新一代高通量卫星通信系统载荷关键技术研究

随着商业竞争的不断加剧,更大容量以及更高灵活性成为了高通量(high throughput satellite,HTS)系统发展的主要目标,新一代的HTS系统即将进入到"Tbps"时代.在介绍HTS系统基本概念及组成的基础上,对HTS系统的发展历程进行了简要总结,按照能力和发展时期,HTS卫星的发展历程大致可划分为四代.重点结合新一代HTS系统的发展,从卫星载荷角度分析了高通量卫星载荷的关键技术,主要包括能够大幅提升系统通信容量的超大规模高性能多波束天线技术,能够提高组网及业务应用灵活性的跳波束通信技术、灵活载荷技术、数字透明转发处理技术以及能够优化系统和载荷设计的波束预编码技术和基于微波光子的星上转发技术等,旨在为我国新一代HTS系统的建设发展提供参考.     

基于SpaceVPX架构的星上高速载荷数据实时处理平台设计

针对星上载荷数据速率提高,现有处理平台无法支持高速载荷数据实时处理、快速应用的问题,文章通过对卫星在轨处理需求的分析,介绍了基于SpaceVPX标准的星上载荷数据高速数据处理平台的设计方案,重点阐述了针对宇航应用的特殊需求所设计的自主容错和故障隔离方案,并在某光学载荷在轨图像处理系统中进行了应用验证,结果表明:采用该方法设计,系统处理速度高,可扩展、可重构性强,软件和硬件之间的关联度较弱,可为星上高速载荷处理系统设计提供参考。     

动态跳波束策略中的自适应波束功率分配算法

多波束卫星发射机的成本很高,同时地面小区的通信需求和通信优先级一直处在动态变化中。通过研究一种动态波束跳跃策略,实现在卫星资源受限和较少发射机数量约束下的广域覆盖和按需服务。区别于传统的分簇波束跳变思想,为了提高卫星系统的频谱效率,考虑在整个频率带宽上应用全局波束跳变。因此考虑在共信道干扰背景下,提出一种新型服务质量指标来衡量波束跳变结果。在卫星资源有限的情况下,各波束提供的通信容量不能满足地面小区的业务请求,基于粒子群算法选择的波束跳动图案,提出了一种自适应波束功率分配算法。该算法通过优先级加权,最小化波束业务容量需求差值,进而提高服务质量水平。最后,通过仿真验证了所提算法的性能优越性。     

高速率遥感卫星接收与处理系统的设计与实现

为成功接收搭载分米级分辨率的SAR（Synthetic Aperture Radar,合成孔径雷达）载荷低轨遥感卫星数据,验证卫星载荷工作状态和性能,本项目研发一套Ka/S双频段遥感卫星接收与处理机动站。针对窄波束高动态卫星跟踪、多通道高速率遥感数据星地传输的重难点,本文着重从窄波束高动态目标卫星跟踪、超高速高性能全数字解调以及高精度双模式自适应盲均衡等关键技术进行研究。通过试验验证技术路径正确、措施有效,可为后续相关系统研制提供技术参考。     

主被动一体化多波束激光雷达设计与实现

“句芒号”陆地生态系统碳监测卫星是中国首颗以主动激光雷达作为主载荷的林业遥感卫星。星上装载的多波束激光雷达是国际首台主被动一体化遥感载荷,采用激光与相机相结合的工作模式,利用激光雷达获取地面植被高度信息的同时,还可以获得高分辨率地面多光谱正射影像。文章回顾和介绍了该载荷系统的设计思路、工作原理、关键技术及实现情况,给出了测试与试验结果,可为同类载荷研制提供参考。     

一种卫星IP交换系统中ICMP协议FPGA实现方法

卫星IP交换技术是实现星上IP网络的关键技术,在卫星IP交换系统中,通过ICMP协议可报告差错报文信息,并可对卫星IP网络中的不同节点进行连通性测试,因此ICMP协议在卫星IP交换系统中起着重要作用。针对星上模块化设计及处理能力有限的特点,提出一种星上ICMP协议的FPGA实现方法,将ICMP报文的判断和生成流程分开,判断部分可在各个端口处理模块完成,生成部分采用单独模块完成,不需要在每个端口模块都完成ICMP报文生成处理操作,不仅优化了星上ICMP协议处理流程,并且节约了星上存储及处理资源。     

九十年代通信广播卫星的发展趋势

本文概述了90年代国际上通信广播卫星的发展趋势和发展水平,重点介绍了Ka频段,多点波束,星上切换和处理,移动通信卫星以及小卫星、微型卫星的发展状况,并就我国通信广播卫星的发展提出了建议。     

高通量卫星多波束排布技术研究现状与趋势

高通量卫星已经成为国内外民商卫星通信领域的主流,多波束排布技术作为高通量卫星系统设计的一项关键技术,与用户需求密切相关,对于提升系统的匹配容量和降低卫星的设计、制造成本至关重要。文章根据波束排布的特点将该技术划分为规则排布和不规则排布,系统性地总结了国内外、特别是国外高通量卫星多波束排布技术的最新研究进展,包括按区域分组的规则波束排布方法,以及不同大小圆形波束排布和不同参数椭圆波束排布的不规则波束排布方法。结合全灵活卫星系统灵活覆盖、高性价比设计及高轨高通量卫星发展的需求,提出后续高通量卫星多波束排布技术的发展趋势,例如,基于细颗粒度的用户级需求,以不同大小圆形波束排布和不同参数的椭圆波束排布为代表的不规则波束排布,将成为高通量卫星覆盖区域规划和系统设计的主要趋势。     

关于卫星跳波束系统的几点思考

传统的多波束卫星系统多为固定资源分配方式,缺乏足够的灵活性.跳波束通过时间分片技术满足了用户的非均匀、动态业务需求,提高了卫星的资源利用率和业务服务能力,但目前跳波束技术在卫星中的应用面临着许多挑战.文章从系统和技术层面进行了分析与思考,指出了跳波束系统中存在的难点问题,并梳理分析了其关键技术.最后结合人工智能等新兴技...     

基于DBF的波束功率控制及优化设计技术

低轨卫星系统近年来得到了广泛的关注和发展,卫星的轨道高度低,具有传输延时短、路径损耗小的特点,可以为小型化用户终端提供服务,但也存在单星覆盖区内路径差异大、卫星业务分配不均和工作动态范围大的问题。针对这些问题提出了一种适用于低轨卫星的波束优化设计方法,采用地球匹配波束设计,来实现更好的链路质量和覆盖效率。在下行波束设计中,通过唯相位加权优化设计方法,在满足波束增益要求及波束间C/I的基础上,实现了单波束功率由0%～100%的调整能力。针对低轨卫星移动通信业务随时间变化,导致发射组件输出功率长时间工作于回退状态的特点,提出了一种通过卫星业务处理器实现业务量变化与功放的最佳效率供电电压匹配调整的星上自适应功放功率随动技术,使得功放平均效率有效提高,减少了天线的平均功耗和热耗。     

中巴地球资源卫星与应用

中巴地球资源卫星是以中国为主研制的第一代传输型地球资源卫星。文章简要介绍了它的发展历程，全面介绍了星上的有铲载荷、采用的先进技术和应用成果。     

高通量卫星Epic平台发展现状

高通量卫星（HTS）系统是当前通信卫星的发展方向，以高频率复用和多个小点波束为特征，能为用户提供高的信道容量和高质量的服务，主要工作在Ka频段。而国际通信卫星公司(Intelsat)的史诗（Epic）卫星平台，在C、Ku和Ka频段实现高通量技术，是Intelsat下一代高性能的卫星平台。介绍了Epic的系统构成、发展现状，尤其是其先进的数字载荷技术，分析了HTS的发展趋势，为相关载荷研制提供了参考和借鉴。     

低轨卫星多波束接收的多普勒频移统计特性及应用

为确定低轨卫星多波束接收的多普勒频移特性,通过建立“多点对点”分析模型,推导了等多普勒频移曲线的解析表达式,并仿真给出了该特性曲线。得出了确定卫星各波束多普勒频移统计特性的一般步骤,并结合常见的多波束赋形设计,归纳了各波束的多普勒频移分布特性。作为应用举例,提出了多波束多通道各捕获模块差异化设计和双曲线形式波束赋形的设计思想,对星上再生处理多波束多通道接收机降低复杂度有明显的益处。     

北京三号A/B卫星星务分系统信息处理技术

介绍了北京三号A/B卫星星务分系统的信息处理技术。星务分系统提高测温精度,优化控温算法,利用比例-积分-微分(PID)控制系统,实现对卫星关键部件的高精度控温功能;设计专用的协处理器,实现星上完全自主任务规划,用户只需要挑选期望观测的目标,星上自主任务规划软件就能根据目标信息完成所有观测任务的编排。借助星上全球导航卫星系统(GNSS)接收机,设计高精度时间管理系统,使得任意时刻卫星的时间同步精度优于0.1 ms,保证卫星姿态机动时的成像精度。同时,给出了综合电子技术、软件构件库和数字卫星技术在卫星上的应用情况,可为后续卫星星务分系统的研制提供参考。     

UoSAT-5卫星对地成像系统

英国萨里大学以小卫星为基础,发展了UoSAT卫星系列。文中着重叙述了星上有效载荷——对地成像系统(EIS)的设计,以及在轨道上成像的结果,证实了小型卫星的的遥感能力。EIS与传输系统为基础的处理单元相结合,使它为星上提供了实用的处理能力。EIS能在星上进行复杂的图像分析、处理和压缩。利用这些技术,可增加遥感小卫星在狭窄通信通道上的图像数据传输能力。     

UoSAT—5卫星对地成像系统

英国萨里大学以小卫星为基础，发展ＵｏＳＡＴ卫星系列。文中着重叙述了星上有效载荷－对地成像系统的设计，以及在轨道上成像的结果，证实了小型卫星的遥感能力。ＥＩＳ与传输系统为基础的处理单元相结合使它为星上提供了实用的处理能力。ＥＩＳ能在星上进行复杂的图像分析，处理和压缩。     

海洋一号C卫星

正海洋一号C卫星于2018年9月7日在太原卫星发射中心成功发射。海洋一号C卫星采用成熟的CAST2000小卫星平台,具备±25°侧摆机动能力和±20°俯仰机动能力,设计寿命5年。卫星上共配置有海洋水色水温扫描仪、海岸带成像仪、紫外成像仪、星上定标光谱仪和船舶自动识别系统五大载荷。与海洋一号A和海洋一号B卫星相比,海洋一号C卫星功能和性能均有大幅提升。紫外成像仪、星上定标光谱议、船舶自动识别系统为新增的3个载荷。海洋水色水温扫描仪信噪比     

基于能力分析的天基资源虚拟化方法的设计与实现

随着小卫星技术以及卫星组网技术的飞速发展,天基资源的规模呈爆发式增长,依赖多种类卫星节点提供的卫星能力,完成多星协同的复杂空间任务,向普通大众用户提供可用的、即时的卫星信息服务,成为未来发展的趋势。针对多类异构卫星,提出一种面向用户的应用层天基资源能力虚拟化方法。分析了即时观测信息服务的用户需求及天基资源的属性特征,综合时间、空间、能源、存储等约束条件,将天基资源按照时空逻辑,分层抽象虚拟化成面向用户的服务能力,建立了适用于大规模异构卫星、统一标准的应用层天基资源虚拟化方法,并设计了计算模型。选取具有代表性的卫星平台、载荷等,针对在轨实时虚拟化的需求,设计并实现了在轨虚拟化算法。试验证明,算法时效性可以满足星上实时计算要求。     

基于统计CSI的双层卫星协作波束成形算法

针对高轨和低轨卫星构成的双层卫星通信系统,提出了2种协作式波束成形（BF）算法,从而采用认知无线电技术实现卫星通信网和地面移动网的频谱共享。具体而言,在地面网络作为主网络、卫星网络作为次级网络且系统仅已知统计信道状态信息的情况下,提出了基于次级用户信干噪比最大化的波束成形算法,以及提出基于主用户受到干扰最小化的波束成形算法,得到2种算法相应的最优波束成形权矢量解析表达式。最后,计算机仿真验证了所提2种波束成形方案的正确性以及有效性。     

通信卫星星上波束形成技术及发展

随着通信卫星技术的迅速发展，星上天线技术也不断取得重要的进展，其关键技术之一星上波束形成技术对提高系统性能有重要作用。目前，这种技术已从模拟波束形成向数字波束形成，从微波波束形成向光学波束形成发展。本文主要介绍国外一些典型通信卫星采用的星上波束形成技术，重点介绍数字波束形成（ＤＢＦ）技术及其在通信卫星上的应用。