中星16号 叩开通信卫星高通量时代大门

<正>4月12日19点04分,国内首颗Ka频段点波束卫星中星16号在西昌卫星发射中心由长征三号乙火箭成功发射。中星16号卫星(又名实践13号)是我国首颗高通量通信卫星,首次应用Ka频段多波束宽带通信系统。在完成试验验证以后,卫星将纳入"中星"系列,命名为"中星16号"。"高通量卫星"的特征中星16号卫星是首颗高通量通信卫星,通信总容量超过20吉比特/秒,超过中国此前研制的通信卫星容量总和。中星16号卫星的成功发射是建设航天强国的又一重要标志性成就,使中国卫星通信能力实现重大跨越,     

军用通信卫星的多波束天线

多波束天线(MBA)是由波束成形网络驱动的馈源面阵所组成。每一个馈源面对应于一个特殊的天线波束。馈源阵位于或靠近准直透镜或反射器的焦面上。辐射图形的电控制由波束成形网络中采用的微波控制器件(开关或可变功率分配器)提供。在有些应用中,只在指定的时间激励唯一的一个波束。例如,时分多址(TDMA)系统就属于此例,该系统的波束能从一个用户跳传给另一个用户。而在像动波束成形应用中,要同时激励几个波束。多波束天线的应用军用通信卫星中第一个采用自适应天线的是国防通信卫星-Ⅲ(DSCS-Ⅲ)。DSCS-Ⅲ主要的通信有效载荷就是几个工作SHF(8/7吉赫)波段的多波束天线。1个在61波束的上行链路MBA和2个19波束下     

宽带卫星通信系统发展现状与展望

随着全球信息高速公路因特网的飞速发展和普及,以及交互式多媒体业务的迅速增加,各行各业对宽带的需求越来越紧迫。宽带卫星通信将以其灵活、大范围的覆盖能力,成为无地面网络覆盖地区宽带接入的最佳解决方案。宽带通信卫星正引领着卫星通信的重大变革。Ku等商用频段能够提供的总容量已经无法满足与日俱增的用户带宽需求。Ka频段新型卫星宽带通信系统由于其较宽的可用频段、远端设备小巧、点波束增益高、安     

基于A2C算法的低轨星座动态波束资源调度研究

巨型低轨星座为载人飞船、空间站、遥感卫星等用户航天器提供低时延、大容量的通信通道存在波束资源分配优化的难题。针对采用离散时间的深度强化学习A2C(advanced actor-critic)的智能优化框架进行了研究，结合遗传算法中个体和基因概念、形成了可有效满足多用户、动态、并发接入需求的波束资源调度算法。基于仿真分析，提出的算法可在多种典型场景下具有适用性，支持在20 s内完成超过3 000个任务的有效规划，任务成功率不低于91%。通过算法优化实现复杂度的降低，相对传统遗传算法可节约时间45%以上。同时对传统A2C算法框架中的收敛问题进行了优化，解决了传统全连接A2C算法无法收敛的难题，同时相比DQN(deep q-network)算法框架收敛速度提升38%以上。     

基于非正交码的波束形成网络幅相测试方法

针对目前数字波束形成网络幅相一致性测试系统中扩频码受限于正交码的问题,提出了一种基于非正交码的数字波束形成网络幅相测试方法。基于非正交码的幅相测试精度受多址干扰影响,提出了使用解相关算法提高幅相测试精度的方法,该方法以噪声略有增加为代价消除了多址干扰。理论分析给出了幅相测试的理论下界,并分析了系统误差、通道间耦合对幅相测试精度的影响。仿真结果显示,当采用非正交码时,测试设备不使用解相关算法无法达到预设的精度要求;使用解相关算法后,基于非正交码的幅相测试可以达到理论下界,在带内信噪比为10dB条件下,幅相测试精度为±01dB/1°,可以满足实际系统需求。     

国外通信卫星领域最新发展态势分析

正2017年,世界主要航天国家稳步推进现役军用通信卫星升级补充,同时以在轨弹性、防护能力牵引下一代体系化变革;高通量卫星系统性能不断增强、应用深度拓展,并逐步显现出载荷灵活性的新特征和新需求;新兴低轨通信星座在资本支持下从概念构想迅速转向实质建设,驱动全球卫星产业链格局和发展模式的整体趋势性演变;欧美卫星制造商积极引入虚拟现实、3D打印等智能制造工具与技术,推动卫星研制效率、载荷性能大幅提升。     

国外通信卫星系统灵活性发展研究

正提升单位带宽的效费比,是传统地球静止轨道(GEO)通信卫星运营商持续追求的命题。过去数十年间,为达到这一目标,运营商采取众多技术途径,包括提高载荷功率以支持更大带宽传输、延长设计寿命以增加收入、多波束频率复用以提升容量等,推动了卫星平台承载能力的不断升级、载荷通信性能的快速改善。最明显的结果是,全球在轨通信卫星总容量在2013年首次突破1Tbit/s,2016年则翻番至2Tbit/s。但容量激增也引发     

国内卫星运营业建设国际化服务体系的思考

<正>地球静止轨道通信卫星具有大覆盖的特性,凡是卫星覆盖范围内的地区,都是卫星运营商的潜在市场。从目前国内在轨通信卫星波束的设计上看,C频段有效载荷基本都是全球覆盖,而Ku频段的波束除覆盖中国以外,多颗卫星携带了针对特定市场的波束,如覆盖中东、非洲、印度尼西亚等地区的波束。另外,大多卫星都设计了Ku频段点波束,其目标市场也大多是境外客户。从市场角度看,上述地区都是卫星通信需求较活跃的区域。在这些境外市场,卫星运营业竞争异常激烈,参与竞争者有其本土的卫星运营商,还有一些区域的或全球的卫星运营商。     

干涉SAR卫星编队波束同步方法

考虑到干涉SAR卫星编队姿态偏航导引要求,提出了两种兼顾偏航导引的编队波束同步方法。第一种方法结合星地、星间位置关系并通过坐标变换,规划了使系统满足波束同步要求的卫星姿态。考虑到该方法建模抽象、求解繁琐等不足,又提出了基于欧拉旋转的波束同步方法。数值仿真结果表明,两种方法均可有效实现系统波束同步,且后者效果更优。     

星载GPS-R下视天线的可视性研究

对星载GPS-R海洋遥感接收机下视天线的波束中心指向、波束形状、波束推进方式对镜面反射点可视性的影响进行了研究. 定义了一个与天线可视区域内地球表面点具有一一对应关系的星下点平面, 提出了星下点平面内的天线波束覆盖区域的确定方法及数学表达式, 在此基础上分析了不同的波束中心指向、波束形状、波束推进方式对可视性的影响, 并根据某型号空间飞行器的轨道数据进行了仿真验证.      

多终端在星上多频时分多址系统中的分配

由于卫星资源有限并且昂贵,多频时分多址(MF-TDMA)接入方式被广泛应用于现代宽带通信系统的上行链路设计中。时隙分配算法的有效性是高效利用MF-TDMA系统资源的保证。针对卫星系统的特性,提出了一种基于函数权值的卫星时隙的分配算法,通过最优化权值的方法,有效地提高了资源利用率。通过仿真分析了不同业务的时延性能和信道利用率,并且与几种典型的分配算法进行了比较。仿真结果表明,文中的分配算法能够有效地提高信道利用率,在终端数量较多时,优势更为明显。文中提出的新算法简单,计算时间短,能够有效地在卫星网络中实现。     

基于遗传算法PID整定的卫星姿态控制研究

文章针对新一代资源卫星建立了带有有效载荷的卫星姿态动力学方程,并且使用遗传算法PID参数自整定的方法进行了卫星姿态控制,有效地消除了可转动载荷对卫星姿态的影响。仿真结果表明,使用遗传算法PID参数自整定方法,对卫星的姿态系统具有较好的控制性能,并且克服了传统PID调参困难的缺点。     

国内及区域性移动通信卫星方案设想

概要介绍了中国移动卫星通信市场的基本需求;提出了建立中国移动通信卫星系统的一些基本设计考虑,包括系统的设计目标及任务、通信体制的选择、轨道的选择、频段的选择等;并摘要介绍了中国及亚太地区区域性移动通信卫星方案的基本性能参数,如卫星ＥＩＲＰ,ＳＦＤ,Ｇ／Ｔ值等,并证明了利用静止轨道通信卫星进行手持机通信的可行性。     

极化复用方式下高性能数传基带奇偶合路实时处理方法

数传基带奇偶合路实时处理,是极化复用方式下卫星过境弧段即时判读星载设备状态及获取空间科学探测成果的前提和基础。面向空间科学卫星高速数传实时处理需求,针对传统合路处理方法受限于内存拷贝与排序操作导致处理性能较低的问题,提出一种使用环形队列对数据进行内存管理并基于各虚拟信道奇偶单路传输帧计数自然有序特征进行合路处理的新方法,有效规避频繁的内存移动与复杂耗时的排序操作,显著提升奇偶合路实时处理性能。空间科学卫星任务的工程实践结果表明,所提方法的实时合路性能满足ASO-S卫星1 Gbit·s–1和CASEarth卫星1.6 Gbit·s–1的高速数传实时处理需求。      

SPORT卫星构型方案设计

根据SPORT卫星有效载荷探测的需求, 结合卫星总体设计及构型布局设计原则, 在运载对卫星构型布局约束条件下, 针对天线单元的两种探测形式, 给出了两种卫星构型设计方案. 其目的在于为有效载荷在星上的布局提供可视化平台, 确定有效载荷在星上的位置和方向, 避免有效载荷间的位置干涉和相互遮挡, 观察有效载荷的工作空间, 初步确定科学目标实现的方式, 为卫星平台的结构方案设计提供依据. 经探测任务初级系统的可行性论证, 两种方案均可满足SPORT卫星有效载荷探测的需求.      

天基网络体系及自适应资源动态管理

随着天基网络应用范围的不断扩大和承担任务重要性的持续提升,天基网络及通信卫星星座建设将在未来网络通信中发挥越来越重要的作用.天基资源管理技术对于天基网络业务负载的实时性和高效性保证具有重要的意义.文章就天基网络的现状和业务特点进行分析,针对天基信息网络的资源管理系统功能和特点,对资源动态管理技术,包括实现场景、功能重构...     

一种卫星信道的反馈优化接入机制

提高卫星信道资源利用率，探索高效可行的端站接入机制是卫星通信发展亟待解决的问题之一。当前卫星通信DVB-RCS标准基于带宽预先规划的接入机制与端站随遇接入的需求矛盾凸显，因此提出一套信道反馈优化接入机制，综合考虑各端站数据业务需求，在不改变原有协议信令特征的基础上，探索性地引入谦虚度激励方法，创造性地构造动态协商反馈模型并加以求解，达到提高端站接入数量、满足随遇接入需求、提升信道利用效率、最大化整体带宽通信业务效益的目的。通过试验验证，带宽分配反馈优化机制比传统模式提高近1倍接入率，最大端站数接入时算法耗时约只有0.67s，可为卫星信道使用提供技术参考。     

小型控制力矩陀螺扰动建模及性能指标分析

为实现遥感卫星的高精度指向能力,对遥感卫星星上常用执行机构控制力矩陀螺扰动及性能指标评定进行了研究。首先,充分考虑小型控制力矩陀螺的静动不平衡量以及框架轴的安装误差,根据动量定理和动量矩定理建立了完整的星载小型控制力矩陀螺的动力学模型,并对所建立模型的正确性进行了理论分析和仿真验证;其次,将含有扰动特性的小型控制力矩陀螺应用到星上,建立了整星动力学模型,并选用合适的框架伺服控制系统和转子伺服控制系统,完成整星的姿态稳定控制任务;最后,采用数值仿真的方式分析了陀螺转子静动不平衡因素以及框架角测量误差对星体姿态精度和稳定度带来的影响。结合任务要求,对小型控制力矩陀螺设计提出静动不平衡量等指标要求,以期使其满足星上光学有效载荷的成像要求。     

离散拓扑业务模型中多媒体LEO网络性能分析

针对快速发展的多媒体卫星网络,提出一种新的低地球轨道卫星网络性能的定量研究模型。该模型考虑了星座动态拓扑变化和全球业务需求变化的复杂特点,建立了离散时间下的业务和拓扑映射关系;依据马尔科夫过程理论和卫星链路带宽约束条件,对实时和非实时两种类型业务采用概率分析方法,推导出定量计算阻塞概率、排队时延等网络性能参数的公式。大量仿真结果表明理论分析方法的正确性和有效性。该研究方法可用于多媒体低地球轨道卫星网络QoS路由管理和资源分配设计的参考。     

嫦娥四号任务科学目标和有效载荷配置

嫦娥四号探测器由中继星、着陆器和巡视器组成.其科学目标为:月基低频射电天文观测研究,月球背面巡视区浅层结构探测研究以及月球背面巡视区形貌与矿物组分探测研究.共配置6台有效载荷设备,其中3台载荷设备配置在着陆器上,分别为降落相机、地形地貌相机和低频射电谱仪,其余3台配置在巡视器上,分别为全景相机、测月雷达和红外成像光谱仪.本文主要论述了嫦娥四号任务的科学目标、着陆区概况、有效载荷配置及系统设计、各有效载荷任务和主要技术指标等.