767A - 移动和手持广播视频地面站终端和通过卫星与地面终端通信的方法 - Google Patents

Abstract

揭示一种移动系统,用于实时把实况转播视听信息从便携式组合摄像机和发送单元发送到通信卫星。系统包括便携式摄像机,用于捕获实况转播视听信息;数字编码器,用于把捕获的视听信息编码成经压缩视听信号;终端天线,用于跟踪通信卫星,以确定它们的位置,并实时把经压缩视听信号发送到通信卫星;以及计算机,用于不同的编辑和信号处理用途。

Description

移动和手持广播视频地面站终端和 通过卫星与地面终端通信的方法

相关申请的相互参照

本申请是2000年2月11日提出的美国专利申请第09/503,097号的延续部分，所述美国专利申请是基于1999年11月2提出的美国暂定专利申请第60/163,028号，和1999年7月2日提出的第60/142,089号的，从所述申请要求优先权。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及视听信息的卫星通信技术，更具体地，涉及用于跟踪地球轨道卫星，以及通过所跟踪的卫星以点—对—点或点—对—多点，从和向小型移动或手持收发信机单元发送实时、广播质量视听信息的技术。

2.相关技术领域的描述

新闻工作的历史充满了对由于技术或后勤的原因而错过的报道的报告。值得注意的例子是试图对美国前总统福特的行刺，NBC夜新闻错过这个新闻，因为它把这个事件记录在照相底片上，在可以为了广播而使用底片之前，必须对它进行处理，而ABC和CBS是记录在录象磁带上的。其它例子包括Ross Perot从1992的美国总统竞选中撤退，NBC因缺乏卫星车而错过，以及海湾战争事件的到来，由于CNN与伊拉克电视有独特的关系，CNN排除了它的竞争者而提供现场直播新闻报道。此外，当本地政府自己控制卫星上行链路而经常拒绝发送未经编辑的节目，或如在铁南门(Tienanmen)广场事件中甚至拒绝发送节目时，检查制度已经妨碍电视新闻。

自从19世纪初期以来，从在滑铁卢战役时的Julius Reuter的鸽子，到在巴格达战争时的CNN的卫星，已经使新闻工作进步得越来越接近它最大的雄心壮志之一—无所不在即时性；所有新闻—从任何地方到任何地方—现在。但是即使在现在，具有可得到的诸如随时可飞行出厂的新飞机的上行链路和卫星车之类的最先进设备，没有至少数天的事先准备仍不可能从几乎是世界上的任何地方发送现场直播传输。卫星车象车子一样移动。飞行出厂的新飞机(flyaway)的高成本和重量使最大的广播站也不可能把它们安置在任何地方，除了安置在它们的网络总部以及安置在它们为数不多的广播局处之外。难得在不到48小时的时间中就可以操作它们，因此，几乎总是用来进行象正在进行的战争之类的长篇连续报道，但是一般不可用于进行象骚动、飓风以及地震等快速突发的新闻事件。

用于电视广播新闻领域中的当前系统是用磁带的或是现场直播的。用磁带的系统一般包括一个三人小组—报告员、摄像师以及音频或公用程序技术员。后面两人直接负责把事件记录在录象磁带或软盘上供以后进行编辑，并发送到总部设备或演播室用于包括在网络的程序设计中。典型地，设备是组合了电视摄像机和录像机的一个单个单元，然而，摄像机和录像机可能是通过电缆连接的分开的物理单元。然后，把所记录的材料从事件现场传递到待进行编辑的另一个位置，如果需要的话，则发送或物理地传递到总部。历史上用磁带的系统是模拟的，近代技术发展已经导致日益增加的数字技术的应用，即，松下的DVC-Pro和索尼的Betacam SX。

在大多数实况转播系统中，通过电缆把摄像机和话筒连接到发送单元。对于本地新闻报道，通过电缆把摄像机连接到中继单元，最普通的是微波单元。一般，在车子上携带价值在200,000美元和500,000美元之间的微波天线和发射机。微波单元要求合格的工程师来操作，而且只能在视距范围内进行点—对—点发送。还有，在多个网络覆盖的重要事件处，频率协调和干扰可能是主要的问题。当微波车在城市内移动时，它们既不容易移动到远程位置，而且根据本地的地理，它们也不具有在大于十多英里距离上进行通信所要求的范围。

对于地区性新闻报道，具有卫星发射机和天线的车子可以经过陆地驾驶，并把视听信息发送到通信卫星。这些单元重3.5-10吨，价格从350,000美元到数百万美元。在每个地面站接收现场需要数万美元的额外投资。这些卫星发送系统是复杂的，并需要至少一个合格的技术员把窄—波束信号对准卫星。传统的上行链路要求对准卫星天线的正确度在小于0.5度之内；还有，在观察角可能小于10°的赤道上，难于把这种上行链路定位在到卫星具有清楚视距的地方。这些问题妨碍卫星车在提供许多突发新闻报道和事件的实况转播新闻报道中使用。

卫星车的大小和重量使这种设备通过民用飞机的长途调度几乎总是价格一过高的。实际上，即使钱不是一个问题，在不欢迎新闻人员的情况中(例如，在战争情况下，其中，冲突的一方或多方试图遮盖战争罪行)经常也不能够调度这种卫星车。

在国际上和国内，通常只为了重大报道而调度可运输的“飞行出厂的新飞机”单元。把这些单元设计成可以在飞机的货仓中装运，它们的价格和重量几乎同上述卫星车中装载设备时的价格和重量相同。具体地，根据所包括的摄制设备的量，可以使重量稍小于一吨到数吨。重量是如此的一个问题，使某些制造者当前使用铝框架和铸件来降低总重量，但是总重量仍比根据本发明的设备的总重量要大好多倍。一旦当飞行出厂的新飞机单元已经到达指定目的地，还要花费24小时以上的时间进行装配和调试。此外，在功率消耗方面，卫星车和飞行出厂的新飞机一般使用3和7千瓦之间的功率，使它们在可得到兼容电源线的场所中的使用受到限制，或需要一台笨重的，通常是不可靠的发电机。

从远程位置发送视频和音频的一种中间技术是存储—和—传递系统。这种类型的系统中应用最广泛的是由Toko制造的。Toko是一种便携式视频和音频发送系统，它可以在卫星的Inmarsat(国际海事卫星系统)提供的业务覆盖区中的任何地方进行操作。它在3个阶段中发送高度压缩(使用有专利权的格式)的视频和音频。阶段1是在约2Mbps处进行视频和音频信号的数字化和压缩，以及把它存储在硬盘上。阶段2是通过Inmarsat“B”卫星业务以最大为64Kbps发送信号，用于存储在接收现场处的硬盘上。阶段3使2Mbps从硬盘再现所接收信号成为必要。它总共花费30分钟来发送一分钟的视听材料。所产生的质量远远低于广播标准，而且比使用VHS格式VCR(录像机)所得质量还明显地低劣。为了比较的目的，数字TV(电视)新闻广播一般要求6-8Mbps来得到与新闻观看者的期望相当的视频质量。此外，Inmarsat“B”终端是相当笨重的，重量约40-50磅，并使用“伞形”天线。

在美国，FirstPix和Colby Systems销售这种类型的低位速率(2Mbps)发送设备。把FirstPix和Colby Systems两种单元设计成与一个或多个蜂窝电话一起使用。同时使用4根常规的蜂窝电话线路，这些系统至少需要6个小时来发送1小时的记录视频和音频。一般只在得到所发送事件的极有限时长剪辑中使用这种系统，但是对于持续的、真实广播—质量视频和音频发送是不实用的。此外，不能够把存储—和—传递系统用于实时发送，而且这种系统是昂贵和笨重的。

从上述明显看到，基于卫星的系统是从远程位置发送电视新闻的最佳配置。然而，在可以利用这种系统传递视听信息(特别是快速突发新闻事件)的实时发送或“全向”发送之前，必须克服数个重要的技术障碍，包括这种系统的大小、重量和复杂性。一个特别有挑战性的障碍在于使用另一种与地球旋转不同步的低地球轨道商业卫星以实时用低功率发射机来发送视听信息，或有效地使用与地球旋转同步的高轨道卫星。

他人已经数次试图开发一些系统，所述系统用于同与地球旋转不同步的商业卫星进行通信。在Hassan等人的题为“捕获非—同步卫星信号的系统和方法”的美国专利第5,929,808号中描述了与低地球轨道(“LEO”)或中地球轨道卫星进行通信的系统。所述系统包括广播信标信号的卫星天线，以及一个基于地面的站，它使用信标对卫星进行定位。基于地面的站包括定向天线，即，具有可电气地引导接收和发送宽度可变的波束的相控阵天线；以及天线控制器。

为了对卫星进行定位，Hassan等人建议一种瓶颈型的搜索算法，其中，开始时搜索区较宽，然后逐渐变窄。相应地，起初控制器只激励相控阵天线的少数单元，从而导致产生较宽的波束，例如，30度。一旦通过宽波束确定了卫星的位置，就激励相控阵天线的另外单元使波束变窄，并增加天线的增益。继续进行该过程直到激励相控阵天线的所有单元，以产生对准卫星的具有最大增益的宽度最小的波束。

在Dietrich等人的题为“室内卫星蜂窝中继器系统”的美国专利第5,912,641号中揭示提供卫星通信系统的另一种尝试。Dietrich等人描述的系统包括室内终端，以及室外发送和接收天线。室外接收天线包括可操纵的定向天线，所述定向天线包括印制电路天线单元的切换的平板相控阵，并可以通过计算机进行操纵，以便确定轨道卫星的位置和促进硬越区切换。发送天线通过可操纵的的波束或与“高增益”不一致的“全向”发送把高增益波束对准LEO。本专利不推荐任何特定的操纵技术。

在Wiedeman的题为“使用地面波束操纵终端的卫星波束操纵基准”的美国专利第5,758,260号中揭示提供卫星通信系统的又一种尝试。Wiedeman揭示一种卫星通信系统，它产生用于LEO的高度校正信号。所述系统包括在地球表面上位于已知位置处的多个卫星波束操纵基准终端(“SBSRT”)。每个SBSRT包括可能是全向天线的一个天线，以把信号发送到LEO。

在Jha等人的题为“用于卫星通信系统的地面天线”的美国专利第5,905,446号中揭示了用于发送无线电信号到低地球轨道卫星和从低地球轨道卫星接收无线电信号的各种天线。Jha等人推荐使用一种可操纵的天线，所述天线渐进地搜索卫星信标，以减少卫星越区切换，并在较宽范围，例如，测量得跨越80度的一个锥形区域中发送信号。

由于上述现有技术中没有一个使用智能型操纵天线，所以现有技术不能大批量地提供可行的卫星通信系统，所述可行的卫星通信系统能够通过卫星以实时传递视听信息而不需要昂贵和笨重的上行链路设备，所述智能型操纵天线从手持收发机单元实现必需的功率管理和瞬时卫星跟踪，即使在该单元改变位置、取向和高度时也能实现。相应地，在技术领域中存在对于一种技术的需求，所述技术用于跟踪同步和/或不同步卫星，以及通过所跟踪卫星从小型的，安装摄像机的单元点—对—点或点—对—多点地发送实时、广播质量视听信息。

发明概要

本发明的一个目的是提供可以作为视频上行链路的一种设备，所述设备用于通过卫星或其它手段(例如，诸如光纤之类的有线)把实时广播质量发送从视频摄像机发送到世界上任何地方的基站。

本发明的第二个目的是通过无线电或无线局域网(LAN)直接从摄像机或通过与摄像机进行通信的本地中继执行到便携式上行链路单元的无线发送。

本发明的第三个目的是在摄像机和中继单元之间缺乏视距路径的情况下保证视频和音频信号从摄像机到本地中继单元的可靠发送。

本发明的第四个目的是允许多个摄像机、记录、编辑和存储装置连接到相同的中继单元，由中继单元选择把哪些馈给(一个或多个)发送到卫星。

本发明的第五个目的是具有一种轻便的系统，一个人或两个人足以携带所述系统，而且所述系统还便于安置到商用飞机中在头顶上的随身行李箱中。

本发明的第六个目的是通过利用智能操纵天线，允许在摄像机上系统与播音室进行通信，并且通过在摄像机上系统的大范围物理取向经由卫星进行通信。

本发明的再另一个目的是使用智能操纵天线，以致使在摄像机上卫星发送单元的功率要求最小，因此进一步增强了可携带性。

本发明的又另一个目的是提供一种系统，可以在任何时间在世界上任何地方由操作员来操作所述系统，所述操作员经过使用该系统的培训，但是他不是专业的视频或卫星工程师。

本发明的再又一个目的是提供一种系统，操作所述系统时强加于人的感觉最少。

为了达到对于参考下面的揭示将变得更为明了的这些和其它目的相符合，本发明广泛地提供设备，所述设备用于把摄像机信号转换成经压缩数字格式，并把经压缩数字信号通过卫星或其它手段(诸如光纤之类的有线等)发送到一个或多个基站。

在一个实施例中，子系统直接执行卫星上行链路—或一般的发送，所述子系统是直接附加到视频摄像机上的。在另一个实施例中，把数字压缩摄像机信号中继到执行卫星上行链路或发送的远程本地上行链路子系统。使用无线连接(最好是IEEE 802.11无线LAN)，或通过电缆，来执行到远程单元的压缩摄像机信号发送。

把数字压缩摄像机信号中继到卫星，以及从那里到基站，或使用有线设备直接发送到基站。在基站处，可以通过广播公司(broadcaster)标准电视分发设备以实时把摄像机捕获的视听信息发送给电视观看者。还可以通过广播公司的网站发送给互联网用户。为了预观的目的，还可以使信号解除压缩并显示在电视监视器上。还可以把信号存储在盘上，或通过选择路由(以模拟形式或数字形式)传递到其它视频设备。

在下面的揭示中，重点放在卫星中继设备上，因为它们提供普遍存在的接入。熟悉本技术领域的人员可以容易地适应设计来使用有线设备。

结合并构成本揭示的一部分的附图示出本发明的较佳实施例，并用来解释本发明的原理。

附图简述

图1是系统图，示出使用直接卫星连接的较佳实施例的总结构；

图2是系统图，示出系统的另一个实施例的总结构，所述系统使用用于卫星发送的第二中继单元；

图3是适合于在图1的实施例中使用的摄像机单元的方框图；

图4是适合于在图2的实施例中使用的摄像机单元的方框图；

图5是示意图，描绘摄像机单元的安装；

图6是示意图，描绘摄像机单元的另一种安装；

图7是示意图，描绘环形缓冲器的操作；

图8是示意图，描绘用于卫星发送的第二中继单元；

图9是示意图，描绘由于天线的运动而改变天线和卫星之间的取向和高度；

图10是示意图，描绘适合于在图1和图2的实施例中使用的有源(active)相控阵天线的设计；

图11是适合于在图10的有源相控天线中使用的激励电路的简图；

图12是示意图，描绘接收阵列的级联跟踪器对；

图13是流程图，示出级联跟踪器使用的较佳处理技术；

图14a和b是示意图，描绘把有源相控天线附加到视频摄像机上；

图15是功能图，说明图2的系统的操作结构；

图16是在图1和2的实施例中有用的软件的图例；

图17是摄像机单元的软件流程图；

图18是卫星主控制单元的软件流程图；

图19是用于总部单元的软件流程图；

图20是系统图，示出本发明的另一个实施例的总结构；

图21是适合于在图20的实施例中使用的天线配置的示意图；以及

图22是适合于在图20的实施例中使用的另一个天线配置的示意图。

较佳实施例的描述

参考图1，示出本发明的一个当前较佳实施例。在本较佳配置中，系统包括摄像机单元10、摄像机卫星天线11、视频摄像机12、卫星系统30、基站或总部单元40以及基站卫星天线41。

为了使系统的可携带性最大，使视频摄像机12、摄像机单元10和摄像机卫星天线11一体化成为单个手持单元。在本配置中，视频摄像机可以是索尼BVW-D600数字摄像机，或松下DVC Pro数字摄像机。可以合适地把摄像机单元10和天线11安装在摄像机12上或与摄像机12组合成一体。

把系统设计成通过摄像机12捕获实况转播视听信息，并通过卫星系统30把实时、广播质量捕获视听信息发送到总部单元40。如将联系图3进一步描述，这是通过把捕获视听信息转换成压缩数字流而实现的，最好是压缩成MPEG-2传送流，然后经由卫星以实时把压缩信号发送到总部单元40。

在较佳配置中，卫星系统30是同步卫星或低地球轨道卫星(“LEOS”)的网络。如上所述，现有技术卫星通信系统失败的主要原因与不使用昂贵和笨重的上行链路设备就没有传递实况转播视听信息的能力有关。LEOS以高频率(18GHz以上)进行通信，这可以允许使用较小尺寸的天线阵列。下面联系图9-13讨论根据本发明的这种天线的例子。

最好使用互联网协议来实现在网络层处的信号发送，这是通过卫星业务提供器作为业务提供的。通过使用互联网协议多点传输，有可能有数个总部单元40接收上行链路视听信息。

通过使用波束操纵，本发明提供改进的地面天线设计，所述波束操纵允许进一步降低可靠发送的功率要求，从而增加可携带性。熟悉本技术领域的人员会理解，本发明对于包括同步和不同步系统的其它卫星系统施加相等的强制力。

为了在现场容纳多个摄像机，以及在现场(例如，建筑物的楼顶)的天线布局中提供更大的自由度，可以任意地把摄像机单元10分成两个部件：没有卫星天线的一个单元；以及提供卫星发送的第二中继单元。在图2中示出这种配置。

参考图2，本发明的另一种配置包括摄像机单元10、视频摄像机12、WLAN(无线局域网)天线13、卫星主控制单元20、WLAN PC(无线局域网个人计算机)卡和天线21、卫星天线22、卫星调制解调器PC(个人计算机)卡23、卫星系统30、基站或总部单元40以及基站卫星天线41。应该注意，在本说明中使用相同的标号来表示相同的部件。

在图2的配置中，使用无线局域网(WLAN)来执行摄像机单元10和卫星主摄像机单元20之间的通信，所述无线局域网可以是可大批量得到的在11Mbps处操作的，符合IEEE 802.11的局域网，或在速度大于20Mbps处操作的HiperLan或Wi-Lan。所使用的网络层协议是互联网协议。使用基于分组的共享媒体的系统，允许把多个摄像机和再现装置同时连接到相同的卫星主控制单元20。然后卫星主控制单元20操作员可以选择应该使哪个摄像机输入中继到卫星。

下面联系图3和17进一步描述的摄像机单元10是一适当封装的特殊板，以作为辅助设备安装到现有的摄像机上。也可以把它包括在原始配置中，或设计定制的摄像机模块来包括这种板。在本地中继的情况下，摄像机单元10可靠地(如下所述)和任意安全地(通过标准IEEE 802.11加密设备)把音频和视频信号从摄像机发送到邻近的卫星主控制单元20。如上联系图1所述，在直接上行链路的情况下，可以另外把摄像机单元10和卫星主控制单元20的功能与摄像机12组合成一体。

下面联系图8和18进一步详述的卫星主控制单元20最好是带有WLAN适配器和合适的控制软件的便携式个人计算机，它接收来自摄像机单元10的数字视频和音频信号，并把所述信号再发送到卫星。单元20还有能力把视听信息记录到本地海量存储器件中，用于在较后时间预观、编辑和/或链接到上行链路。在卫星主控制单元20、摄像机单元10和总部单元40之间还提供双向数据和/或音频通信，以允许单元操作员之间的命令和话音通信，以及站接收实况转播馈送。

通过卫星网络传送，上行链路信号以最终传递到总部单元40。较佳地，总部单元40是带有合适控制软件的个人计算机，可以把所述控制软件安装在传统的广播交换设备(控制室)内，并且用于数个目的，包括：对所接收压缩—域视听信号进行解码；为了预观的目的，在正规的电视监视器中显示经解码视频信息；把所接收数字信号存储在海量存储器件上；以模拟或数字形式，把所接收信号的路由改换到外部装置(例如，通过TCP/IP网络使MPEG-2数据通过选择路由传递到另一个系统)；从海量存储器件再现预记录的视频；以及最重要的，使用诸如USB或IEEE1394之类的合适接口把所接收数据通过选择路由传递到专用数字视频路由器，用于最终发送给电视观看者。下面联系图19进一步详述提供这种功能的软件。

总部单元40与可大批量得到的有模拟输出的MPEG-2解码器板(未示出)；带有相关联的卫星接收天线41的卫星调制解调器卡；经由100-BaseTx或ATM LAN适配器到在设备(未示出)中的其它计算和视频设备的正规TCP/IP连接，一起安装。此外，总部单元40可以为本地音频输入(COMS)或通信信道作准备，以及当使用一个IFB信道时，为用于IFB信道的通过连接(直接反馈回摄像机单元10的附加输入)作准备。

接着参考图3，其中较详细地示出摄像机单元10的较佳实施例。摄像机单元10是测量得约为5英寸见方和0.5英寸厚的电路板，并包括供S-视频或组合视频输入100、立体声音频输入110、本地单声道音频输入130、以及本地单声道音频输出135用的外部连接。

如在图3中所示，摄像机单元100通过S-视频或组合视频输入100接收来自摄像机12的经捕获视频信息，并馈送到NTSC/PAL视频解码器101，它可能是可大批量得到的SAA 7111解码器。摄像机单元100接收来自摄像机12的模拟音频信息，并通过立体声音频输入110馈送到音频模拟—到—数字转换器111，每个转换成数字数据流。音频模数转换器131把在输入130处接收的本地单声道音频转换成数字数据流。数模转换器136还可以把本地单声道音频转换成模拟信号，用于经由输出135驱动扬声器(未示出)。

除了输入/输出装置之外，摄像机单元10包括MPEG-2编码器子系统120、121、122、123；卫星通信子系统180；以及嵌入式计算系统的基本单元，包括CPU(计算机单元)150、本地PCI总线140、快速EPROM 141、8MB DRAM 145、任选的4GB本地硬盘170、以及锂离子电池电源160。本地总线通过MPEG-2编码器子系统120、121、122、123；本地(单声道)音频数模转换器(DAC)以及模数转换器(DAC)131、136以及通信子系统180互连。

MPEG-2编码器子系统包括MPEG-2编码器120、串行EPROM 122、8兆位SDRAM121以及25MHz振荡器123。MPEG-2编码器120经由视频和音频输入102、112接收通过自动—检测NTSC/PAL视频解码器101处理的数字视频信息以及通过模数转换器(ADC)111处理的数字立体声音频信息。

在所示出的MPEG-2编码器120是单—芯片C-Cube DVxpert 5110的同时，在本发明中可以互换地使用多—芯片解决方案以及软件编码器。MPEG-2编码器把压缩音频和视频信息的单个数据流经由输出125传递到PCI总线140。通过总线到主CPU可得到这个数据，用于进一步处理或传递到通信子系统180。

通信子系统的结构有赖于是否直接执行来自摄像机单元10的卫星发送，如在图1中所示；或是否经由卫星主控制单元20，如在图2中所示。图3描绘前一种配置。

再参考图3，把卫星调制解调器接口控制器180连接到PCI总线140。来自MPEG-2编码器120的数据可以经由CPU 150，或经由DMA传送(存储器直接存取传送)(未示出)发送到调制解调器180。注意，在较佳配置中使用的MPEG-2编码器120可以作为总线主机，因此可以启动它自己的DMA传送。卫星调制解调器180调制数字信息，所述数字信息用于通过卫星天线11(将在下面描述)发送到卫星30，并从那里发送到总部单元40。

例如，卫星调制解调器180执行的调制技术，对于上行链路可以是四相移相键控(“QPSK”)，而对于下行链路可以是8相移相键控。对于上行链路和下行链路两者，卫星调制解调器180还执行差错控制编码。对于上行链路，用多个频率时分多址(MF-TDMA)的组合可以实现资源共享，而对于下行链路，用异步时分多路复用(ATDM)。

QPSK是一种技术，用于用适合于在模拟通信信道上发送的数字信息调制模拟载波。当卫星调制解调器180应执行QPSK调制以便产生最终可以通过卫星系统中继的信号时，可以使用熟悉本技术领域的人员众知的诸如正交幅度调制(“QAM”)或频移键控(“FSK”)之类的其它调制技术，而且卫星调制解调器180可以使用这些其它调制技术来实现与特定卫星的正常通信。

为了减轻通信信道中噪声的影响和由此而导致的数字信息的潜在损耗，卫星调制解调器180还执行前向差错校正(“FEC”)。这些技术包括把冗余信息附加到数据上，以致在出现差错时，可以充分恢复原始数据。FEC技术的一个例子是里德—索罗门编码；还存在数种其他技术，例如，熟悉本技术领域的人员众知可以使用分组编码、卷积编码和特播编码、BCH、CRC以及奇偶编码。

接着参考图4，当使用卫星主控制单元20时，用PC卡接口控制器185替代摄像机单元10的通信子系统，在PC卡接口控制器185上连接无线LAN适配器(PC卡)190。

把天线13放置在摄像机单元10的外壳的外面，以致减少干扰。在本实施例中，使用郎讯波局域网特播个人计算机卡(Lucent Wave LAN Turbo PC Card)，虽然也可以使用其它方案。PC卡的使用使故障情况下易于更换网络接口控制器，以及使用有线通信设备(例如，正规的10-Base2以太网)是为了测试和系统配置的目的。

接着参考图5和6，摄像机单元10可以装在摄像机12的主体中，如在图5中所示，或可以附加到摄像机12上作为一个添加部件，如在图6中所示。在图5所示的配置中，示出直接卫星发送所使用的卫星天线11，把它附加在摄像机把手上面的摄像机12上。其它设计也是可能的，例如，直接安装在摄像机的顶上而无需安装柱，这种位置允许天线11和卫星系统30之间的有效通信，而同时使从天线发送的信号对于摄像机操作员的辐射最小。在图6所示的配置中，使用合适的适配器板14把摄像机单元10附加到摄像机12作为添加部件，所述适配器板允许把摄像机单元10放置在摄像机12和摄像机电池15之间。

摄像机单元10作为正规计算机来设计，以及使用互联网协议作为通信协议的基础，允许从卫星网络提供连通性的任何地方(理论上，是整个互联网)接入摄像机单元10，所述连通性是用于测试、系统配置或升级，或简单地，用于远程操作的。这对于从现场单元到实际上可以部署单元的世界上任何地方提供普遍存在的和可靠的业务是很重要的。

连接摄像机单元10的各种外部连接如下。把视频输入100和立体声音频输入110连接到视频摄像机的相应输出端。在本较佳实施例中，这种输入是模拟的。熟悉本技术领域的人员可以容易地把输入子系统转换成适应不同格式，包括松下的DVC-Pro或索尼的Betacam SX以及高分辨率(16∶9)和其它标准。例如，C-Cube已经提供单—芯片解决方案，这种方案在它的DVxpress-MX产品系列中提供DVC-Pro到MPEG-2的直接转换。

分别把本地(单声道)音频输入130和输出135连接到话筒和摄像机操作员的耳机。使用它们作为控制信道，以使摄像机操作员、卫星主控制单元20操作员(如果存在)以及在总部单元40(COMS信道)处的人员之间的话音通信成为可能。还可以提供第二单声道音频输出(未示出)，它包括可中断反馈信道(IFB)，提供没有摄像机音频的实况转播节目的混合(混合减一，把音频反馈提供给现场报告员)。这个信号的源是位于总部单元40现场处的广播播音室。COMS和IFB两个信道都是使用8kHz/8位的低速率音频的，而且可以使用电话编解码器ITU G.723.1标准，或GSM标准，进行编码。

如上联系图3和4所述，通过NTSC/PAL/SECAM/HDTV视频解码器101处理实况转播视频信息，所述视频解码器101执行解调和模数转换两种操作，其中通过音频模数转换器111转换实况转播音频。把视频解码器101和音频A/D转换器111的输出馈送到MPEG-2编码器120。编解码器(codec)有具总线主控能力的一直接PCI接口。把音频和视频信号压缩成单个经多路复用的数据流，即，MPEG-2传送流，具有6-8Mbps的目标速率(对于5110芯片，从2到50Mbps的速率是可能的)。这个速率提供供新闻使用的足够的质量；就较新一代的无线LAN，例如，100Mbps，以及卫星调制解调器产品而言，可以立即使用较高的比特速率。使流可用于PCI总线，用于经由DMA或经由主CPU直接传送到通信子系统。

由于通信链路可能偶然碰到问题，所以在某些情况中可预见到损耗。用直接的卫星上行链路，卫星网络中的拥挤或大气条件可能会在某个时间周期中禁止到卫星的发送。相似地，当与卫星主控制单元20一起使用无线LAN时，诸如多径畸变和衰减之类的各种条件可能偶然地中断通信。为了这个原因，可以可选择地使摄像机单元10配备一个可以作为环形缓冲器使用的硬(或固态)盘170。

在图7中示出使用硬盘170作为环形缓冲器的功能。CPU 150运行两条线：写入器线和读出器线。写入器线保持一个到缓冲器的指针。它从MPEG-2解码器得到数据并把它们放置在缓冲器中，并使指针前进，前进的位置数与所写入的数据一样多。分别地，读出器线保持它自己的指针。它从通过指针指示的位置处开始从盘中得到数据，并把它发送给通信子系统。然后它使指针前进与所获取数据一样多的位置。读出指针始终在相同的位置上，或比写入指针要早。当每个指针到达缓冲器阵列的结束处时，就环绕到缓冲器的开始处。两条线使用相互排斥的锁定，以避免同时读出和写入相同的缓冲器位置。还有，读出线总是检查它没有超过写入线(它的指针在写入指针的前头移动)。

在正常操作期间，读出线可以是在写入线后面访问的线。当发生通信问题时，在链路上将发生分组丢失。这可以容易地通过分组上的序列号进行检测。通过保持分组丢失的估计(例如，滑窗平均值)，接收机可以自动地向发送器(摄像机单元10)请求退回，以致重新发送丢失的数据。这意味着读出指针将移回到缓冲器，以便重新发送畸变或丢失的信息。这也可以通过摄像机操作员、卫星主控制单元20操作员或总部单元40操作员人工地触发。

所需要缓冲器的大小与发送数据速率和预期发送问题的最大持续期有关。对于8Mbps流，每分钟需要缓冲60兆位数据。

摄像机操作员、卫星主控制单元20操作员或总部单元40操作员还可以标出环形缓冲器的区域，以致读出/写入线的连续传递不会把它们擦除。这允许保存已经记录在那里的题材以待晚些时候发送，并可以通过使用在否定访问的缓冲器中到位置和长度的指针阵列而取得题材。写入和读出线检查这个阵列以避免重复写入和读出这个数据。

在操作中，使来自MPEG-2编码器的信号连续地写入硬盘170。通信子系统180或185从盘170得到用于发送的数据。为了保证不丢失信息，当发生通信问题时，通信子系统可以在环形缓冲器上退回。尽管这会引入附加的延迟，但是要优于丢失信号。盘空间的量直接确定通信中断的最大长度，摄像机单元10可以容忍所述通信中断最大长度而没有丢失所捕获的视听信息。用4兆位的盘可以存储88分钟的6Mbps流。这比足以包括大多数感兴趣的情况还要多。

通信子系统简单地把卫星调制解调器或无线LAN接口连接到总线，并以与一般用途计算机相同的方法操作。可以使用多个适配器来得到较高的通过量，使用相反的多路复用。

通过锂离子电池组160把电供给摄像机单元10，锂离子电池组160允许增加独立性和避免电荷存储效应。根据摄像机特征，也可以使用来自摄像机自己的电源15的直流电。摄像机单元10的总功率损耗的数量级为3瓦，2瓦用于发射机馈送天线，而1瓦用于其它部件，与卫星车或飞行出厂的新飞机所需要的3,000-7,000瓦相比是一个大大的改进。

摄像机单元10运行可大批量得到的允许远程登录的TELNET软件(用于配置、测试和故障查找)，为了维护的目的，还提供它的快速EPROM的可下载的更新。

接着参考图8，更详细地说明卫星主控制单元20。与之相当接近的(典型地在0.5英里之内)卫星主控制单元20的相似天线21接收来自摄像机单元10的无线LAN天线13的信号。

如在图8中所示，卫星主控制单元20是一台个人计算机，最好是可大批量得到的膝上计算机，包括至少一个333MHz的Intel奔腾II或相似的微处理器，带有64兆位RAM、4千兆位盘空间，以及两个PC卡槽、本地模拟音频输入/输出、能够以8位/8kHz进行两—路A/D转换的音频卡以及内装式MPEG-2解码器。卫星主控制单元20计算机配备有卫星PC卡调制解调器21和天线，以及无线LAN调制解调器和天线23。无线LAN天线向PC卡适配器的外侧伸展。卫星天线通过电缆连接到在摄像机单元10中的卫星调制解调器。一种可能的天线配置可以测量为2”×10”×10”。

卫星主控制单元20接收来自无线LAN适配器的互联网协议分组，并把它们传递到卫星适配器，用于通过卫星网络进行中继，并最终由总部单元40接收。为了这个目的，它包括连接控制软件，该软件建立到总部单元40和摄像机单元10的连接，将在下面描述。

软件还提供使用本地音频输入/输出端口在卫星主控制单元20和摄像机单元10之间(COMS信道)的两—路话音通信。如前所述，可以把正规电话型编码用于这个信道，诸如ITU G.723.1或GSM。可以把带话筒的正规头戴送受话器安装到在摄像机单元10和卫星主控制单元20两者上的这些端口。当可得到IFB信道时，卫星主控制单元20还中继从总部单元40到摄像机单元10的IFB信道。

卫星主控制单元20另外的性能还包括把通过无线LAN适配器接收的数据存储到本地盘，用于在较晚时候发送或再现；当正在把所接收视频中继到卫星时在屏幕上进行本地预观；在操作控制下在摄像机单元10馈送和本地盘馈送之间切换；支持从一个以上的摄像机单元10来的接收；以及使用可大批量得到的软件的本地视频编辑性能。

除了发送到卫星之外，在卫星主控制单元20处的摄像机单元10和接收机还具有任何地方需求的，用于广播视频的近距离无线发送的应用。虽然存在基于微波的系统可以用于这种发送，但是这些系统要求在发射机天线和接收机之间是直接的视距路径，并需要可观的设置时间。主要的优点是即使当在摄像机和基站之间没有视距路径时，也有接收数字视频的能力。此外，预期在本实施例中所揭示设备的预期价格要低于基于微波的系统。应该注意，对于这些应用需要较高的无线LAN带宽(即，20-100Mbps)，以寻找在诸如运动会之类的域中的宽扩展接收。

接着参考图9-13，现在描述卫星天线。如上参考图1所述，本发明的一个较佳实施例提供直接附加到摄像机上的卫星天线。天线的目的是把通过摄像机12捕获的数据和/或压缩视听信息直接发送到卫星30，然后卫星30可以向前发送到其它中继卫星，最终发送到在地球上的基站40。

由于在便携式摄像机中的功率限制，不可能辐射天空的一大部分而仍把足够的信号功率传递到卫星。此外，可能把天线安装在不稳定的或不稳固的手持、便携式摄像机平台或车辆上。相应地，为了克服笨重的现有技术卫星通信系统的缺点，地面站卫星收发机子系统的射频(RF)部分使用一个新式的、可操纵的、低—功率天线11或13，以致当通过低功率发射机驱动它时，可以得到可靠的发送，并且小到足以附加到便携式摄像机12上，所述低功率发射机是通过重量轻的便携式电池160供电的。

但是，由低功率发射机驱动的天线提供足够的发送功率密度，以把合适的信号功率传递到卫星接收天线，并继续保持到卫星的发送链路，即使卫星(诸如LEOS，同步和/或不同步)正在明显地改变它们相对于安装摄像机的天线的位置(所述安装摄像机的天线正在改变它的位置、取向和高度)。相应地，如在图9中所示，当安装摄像机的天线201、211移动和倾斜时，和当卫星200、210改变它们相对于天线的位置时，根据本发明的地面站终端天线子系统能够适应。

接着参考图10，图中示出地面站终端天线11的一个实施例。在本实施例中，天线包括薄金属层天线单元310的平面阵列，诸如形成在印制电路板上并与平面微波电路技术兼容的微带接插(patch)。

某些天线单元301、302、303、304是接收单元，专用于接收来自卫星30的功率控制或信标信号和保持来自所接收信号的相位信息，以致可以分析它们的到达方向，并用来适配形成发送阵列的余留天线单元310的相位。如下更详细的讨论，当卫星和地面站终端天线两者都改变位置、取向和高度时，在本发明中还另外使用输入功率控制信号来定卫星的方向，并对它们进行跟踪。

除了专用接收天线单元301、302、303、304之外，阵列300的余留单元310的作用是作为独立的相位控制发送天线。在一个示例实施例中，其中，设计成与低地球轨道卫星的星座(轨道高度h＝700公里)进行通信，地面站终端的发送子系统将在约29GHz的频率(波长λ＝1.04cm)处操作。为了提供在卫星接收机处(当卫星在约1400公里的最远的倾斜范围处，引起自由空间损耗(4πh/λ)²＝184.4dB，以及计算其它损耗导致185.5dB的总发送损耗时)的接收功率所必需的-118dBW，要求地面站终端发射机提供等效的各向同性发送功率(EIRP，发送功率和天线增益的乘积)约为34.3dBW(在晴空条件下)，以适应在两个—中继段或多个—中继段卫星系统中所要求的链路预算要求。相同原理应用于通过同步卫星的通信。

为了满足所需要的链路预算要求，地面站终端应该在约2W的功率电平处操作，天线阵列应该具有G＝31.3dB的增益。通过天线增益G和有效面积A之间的普遍关系，

A＝Gλ²/4π                                        (1)

这个要求导致约116cm²的天线阵列有效面积。即使允许天线的效率为约50％，对于波长在或接近λ＝1.04cm处操作的上行链路发送子系统，在以足够密度分配单元的一侧上，约15cm的方形阵列应该能合适地得到所要求的增益。

应该注意，图10描绘7×7阵列的接插单元。可以根据本技术领域中众知的原理改变图中所示的单元数、它们的形状、以及它们的间隔。同样，虽然最好使4个天线单元专用于接收卫星信号，但是这个任务可以使用其它数目的单元，只要专用单元的最少数目是3个单元。此外，其它类型的天线可以适于作为天线11使用，诸如非平面或保角阵列、行波天线、声音相位控制天线、孔径天线、导线天线与开路波导。

接着参考图11，图中示出在较佳实施例中控制和激励相控阵天线的电路。功率分压器315受到微波源312的驱动，接着，摄像机单元10的调制解调器180提供的视听信号对其进行调制。功率分压器315把功率分配给各移相器320，它们分别受到移相分配单元350的控制。每个移相器320输出一个信号，所述信号通过相应的功率放大器330放大，用于施加到发送天线单元340。处理单元360接收通过接收单元301、302、303、304捕获的相位控制信号，应用一个算法来确定每个发送单元的激励相位，并把结果提供给移相分配单元350。

虽然移相器是控制相控阵天线单元310所发送波束的操纵的主要单元，但是控制波束的形状也是有利的。这可以通过独立地改变每个阵列天线单元的放大器增益而实现。

接着将讨论获取输入卫星信号的方向的算法和导出发送单元的合适的相位。当投射到阵列的平面上时，让输入平面波的波矢量k分别在x，y垂直方向上具有分量p和q。然后接收单元在(x，y)处取得相位φ的信号，其中

φ＝px+qy                                         (2)

相位检测器获取在(x，y)处的单元的相位φ。当有多个接收单元时，我们有多个x和y的已知值，以及多个φ。然后可以通过最小二乘方算法或产生与数据配合最佳的p，q值的任何相似的计算来估计两个未知值p，q。通过使用更多的接收单元或重新配置它们，可以得到必须求解的2π倍乘的相位模糊。

为了使发送阵列在卫星信号正在输入的方向上发送它的波束，必须沿阵列表面产生具有相反常数-p和-q的波形。如果发送的频率和所接收信号的频率相同，则电磁辐射物理学保证发送波束的方向是-k的方向。如果不是相同频率，则相位常数按相应的比例。在(x，y)处的发送阵列单元必须通过相位θ的信号来激励，其中

θ＝-px-qy                                          (3)

这施加到在已知坐标(x，y)处的多个发送单元中的每一个。移相分配单元350把合适的相位分配给阵列的每个发送单元。

为了避免来自相控阵天线300的辐射中的点阵波(grating lobe)，在所有方向上，必须保持单元间隔小于一个波长，例如，对于29GHz卫星系统是1cm。希望使任何单个发送单元的辐射方向图接近各向同性，以致当操纵波束时，波束强度保持相当恒定。每个发送单元的精确形状，诸如矩形或圆形接插，会影响个别的辐射方向图；所需要的单元数与要得到的增益有关。

由地面站终端天线的小尺寸和低功率的严格要求而强加的设计制约导致涉及发送和接收单元两者的解决方案，以允许在相对于时间随机地变化的天线的方向上跟踪卫星和发送到卫星的波束。这转而导致有关用于跟踪的阵列单元间隔的进退两难。为了得到合适的正确度，间隔应该足够地大，它再应该足够地小，以避免与辐射方向图的点阵波瓣相关联的跟踪模糊。具体地，如果使跟踪单元隔开多个波长以得到精确度，则结果得到的相位测量模糊程度将是许多个2π弧度的倍乘，表示卫星的许多点阵波瓣和较多的方向。如果单元的间隔不到一个波长，则排除了点阵波瓣，但是精确度可能差到不可接受。

接着参考图12，图中示出考虑上述困难的卫星天线11、22的更佳实施例。级联跟踪天线350组合两个接收天线阵列，一个用于高正确度的大规模阵列301、302、303、304，以及一个解决相位模糊的小规模阵列305、306、307、308。

借助级联跟踪天线和一种算法来控制天线而达到两个目的。算法的第一步获取小规模接收子阵列的相位，所述小规模接收子阵列的最大单元间隔小于一个波长，因此不受相位模糊或点阵波瓣的影响。最小二乘方算法产生对于来自卫星的输入控制信号方向的最佳，但是低—精确度的估计值。

其次，假定最佳估计值是正确的，计算在大规模接收子阵列处的相位。因为这些相位是从小规模阵列导出的估计值产生的，这些相位是不精确的，它们解决2π弧度的整数倍的模糊。对在大规模阵列单元处的估计相位与在那里测量的相位进行比较，通过绕到最接近的2π的整数倍而获取未知的2π弧度的倍乘。然后把这些2π的倍乘加到在大规模阵列单元处测量的相位中，以求解模糊，并且与在小规模阵列处的不模糊相位组合，以给出卫星方向的更正确的最小二乘方估计值。

可以把级联跟踪器算法的详述表示如下。使天线阵列处于xy-平面中，并用单位矢量来表示相对于阵列的法线的卫星方向，所述单位矢量的分量在阵列平面中是2×1列矩阵n的单元；这是待估计的未知数。使小规模阵列单元的位置通过矩阵s给出；在图中所描绘的示例例子中，这是一个4×2矩阵(行数是单元数，列给出单元位置的x和y分量，按接收机频率的波长测量)。使在小规模阵列单元处测量的相位通过以2π弧度为单位的矩阵p给出；在示例例子中，这是一个4×1矩阵。对于小规模阵列，单元的间隔小于所接收信号的一个波长(在例子中，这指沿小正方形子阵列的对角线的间隔)，而且不存在相位中的模糊(把在p中的输入限制在-0.5到0.5范围内)。

由公式表示这些矩阵之间的关系如下：

p＝sn                                               (4)

在本例子中，对于两个未知数有4个公式。给出对于n的最小二乘方的最佳估计值如下：

n＝(s^Ts)^-1s^Tp                                       (5)

其中，“T”表示矩阵的转置。这个估计值的精确度较低。对于大规模阵列，相应的矩阵是S和P，但是P是模糊到在相位测量中丢失加法整数的程度。给出大规模矩阵之间的关系如下：

Sn＝P+U                                             (6)

其中，在U矩阵中的输入是未知整数。相位测量只提供P，它的输入是在范围-0.5到0.5中。级联跟踪器算法通过绕到最接近的整数而寻找在U中的未知整数：

U＝绕过(S(s^Ts)^-1s^Tp-P)                              (7)

最终，得到卫星方向的高—精确度、不模糊、最小二乘方最佳估计值如下

n＝(s^Ts+S^TS)^-1(s^Tp+S^T[P+U])                          (8)

然后，在发送阵列单元以发送频率来定相位时直接使用在阵列平面中的这个方向，使地面站终端发送天线瞄准在卫星的当前方向上。

参考包括在图13中的流程图，描述最好通过在中央处理单元360上执行的软件实施的级联跟踪器算法如下。在步骤410中，预先计算矩阵a、b、c、d和D如下：

a＝(s^Ts)^-1s^T                                         (9)

b＝Sa                                                (10)

c＝(s^Ts+S^TS)^-1                                       (11)

d＝cs^T                                               (12)

D＝cS^T                                               (13)

存储矩阵b、d和D，供晚些时候在处理器单元360中使用。如在流程图中表示，这些矩阵是根据几何矩阵s和S的，它们包括每个接收单元的坐标对的清单，以从卫星功率控制或信标发送接收的信号波长为单位。矩阵s保持小规模接收阵列单元的位置；S具有大规模阵列单元的位置。对于平面接收阵列，每个单元有两个坐标；在示例例子中使用4个小规模单元，s矩阵是4×2，如果大规模阵列也具有4个单元，则S也是4×2。在该情况下，a将是2×4，b将是4×4，c将是2×2，d将是2×4，而D将是2×4。

如上所述，地面站终端天线300的接收单元接收来自卫星的控制信号或信标发送，所述卫星是在相对于跟踪器阵列的取向的单位矢量n的方向上。对于平面阵列，只需要在平面中的n的两个分量；这些分量形成2×1矩阵，搜索所述矩阵作为级联跟踪器的输出，以判定卫星的方向。

在步骤420中，级联跟踪器获取在小规模阵列的每个单元处的输入信号的相位；由于阵列单元的小间隔，这些相位是不模糊的，但是也是低正确度的。在归一化到2π弧度之后，把这些小规模相位(在-0.5到0.5范围内)存储在4×1矩阵p中(对于示例的情况为4个小规模接收器)。

在步骤421(较佳地由步骤420同时执行)中，跟踪器获取大规模阵列的单元处的相位，归一化到2π弧度，并将这些相位存储在4×1矩阵中。尽管高精度地从大规模阵列中获得，由于在相位获取过程中必然会丢失2π弧度的整数倍，这些相位也为-0.5至0.5的范围内。算法恢复该丢失的整数，如下所述。

在步骤430中，计算4×1矩阵bp-P。因为小规模和大规模阵列两者都接收来自相同方向n的卫星信号，所计算的4×1矩阵bp-P应该是模糊大规模归一化相位的丢失整数。

然而，因为相位获取、噪声或其它随机干扰效应的不正确性，所以这些将不是精确的整数。因此，在步骤440中，跟踪器绕过这些数到最接近的整数，并形成解决相位模糊的整数U的4×1矩阵。

最终，在步骤450中，计算卫星方向的最小二乘方最佳估计值作为在级联跟踪器的输出端的2×1矩阵n，根据下式：

n＝dp+D(P+U)                                       (15)

注意，矩阵操作只带来数的积的总和，以致实际上立即就可以完成跟踪计算。然后，地面站终端可以使用通过n给出的卫星方向，把它的信号波束射向卫星。

在已经相对于平面阵列天线描述级联跟踪器的同时，可以使用诸如非—平面阵列之类的其它类型阵列天线。平面阵列是两维的，非—平面阵列是三维的。

为了节约功率，也为了防护可能导致电磁干扰的杂散辐射，地面站终端发送子系统还结合一种手段，用于保证只有当它的跟踪系统已经捕获接收卫星时它才发射辐射。如果来自卫星的输入信号不存在，或信号太弱，而使系统不能识别功率控制信号或信标，则软件将不允许把功率馈送到发送阵列。只有当检测到来自卫星的信号时，才激励发送阵列，系统识别它作为有效的功率控制或信标信号，而且算法提供卫星的方向。

此外，如果用户未曾把保存屏蔽天线单元的平台伸出到摄像机上面的合适高度，则将不激励天线。为了允许间歇的失去接触，系统能够把待发送的信号存储在上述缓冲器中，并且当重新建立接触时，一般以脉冲串来发射它们。

接着参考图14a，示出本发明的另一个实施例，其中，通过柱500把天线300附加到视频摄像机12，其中，把柱附加到携带摄像机单元10的背包510上。通过伸长或缩短天线柱410，可以调节天线300的高度。

为了使天线300的定位明显地在摄像机操作员的上面而可观地降低天线300所发射的辐射对健康的影响的目的，以及为了提供摄像机12和摄像机单元10的更平衡的组合的目的，使用柱500和背包510是有利的。这种配置的另一个优点是它允许较长的天线尺寸，因此大大地改进天线的接收和发送特征。它还允许较长的摄像机单元10，使它的制造较不昂贵。

接着参考图14b，示出本发明的另一个实施例，其中，通过望远镜支架550把天线300附加到摄像机12的顶部。通过缩短或伸长支架550可以调节天线的高度。

为了保护用户不遭受到天线发射的微波辐射，可以用金属屏蔽560屏蔽天线的侧面和下面，只留下暴露的顶部表面。即使是薄的金属屏蔽，微波也不会穿透，所以它的厚度只是合适的结构完整性的问题。如在图14b中所示，可以使用标准的机械望远镜平台550，以保证当摄像机在用户肩上时，天线的暴露顶部在用户的头的水平面之上。

接着参考图15，现在描述在图2中描绘的系统的操作。摄像机操作员控制摄像机单元10，摄像机单元10记录通过摄像机12(在图5中示出的是一台个人计算机)捕获的视频和音频内容。通过卫星主控制单元20把这个内容发送到总部单元40。报告员得到从总部单元40(它可能是一个广播播音室)返回的IFB(可中断的反馈广播)信号，它包括减去他或她自己的话音的广播混合(混合—减——)。制片人可以任意地中断IFB信道以及与报告员进行通信。

在从播音室到摄像机操作员的返回方向上，摄像机操作员具有数据控制信道，而且只需要与卫星主控制单元20操作员(COMS信道)的低—质量、低位速率音频连接。卫星主控制单元20具有它自己的操作员，他有能力通过低—质量、低位速率音频连接与摄像机单元10或总部单元40进行通信。通过软件交换机来进行选择。

最后，总部单元40具有它自己的操作员，他能够通过COMS信道与卫星主控制单元20和摄像机单元10操作员进行通信。

根据系统的正常使用，当通过主无线LAN信道发送主要话音和音频内容时，操作员们将通过COMS信道交换设置信息(决定较佳接收、较佳报告员覆盖范围、正确的射角和总的机架形成(framing)等)。使用IFB信道，以致使报告员可以知道在播音室中发生什么情况，以及提供与在本地台处的制片组通信的话音通信路径。

接着参考图16-19，现在描述实施摄像机单元10、卫星主控制单元20以及总部单元40系统所需要的软件部分。图16是下列图的图例。图17到19分别提供摄像机单元10、卫星主控制单元20和总部单元40子系统的软件模块的资料。提供主要数据路径(视频)以及第二数据路径(IFB和COMS信道)两者的资料。

为了描述系统软件不同模块的目的，示出基于块的图，其中，每个块相应于编码单元或线索(thread)。如在图16中所示，在块的各种区域中，块表示(i)块的类型，即，如果它是双亲(主)或子女线索，或如果它是基于硬件的操作；(ii)块的数据流(输入、输出和控制)；(iii)它的功能的简单描述；以及(iii)它的实施的简单描述。

图17描绘摄像机单元12的软件流程图。在摄像机单元12上有3个数据流：广播MPEG-2流610；IFB信道数据流620；以及COMS信道数据流630。此外，有一个主块650，它负责调度不同块的操作。现在说明不同数据流的操作。

用“MPEG-2编码器”611开始广播数据流610。这是基于硬件的操作，受到“主机架”块的控制。该块封装由程序的用户接口提供的功能(例如，启动/停止按钮)。通过“子女线索1”612连续地读出在编码器处产生的数据，并放置在环形缓冲器613中。第二线索，“子女线索2”614，负责从环形缓冲器读出数据，并把它发送到封装在RTP分组中的卫星主控制单元(“SMCU”)。再次，通过“主机架”块650执行发送操作的控制。

“主机架”块650与SMCU交换消息，以便建立连接、准备用于广播数据流的通信信道、设置COMS信道等。在总部单元(“HQU”)处开始IFB数据流620，其中，混合广播的音频，排除摄像机单元馈送提供的音频(混合减一)。如前所述，为了与在摄像机单元现场处的报告员进行通信，在HQU现场处的制片人可以中断IFB。首先把从HQU输入的数据通过选择路由传递到SMCU，它依次把它们传递到摄像机单元。“子女线索”621正在读出数据作为来自网络的UDP(或RTP)分组，并把它们放置在输入缓冲器622中。然后，G.723.1(或GSM)模块623接收它们，并对它们进行解码。然后，把它们传递到“声卡1”624，用于转换成模拟形式，并在系统的扬声器625处再现。

在摄像机单元和SMC之间，COM信道数据流是双向的。在摄像机单元端子处，话筒拾取摄像机单元操作员的话音。数据首先在“声卡1”632中进行A/D转换，然后把它传递到G.723.1(或GSM)编码器633。然后把经编码数据放置在输出缓冲器634中，并从那里通过“子女线索”635把它发送到网络。相似地，“子女线索”635接收来自SMC COMS信道的数据，放置在输入缓冲器637中，通过G.723.1(或GSM)解码器638读出，转换成模拟形式632，并在摄像机单元的扬声器639中再现。

图18描绘SMC的数据流。象摄像机单元那样，有一个“主机架”块750，它封装GUI的功能，以及从HQU和/或摄像机单元始发的消息和命令。

在“子女线索1”711处开始广播流710，其中，以RTP(或UDP)分组的形式从网络读出数据。另一方面，并根据“主机架”的一个任意设置，数据源可以是硬盘驱动器(HDD)。把所读出数据(从网络或从硬盘)放置在存储器模块712(环形缓冲器)中。然后，“子女线索2”713读出数据，并执行下列操作中的一个或多个操作：1)通过网络把数据发送到HQU；2)存储数据作为本地文件；以及3)通过附加块714(“子女线索3”)对数据进行解码，并把它显示在本地SMC屏幕上。可以执行这些操作中的任何组合；在“主机架”处的任意设置确定所要求的配置。

IFB信道数据流是很简单的：从网络721读出来自HQU的数据，放置在缓冲器722中，然后再通过选择路由通过网络723传递到摄像机单元。

COMS信道配置730涉及稍多的是，网络通信块具有一个选择器(受“主机架”的控制)，所述选择器确定是否将把数据发送到HQU或摄像机单元。象摄像机单元一样，在话筒731处始发COMS数据，通过模数转换器732，到G.723.1(或GSM)编码器733，到输出缓冲器734，并从那里到网络通信块735。根据“主机架”提供的设置，通过网络把数据发送到HQU或摄像机单元。所接收数据遵循反向的同一路径，通过输入缓冲器737、解码器738、D/A转换器732以及扬声器739。

最后，图19描绘在HQU中的数据流。再次，“主机架”确定总的操作，所述“主机架”封装从SM摄像机单元接收的GUI和命令。

用“子女线索1”811开始广播流810，所述“子女线索1”811接收来自网络的数据或从硬盘驱动器(HDD)读出数据。把数据放置在缓冲器812中。从那里，“子女线索2”813将进行下列各项中的一项或多项：1)把数据存储在本地文件中；2)把数据发送到解码器块(“子女线索3”)，用于解码和预观。

在主控制台中的话筒821处开始IFB数据流。它进行模数转换822、编码(G.723.1(或GSM))823，缓冲824和通过SMC发送825到摄像机单元。COM信道830与在摄像机单元中的一个完全同步，如上所述。

上面只说明了本发明的原理。这里，在阅读申请人的教旨中，熟悉本技术领域的人员对于所描述实施例的各种修改和变更会明了。因此，虽然所示出的实施例使用LEOS，但是本发明对具有适当修改的多种同步和/或不同步卫星和其它有线(例如，光纤)网络，诸如SONET和SDH产品，包括T3以及OC-3亦起作用。此外，在上面已经相应于通过摄像机12捕获的实况转播视听信息描述本发明的同时，可以相同地促成本发明应用于预先记录的视听信息的压缩和实时发送，例如，通过用诸如便携式索尼SX-225编辑单元，数字服务器、DVD播放机或膝上计算机(未示出)之类的多种再现装置代替摄像机12。因此，可以理解，熟悉本技术领域的人员可以创造尽管这里没有明白地示出或描述的许多系统和方法，实施本发明的原理，因此，在如所附的权利要求书定义的本发明的精神和范围内。

参考图20，图中示出本发明的另一种配置，其中，把摄像机12、摄像机单元10和天线300永久或临时地安装在汽车904上，诸如，SUV。把天线300安排在柱92的顶部，把柱92安装在汽车904的外面。摄像机12可以和摄像机单元10安装在一起，或可以分开安装而通过电缆连接。最好，可以容易地拆卸摄像机12，从汽车904取走，并通过电缆或LAN连接到摄像机单元10，如上所述。另一方面，可以把再现机器放置在汽车中，并通过例如电缆等链接到天线300，用于把所记录视听信息发送回总部站。图20的配置可以是永久性安装在汽车中，用于本地新闻报道，与带有地面微波链路的卡车安装相比较，大大地降低了成本，也可以是临时性安装在租来的车辆上。

图21示出可以与天线300一起使用的万向架配置，当把天线300安装在手持单元或如图20所示的车辆上时，这种配置具有特殊的优点。当车辆移动时，提供如在图21中所示的万向架配置便于使用安装在车上的系统，并对于车辆角度变化(诸如在粗糙地带上行驶)提供一些补偿，从而降低用于跟踪同步和/或不同步卫星的电子波束操纵系统的负担。

安排万向架单元920，使之安装在支架922上，可以把所述支架分开安装到车辆上或天线座上。分别使用万向架轴承924和926通过臂928和930把单元920连接到支架922。另外，单元920包括臂932和934，分别通过轴承938和936把它们连接到天线30。相应地，天线300可以围绕两个轴旋转，以改变相对于安装支架922的取向。

在手持或车辆安装配置中，可以安排天线300，使之具有在轴承924、926、936和938下面的一个重心。因此，当摄像机或车辆的角度改变时，重力将使天线30保持水平。另一方面，可以对轴承924、926、936和938提供阻力，致使可以设置和保持天线300在相对于安装支架922的所要求固定角度处。可以使用这个配置来近似地对准在同步卫星处的天线300的宽边，此后，允许电子电路对天线波束的角度的对准角度进行精选。在另一种配置中，可以提供伺服马达使天线围绕轴承旋转，例如，使用陀螺传感器来稳定在移动车辆上的天线。

图22示出另一种万向架，把它安排成围绕天线300的机架950。轴承954、956使机架950可围绕轴旋转地连接到支架952，而轴承958、960把机架950连接到天线300。把支架950连接到在天线300下面的安装柱902。在天线粗对准的再又一种配置中，只提供轴承954、856单个组，直接把天线300连接到支架952，以在高度上对准天线，并安排支架952围绕柱902旋转，以在方位上对准天线300。

熟悉本技术领域的人员会理解，使用不同的卫星，在不同的频带上操作，将会改变天线300的要求。例如，当前国际电信联盟推荐的固定卫星业务频带包括3个频带：Ka-频带(20/30GHz)、Ku-频带(11/15GHz)以及C-频带(4/6GHz)。必须对于每个卫星和每个频带选择天线的尺寸(结果是选择增益)，以在卫星处提供足够的发射功率电平，用于在卫星处有效地接收信号。此外，当阵列天线没有直接对准卫星时，它们会遭受“操纵丢失”。熟悉本技术领域的人员能够计算功率预算，用于根据距离和正在使用的卫星的接收机要求而提供所要求的宽的带宽信号。

本发明提供一种系统，用于从使用卫星设备的，极小的，摄像机安装的，或车辆安装的地面站终端单元，点—对—点或点—对—多点地发送实时、广播质量视听信息。可以使用这种单元，从世界上任何地方，但是在特定卫星的脚印覆盖范围中，执行视频和音频发送而准备工作最少。这种系统在新闻和运动事件的电视新闻报道、通过互联网同时向几个用户发送数据、以及公司通信和安全中有广泛的应用，其中，高度需要立即接入来自世界上任何地方的实况转播电视新闻报道和其它视频馈送。

本发明第一次使普通电视新闻摄像机直接馈送到卫星而无需(在它的较佳配置中)使用任何中间系统成为可能。因此，实际上，在要求实况转播电视新闻报道的世界上的任何位置，第一次使网络、新闻业务、广播和有线站能够利用直接链接到卫星的电视摄像机。它们可以从它们任何一个新闻摄像机以实时馈送而无需笨重和特别的辅助设备。新闻业务第一次可以提供来自大部分地球表面的突发新闻的实况转播视频新闻报道。

在远程区域，这个摄像机单元从未有过的第一次能够使实况转播发送成为可能。把一个公文包添加到普通摄像机单元上，使新闻记者在他或她抵达有价值新闻事件现场之后的数分钟内就能够馈送实况转播电视新闻报道。简言之，本发明终止了实况转播电视新闻的大多数后勤问题，并让新闻记者把他们的工作做得更好：报道新闻。

Claims (58)

1.一种移动系统，用于实时把实况转播视听信息从便携式摄像机和发送单元发送到一个或多个通信卫星，所述系统包括：

(a)便携式摄像机，可操作来捕获实况转播视听信息；

(b)数字编码器，它耦合到所述便携式摄像机，并接收来自摄像机的所述经捕获的视听信息，以把所述经捕获的视听信息编码成压缩数字视听信号；以及

(c)终端天线系统，它耦合到所述数字编码器，并接收来自所述数字编码器的所述经压缩视听信号，可操作来跟踪所述一个或多个通信卫星，以确定卫星的瞬时位置，基本上把表示所述经压缩视听信号的信号发送到所述位置，通过所述通信卫星以实时接收。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述摄像机、所述数字编码器以及所述终端天线系统组合成单个便携式单元。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述摄像机包括便携式模拟视频摄像机，它产生NTSC/PAL/SECAM/HDTV视频信号以及立体声音频信号，系统进一步包括：

(a)NTSC/PAL/SECAM/HDTV视频解码器，它耦合到所述摄像机和所述数字编码器，用于接收所述NTSC/PAL/SECAM/HDTV视频信号，并把所述视频信号转换成数字视频信号；以及

(b)立体声音频模数转换器，它耦合到所述摄像机和所述数字编码器，用于接收所述立体声音频信号，并把所述音频信号转换成数字音频信号，

其中，所述数字编码器接收来自所述NTSC/PAL/SECAM/HDTV视频解码器的所述数字视频信号以及来自所述立体声音频模数转换器的所述数字音频信号。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述数字编码器包括符合MPEG-2标准的编码器，用于把所述数字视频信号和所述数字音频信号编码成符合MPEG-2标准的经压缩视听信号。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，可操作所述数字编码器，把所述数字音频信号和数字视频信号压缩成约6-8Mbps的单个经多路复用的MPEG-2传送流。

6.如权利要求2所述的系统，其特征在于，进一步包括微波源，其中，所述终端天线系统进一步包括耦合到所述数字编码器和所述微波源的卫星调制解调器接口控制器，用于用所述编码器产生的所述经压缩数字视听信息调制所述微波源，以产生一个经调制信号。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，进一步包括中央处理单元，它耦合到所述数字编码器和所述卫星调制解调器接口控制器，并组合到所述单个便携式单元中，用于控制通过所述终端天线系统的所述经压缩数字视听信号的所述接收。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，进一步包括数字存储器件，它耦合到所述数字编码器、所述中央处理单元以及所述卫星调制解调器接口控制器，并组合到所述单个移动单元中，用于接收并临时存储所述编码器产生的所述经压缩视听信息，并按预定时间间隔把所述临时存储的经压缩视听信息提供给所述卫星调制解调器接口控制器，从而在所述中央处理单元的所述控制下缓冲所述视听信息。

9.如权利要求2所述的系统，其特征在于，进一步包括通信总线，耦合到所述总线的本地音频输入手段以及耦合到所述总线的本地音频输出手段，每个都组合到所述单个便携式单元，并把本地音频提供给所述摄像机的操作员。

10.如权利要求2所述的系统，其特征在于，进一步包括电源，它耦合到，并把所有功率提供给所述数字编码器以及所述终端天线系统，并组合到所述单个移动单元中。

11.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述终端系统包括：

(a)微波源；

(b)卫星调制解调器接口控制器，它耦合到所述数字编码器和所述微波源，并接收来自所述数字编码器的所述经压缩数字视听信息，用于用所述经压缩数字视听信息调制所述微波源，以产生经调制信号；

(c)多个接收单元的阵列和多个发送单元的阵列，分别激励每个所述发送单元以提供一个相控阵天线，用于从它发送可控制方向的辐射束，而在接收到来自所述卫星的控制信号时，分别激励每个所述接收单元，并保留来自卫星的相位信息；

(d)相位可控制的电源，它耦合到所述微波源，并接收从那里来的所述经调制信号，并耦合到每个所述发送单元，用于把所述经调制信号分配到所述发送单元，以导致发送单元的相控激励，致使所述发送单元的集中激励导致所述信号的发射，所述信号相应于所述经压缩视听信息；以及

(e)中央处理单元，它耦合到每个所述接收单元，并接收来自那里的所述卫星控制信号，并耦合到所述相位可控制的电源，和把相位控制信息提供到所述电源；

(i)所述中央处理单元解译所述卫星信号以跟踪所述卫星，用于确定卫星的瞬时位置；以及

(ii)所述中央处理单元根据所述卫星的所述经确定的瞬时位置而产生用于每个所述发送单元的所述相位控制信息，致使所述发送单元的所述集中激励把从所述相控阵天线发射的所述信号引导到所述经确定的卫星位置。

12.如权利要求11所述的地面天线，其特征在于，接收单元的所述阵列包括：

(a)接收单元的大规模阵列，用于从所述卫星信号提供高精确度的相位测量；以及

(b)接收单元的小规模阵列，用于从所述卫星信号提供相位模糊解决信息。以及

其中，可操作所述中央处理单元来处理所述高精确度的相位测量和所述相位模糊解决信息，以确定具有高精确度和没有相位模糊的所述卫星的所述位置。

13.如权利要求2所述的系统，其特征在于，进一步包括总部单元，它包括总部天线系统，用于基本上实时通过所述通信卫星接收来自所述终端天线系统的所述发送信号，并把所述信号解调成所述经压缩视听信号。

14.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述摄像机和所述数字编码器包括第一便携式单元，而所述终端天线系统包括第二便携式单元。

15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，进一步包括第一无线局域网天线，它耦合到所述数字编码器，并组合到所述第一移动单元，用于实现表示所述经压缩数字视听信息的信号的近距离发送；以及第二无线局域网天线，它耦合到所述终端天线系统，并组合到所述第二便携式单元，用于接收来自所述第一无线局域网天线的所述近距离发送，并把所述经压缩视听信息提供给所述终端天线系统。

16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述摄像机包括便携式模拟视频摄像机，它产生NTSC/PAL/SECAM/HDTV视频信号和立体声音频信号，进一步包括：

(a)NTSC/PAL/SECAM/HDTV视频解码器，它耦合到所述摄像机和所述数字编码器，并组合到所述第一便携式单元，用于接收所述NTSC/PAL/SECAM/HDTV视频信号，并把所述视频信号转换成数字视频信号；以及

(b)立体声模数转换器，它耦合到所述摄像机和所述数字编码器，并组合到所述第一便携式单元，用于接收所述立体声音频信号，并把所述音频信号转换成数字音频信号，

其中，所述数字编码器接收来自所述NTSC/PAL/SECAM/HDTV视频解码器的所述数字视频信号以及来自所述立体声音频模数转换器的所述数字音频信号。

17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述数字编码器包括符合MPEG-2标准的编码器，用于把所述数字视频信号和所述数字音频信号编码成符合MPEG-2标准的经压缩视听信号。

18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，可操作所述数字编码器，把所述数字音频和数字视频信号压缩成约6-8Mbps的单个经多路复用的MPEG-2传送流。

19.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述第一便携式单元进一步包括无线局域网接口控制器，它耦合到所述第一无线局域网天线，并接收所述经压缩数字视听信号，用于通过所述第一无线局域网天线可控制地实现表示所述经压缩视听信息的所述信号的近距离发送。

20.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述第一便携式单元进一步包括中央处理单元，它耦合到所述数字编码器和所述无线局域网接口控制器，用于通过所述无线局域网接口控制器控制所述经压缩数字视听信号的所述接收。

21.如权利要求20所述的系统，其特征在于，进一步包括数字存储器件，它耦合到所述数字编码器、所述中央处理单元以及所述无线局域网接口控制器，并组合到所述第一便携式单元，用于接收并临时存储所述编码器产生的所述经压缩视听信息，并按可控制的时间间隔把所述临时存储的经压缩视听信息提供给所述无线局域网接口控制器，从而在所述中央处理单元的所述控制下缓冲所述视听信息。

22.如权利要求14所述的系统，其特征在于，进一步包括通信总线，耦合到所述总线的本地音频输入手段以及耦合到所述总线的本地音频输出手段，每个都组合到所述第一便携式单元，并把本地音频提供给所述摄像机的操作员。

23.如权利要求14所述的系统，其特征在于，进一步包括电源，它耦合到，并把所有功率提供给所述摄像机和所述数字编码器，并组合到所述第一便携式单元中。

24.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述第二便携式单元进一步包括微波源和卫星调制解调器接口控制器，其中，所述卫星调制解调器接口控制器耦合到用于接收来自那里的所述经压缩数字视听信息的所述第二无线局域网天线，以及耦合到所述终端天线系统，并且可操作地用所述经压缩数字视听信息调制所述微波源以产生经调制信号。

25.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述终端天线系统包括：

(a)微波源；

(b)卫星调制解调器接口控制器，它耦合到所述第二无线局域网天线和所述微波源，并接收来自所述第二无线局域网天线的所述经压缩数字视听信息，用于用所述经压缩数字视听信息调制所述微波源，以产生经调制信号；

(c)多个接收单元的阵列和多个发送单元的阵列，分别激励每个所述发送单元以提供一个相控阵天线，用于从它发送定向的，可控制的发射波束，而在接收到来自所述卫星的控制信号时，分别激励每个所述接收单元，并保留来自卫星的相位信息；

(d)相位可控制的电源，它耦合到所述微波源，并接收从那里来的所述经调制信号，并耦合到每个所述发送单元，用于把所述经调制信号分配到所述发送单元，以导致发送单元的相控激励，致使所述发送单元的集中激励导致所述信号的发射，所述信号相应于所述经压缩视听信息；以及

(e)中央处理单元，它耦合到每个所述接收单元，并接收来自那里的所述卫星控制信号，并耦合到所述相位可控制的电源，和把相位控制信息提供到所述电源；

(i)所述中央处理单元解译所述卫星信号以跟踪所述卫星，用于确定卫星的瞬时位置；以及

(ii)所述中央处理单元根据所述卫星的所述经确定的瞬时位置而产生用于每个所述发送单元的所述相位控制信息，致使所述发送单元的所述集中激励把从所述相控阵天线发射的所述信号引导到所述经确定的位置。

26.如权利要求25所述的系统，其特征在于，接收单元的所述阵列包括：

(a)接收单元的大规模阵列，用于从所述卫星信号提供高精确度的相位测量；以及

(b)接收单元的小规模阵列，用于从所述卫星信号提供相位模糊解决信息；以及

其中，可操作所述中央处理单元来处理所述高精确度的相位测量和所述相位模糊解决信息，以确定具有高精确度和没有相位模糊的所述卫星的所述位置。

27.如权利要求14所述的系统，其特征在于，进一步包括总部单元，它包括总部天线系统，用于基本上以实时通过所述通信卫星接收来自所述终端天线系统的所述发送信号，并把所述信号解调成所述经压缩视听信号。

28.一种移动视听发送系统，用于以实时把视听信息发送到一个或多个通信卫星。所述系统包括：

(a)视听手段，用于提供视听信息；

(b)数字编码手段，它耦合到所述视听手段，并接收从那里来的所述视听信息，用于把所述视听信息编码成经压缩数字视听信号；以及

(c)终端发送手段，它耦合到所述编码手段，接收从那里来的所述经压缩视听信号，并与所述视听手段和所述数字编码手段组合成单个移动视听发送系统，用于跟踪所述通信卫星以确定它的瞬时位置，并把通过所述经压缩视听信号调制的辐射的波束发送到所述位置，供所述通信卫星以实时接收，即使当所述发送系统改变位置、姿态和取向时。

29.如权利要求28所述的系统，其特征在于，所述便携式视听手段包括实况转播视听捕获手段，用于捕获实况转播视听信息。

30.如权利要求28所述的系统，其特征在于，所述编码手段包括MPEG-2编码手段，用于把所述视听信息编码成符合MPEG-2标准的经压缩视听信号。

31.如权利要求30所述的系统，其特征在于，可操作所述编码手段，以把所述视听信息压缩成约6-8Mbps的单个经多路复用的MPEG-2传送流。

32.如权利要求28所述的系统，其特征在于，进一步包括用于产生微波信号的微波源生成手段，以及耦合到所述编码器手段、所述微波源生成手段和所述终端发送手段的调制手段，用于用通过所述编码器产生的所述经压缩数字视听信息对所述微波源进行调制，以产生对应于所述发射的辐射的所述信号，并把所述信号提供给所述终端发送手段。

33.如权利要求32所述的系统，其特征在于，进一步包括耦合到所述编码手段和所述调制手段的控制手段，用于通过所述终端发送手段控制所述经压缩数字视听信号的所述接收。

34.如权利要求33所述的系统，其特征在于，进一步包括耦合到编码手段、所述控制手段和所述调制手段的缓冲手段，用于接收并临时存储所述编码手段产生的所述经压缩视听信息，并按预定时间间隔把所述临时存储的经压缩视听信息提供给所述调制手段，从而在所述控制单元的所述控制下缓冲所述视听信息。

35.如权利要求28所述的系统，其特征在于，进一步包括电源手段，它耦合到并把所有功率提供给所述编码手段和所述终端发送手段，并组合到所述单个移动单元中。

36.如权利要求28所述的系统，其特征在于，所述终端发送手段进一步包括：

(a)微波源，它提供微波载波信号；

(b)调制手段，它耦合到所述编码手段和所述微波源，并接收来自所述编码手段的所述经压缩数字视听信息，用于用所述经压缩数字视听信息调制所述微波信号，以产生经调制信号。

(c)多个接收单元的阵列和多个发送单元的阵列，分别激励每个所述发送单元以提供一个相控阵天线，用于从它发送定向的，可控制的发射波束，而在接收到来自所述卫星的控制信号时，分别激励每个所述接收单元，并保留来自卫星的相位信息；

(d)相位控制手段，它耦合到所述微波源，并接收从那里来的所述经调制信号，并耦合到每个所述发送单元，用于相控地把所述经调制信号分配到所述发送单元，以导致发送单元的相控激励，致使所述发送单元的集中激励导致所述信号的发射，所述信号相应于所述经压缩视听信息；以及

(e)处理手段，它耦合到每个所述接收单元，并接收来自那里的所述卫星信号，并耦合到所述相位控制手段，和把相位控制信息提供到那里；

(i)所述处理手段解译所述卫星信号以跟踪所述卫星，用于确定卫星的瞬时位置；以及

(ii)所述处理手段根据所述卫星的所述经确定的瞬时位置而产生用于每个所述发送单元的所述相位控制信息，致使所述发送单元的所述集中激励把从所述相控阵天线发射的所述信号引导到所述卫星的所述瞬时位置。

37.如权利要求36所述的系统，其特征在于，接收单元的所述阵列包括：

(a)接收单元的大规模阵列，用于从所述卫星信号提供高精确度的相位测量；以及

(b)接收单元的小规模阵列，用于从所述卫星信号提供相位模糊解决信息；以及

其中，可操作所述处理手段来处理所述高精确度的相位测量和所述相位模糊解决信息，以确定具有高精确度和没有相位模糊的所述卫星的所述位置。

38.一种移动终端卫星天线系统，用于以实时把相应于经压缩视听信息的发射波束发送到一个或多个通信卫星，所述系统包括：

(a)多个接收单元的阵列和多个发送单元的阵列，分别激励每个所述发送单元以提供一个相控阵天线，用于从它发送定向的，可控制的发射波束，而在接收到来自所述卫星的控制信号时，分别激励每个所述接收单元，并保留来自卫星的相位信息；

(b)相位可控制的电源，它耦合到每个所述发送单元，用于把功率分配给所述每个发送单元，以导致发送单元的相控激励，致使所述发送单元的集中激励导致所述发射波束的发射，所述发射波束相应于所述经压缩视听信息；以及

(c)中央处理单元，它耦合到每个所述接收单元，并接收来自那里的所述卫星信号，并耦合到所述相位可控制的功率源，和把相位控制信息提供到所述功率源；

(i)所述中央处理单元解译所述卫星信号以跟踪所述卫星，用于确定卫星的瞬时位置；以及

(ii)所述中央处理单元根据所述卫星的所述经确定的瞬时位置而产生用于每个所述发送单元的所述相位控制信息，致使所述发送单元的所述集中激励把从所述相控阵天线发射的所述发射波束引导到所述经确定的位置。

39.如权利要求38所述的终端天线，其特征在于，接收单元的所述阵列包括：

(a)接收单元的大规模阵列，用于从所述卫星信号提供高精确度的相位测量；以及

(b)接收单元的小规模阵列，用于从所述卫星信号提供相位模糊解决信息；以及

其中，可操作所述中央处理单元来处理所述高精确度的相位测量和所述相位模糊解决信息，以确定具有高精确度和没有相位模糊的所述卫星的所述位置。

40.如权利要求39所述的终端天线，其特征在于：

(a)接收单元的所述阵列是矩形的；

(b)接收单元的所述大规模阵列包括安排在所述阵列的4个角处的所述平面阵列的4个单元；以及

(c)接收单元的所述小规模阵列包括安排在所述阵列中的中心位置处的所述平面阵列的4个单元。

41.如权利要求39所述的终端天线，其特征在于，多个单元的单个阵列包括接收单元的所述阵列和发送单元的所述阵列。

42.如权利要求41所述的终端天线，其特征在于：

(a)接收单元的所述阵列是矩形的；

(b)接收单元的所述大规模阵列包括安排在所述阵列的4个角处的所述平面阵列的4个单元；

(c)接收单元的所述小规模阵列包括安排在所述阵列中的中心位置处的所述平面阵列的4个单元；以及

(d)所述发送单元包括所述单个阵列的其余单元。

43.如权利要求38所述的终端天线，其特征在于，所述相位可控制的功率源包括：

(a)多个独立控制的移相器，各自耦合到不同的发送单元；以及

(b)相移分配单元，它耦合到所述中央处理单元，并接收从那里来的相位控制信息，并耦合到所述多个独立控制移相器中的每一个，用于根据所述相位控制信息控制所述多个独立控制移相器中的每一个的相位。

44.如权利要求39所述的终端天线，其特征在于，所述中央处理单元进一步包括：

(a)预计算的矩阵手段，用于确定矩阵a、b、c、d和D，其中，a＝(s^Ts)^-1s^T，b＝Sa，c＝(s^Ts+S^TS)^-1，d＝cs^T，D＝cS^T，而s和S是包括每个所述接收单元的坐标的清单的几何矩阵，以所述接收卫星控制信号的波长为单位，s保持所述小规模接收阵列单元的位置，而S保持所述大规模阵列单元的位置；

(b)一种手段，用于在所述小规模阵列的每个所述单元处从所述接收卫星控制信号确定小规模归一化相位信息p；

(c)一种手段，用于在所述大规模阵列的每个所述单元处从所述接收卫星控制信号确定大规模归一化相位信息P；

(d)中间矩阵手段，响应于所述小规模确定手段、所述大规模确定手段以及所述预计算的矩阵手段，用于确定矩阵bp-P；

(e)绕过手段，响应于所述中间矩阵手段，用于绕过矩阵bp-P到解决相位模糊的一个整数U的矩阵；以及

(f)方向估计手段，响应于所述绕过手段，用于确定矩阵n＝dp+D(P+U)，其中，n是单位矢量，相应于具有高精确度和没有相位模糊的所述卫星的所述位置。

45.如权利要求44所述的终端天线，其特征在于，

(a)接收单元的所述阵列是平面的；

(b)接收单元的所述大规模阵列包括M个单元，在所述阵列中把它们放置得彼此离开相当远；

(c)接收单元的所述小规模阵列包括m个单元，在所述阵列中把它们放置得彼此相当接近；以及

(d)所述预—计算的矩阵手段确定的所述矩阵a、d包括h×m矩阵，所述预—计算的矩阵手段确定的所述矩阵c包括h×h矩阵，所述预—计算的矩阵手段确定的所述矩阵D包括h×M矩阵，所述预—计算的矩阵手段确定的所述矩阵b包括M×m矩阵，所述单位矢量矩阵n包括h×1矩阵，所述矩阵s包括m×h矩阵，以及所述矩阵S包括M×h矩阵，其中，h是阵列的维数，对于所述平面阵列，它是2。

46.一种方法，用于从通过接收卫星信号的接收天线单元的大规模阵列产生的高精确度相位测量，和从通过接收所述卫星信号的接收天线单元的小规模阵列产生的模糊解决信息，以实时确定一个或多个通信卫星的具有高精确度和没有相位模糊的位置，所述方法包括下列步骤：

(a)预—计算矩阵a、b、c、d和D，其中，a＝(s^Ts)^-1s^T，b＝Sa，c＝(s^Ts+S^TS)^-1，d＝cs^T，D＝cS^T，而s和S是包括每个所述接收单元的坐标清单的几何矩阵，以所述接收卫星控制信号的波长位单位，s保存所述小规模接收阵列单元的位置，而S保存所述大规模接收单元的位置；

(b)在所述小规模阵列的每个所述单元处从所述接收卫星控制信号确定小规模归一化相位信息p；

(c)在所述大规模阵列的每个所述单元处从所述接收卫星控制信号确定大规模归一化相位信息P；

(d)从所述确定的归一化相位信息p和P以及所述预—计算的矩阵b确定矩阵bp-P；

(e)绕过矩阵bp-P到解决相位模糊的一个整数U的矩阵；以及

(f)从所述绕过矩阵U、所述归一化相位信息p和P以及从所述预—计算的矩阵d和D确定矩阵n＝dp+D(P+U)，其中，n是单位矢量，相应于具有高精确度和没有相位模糊的所述卫星的所述位置。

47.如权利要求46所述的方法，其特征在于，接收单元的所述阵列是矩形的；接收单元的所述大规模阵列包括安排在所述阵列的4个角处的所述矩形阵列的4个单元；以及所述接收单元的所述小规模阵列包括安排在所述阵列中的中心位置处的所述平面阵列的4个单元；以及其中，

(a)在步骤(a)中确定的所述矩阵a、d和D包括2×4矩阵；

(b)在步骤(a)中确定的所述矩阵c包括2×2矩阵；

(c)在步骤(a)中确定的所述矩阵b包括4×4矩阵；以及

(d)在步骤(f)中确定的所述单位矢量矩阵n包括2×1矩阵。

48.一种手持系统，用于把视听信息发送到一个或多个通信卫星，所述系统包括：

(a)摄像机，可操作以捕获实况转播视听信息；

(b)数字编码器，它耦合到所述摄像机，并接收从那里来的所述捕获视听信息，把所述捕获视听信息编码成经压缩数字视听信号；以及

(c)手持天线系统，它耦合到所述数字编码器，当所述便携式手持系统正在移动时，可操作以实时跟踪所述通信卫星，以确定通信卫星的瞬时位置，并基本上把信号发送到所述位置，供所述通信卫星以实时接收，所述信号表示所述经压缩视听信号。

49.一种组合便携式视听发送系统，用于以实时发送视听信息，所述系统包括：

(a)视听手段，用于捕获实况转播视听信息视听信息；

(b)数字编码手段，它耦合到所述视听手段，并接收来自那里的视听信息，用于把所述视听信息编码成经压缩数字视听信号；

(c)无线发送手段，它耦合到所述编码手段，接收从那里来的经压缩视听信号，用于实现信号的近距离发送，所述信号表示所述经压缩数字视听信息；

(d)处理手段，它耦合到所述编码手段和所述无线发送手段，用于通过所述无线发送手段控制所述经压缩数字视听信号的所述接收；以及

(e)电源手段，它耦合到和把所有功率提供给所述编码手段、所述无线发送手段以及所述处理手段。

50.如权利要求49所述的系统，其特征在于，进一步包括无线控制器手段，它耦合到所述无线发送手段，并接收所述经压缩数字视听信号，用于通过所述无线发送手段可控制地实现所述信号的近距离发送，所述信号表示所述经压缩视听信息。

51.如权利要求49所述的系统，其特征在于，进一步包括缓冲手段，它耦合到编码手段、所述处理手段和所述发送手段，用于接收并临时存储所述编码手段产生的所述经压缩视听信息，并按预定时间间隔把所述临时存储的经压缩视听信息提供给所述发送手段，从而在所述处理单元的所述控制下缓冲所述视听信息。

52.一种终端通信天线系统包括阵列天线，把所述阵列天线安排成通过来自卫星的接收信号电气地操纵发送天线波束，用于把信号辐射到一个或多个地球轨道卫星，其中，把所述阵列天线安排成可以相对于安装支架绕轴旋转而改变角度。

53.如权利要求52所述的天线，其特征在于，把所述阵列天线安排成相对于所述支架围绕两个独立的旋转轴而旋转。

54.如权利要求53所述的天线，其特征在于，提供一个万向架单元，使它可绕轴旋转地连接到所述安装支架上，用于提供第一旋转轴，其中，使所述阵列天线可绕轴旋转地安装到所述万向架单元上，以提供第二旋转轴。

55.如权利要求54所述的天线，其特征在于，所述阵列天线具有在所述第一和第二旋转轴下面的重心。

56.如权利要求53所述的天线，其特征在于，提供一个机架，它至少部分地围绕所述阵列天线，并可绕轴旋转地安装到所述安装支架上，以提供第一旋转轴，其中，把所述阵列天线可绕轴旋转地安装到所述机架上，以提供第二旋转轴。

57.如权利要求56所述的天线，其特征在于，所述阵列天线具有在所述第一和第二旋转轴下面的重心。

58.如权利要求44所述的终端天线，其特征在于，

(a)接收单元的所述阵列是非平面的；

(b)接收单元的所述大规模阵列包括M个单元，在所述阵列中把它们放置得彼此离开相当远；

(c)接收单元的所述小规模阵列包括m个单元，在所述阵列中把它们放置得彼此相当接近；以及

(d)所述预—计算的矩阵手段确定的所述矩阵a、d包括h×m矩阵，所述预—计算的矩阵手段确定的所述矩阵c包括h×h矩阵，所述预—计算的矩阵手段确定的所述矩阵D包括h×M矩阵，所述预—计算的矩阵手段确定的所述矩阵b包括M×m矩阵，所述单位矢量矩阵n包括h×1矩阵，所述矩阵s包括m×h矩阵，以及所述矩阵S包括M×h矩阵，其中，h是阵列的维数，对于所述非—平面阵列，它是3。

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