低轨遥感卫星Ka频段星地数据传输效能研究

空间分辨率的大幅提高导致了低轨遥感卫星产生海量遥感数据,致使现有X频段星地数传通道压力急剧增加。针对此问题,文章分析了采用Ka频段进行星地海量数据传输的必要性。为了综合衡量数据传输性能,合理利用地面站资源,提出遥感卫星传输效能因子指标,依据此指标,对地面站的利用方案进行了优化设计。理论分析与仿真试验结果表明:采用Ka频段传输,在传输速率达到目前X频段最高速率3倍时,典型地面站的链路可用率达到95%以上,显著提高了数传系统的综合传输效能。     

Ka频段点波束天线指向精度对星地数传链路的影响分析

为满足低轨遥感卫星海量数据的高速下传需求,Ka频段双圆极化频率复用数传技术已被逐步应用,而其使用的机械式点波束数传天线对指向精度和极化隔离度有很高的指标要求。文章对Ka频段点波束天线的辐射增益和交叉极化隔离等特性进行了讨论,从工程应用的角度定量研究了交叉极化的产生及其对链路极化损耗、链路余量和链路可用率的影响,重点分析了Ka频段点波束天线在不同指向精度时对不同地面站极化复用数传链路的影响。Ka频段点波束天线指向精度优于1°时,只能满足北京地面站99.0%链路可用率的可靠数据传输,可以满足喀什地面站99.9%链路可用率的可靠数据传输。文章的分析结果可为低轨遥感卫星Ka频段点波束天线的设计与研制提供参考,尤其是可为Ka频段双极化复用数传链路的总体设计和卫星任务规划提供分析依据。     

卫星遥感数据链路设计

介绍了卫星遥感数传系统的组成及影响数传系统误码特性的主要因素，讨论了遥感卫星数传通道发射功率计算的方法和有关参数的选择，给出了我国某资源卫星以及法国的SPOT卫星、加拿大雷达卫星和欧空局“ERS-1”卫星的数传通道下行链路的分析结果。     

Ka频段低轨遥感卫星数传接收链路设计

介绍一种用于Ka频段低轨遥感卫星数传接收链路设备的组成、主要功能及技术指标,对接收链路的接收动态范围、等效噪声温度、线性度指标进行分析。该数传接收链路实现了接收动态范围–92dBm~–24dBm,3dB带宽±760MHz,幅相变换≤0.32°/dB的技术指标,在最高码率2Gbps的Ka频段遥感卫星数据接收系统中得到成功应用。     

双频GNSS接收机射频前端的系统设计

结合全球导航卫星系统中各种卫星信号的频段分布,提出一种适用于双频接收机的射频前端结构,讨论基于该结构的本振频率的选取方法。以GPS的L1频段和Galileo的E1频段为例,对该系统进行仿真验证。仿真结果显示,双频接收机射频前端的各项指标均达到了设计要求。     

站点分集对低轨遥感卫星Ka频段星地数传链路的影响分析

采用国际电信联盟(ITU)的星地链路计算模型,推导出考虑站点分集增益后的大气总体衰减计算公式,并据此定量仿真分析站点分集对低轨遥感卫星Ka频段星地数传链路可用情况的改善效果。为综合衡量星地系统的费效比,提出站点效能因子指标,并依据此指标对站点分集效能进行定量分析。分析结果表明:站点分集可改善Ka频段星地数传链路的可用情况,且对降雨量较大站点的改善效果更为明显,但仅针对单颗卫星而言,其费效比不具备优势。文章采用的分析方法和提出的站点效能因子指标,可推广到其他频段的星地数传链路分析中,为卫星的总体分析设计提供参考。     

基于直方图修改的卫星遥感图像无损隐藏传输

针对星上低速率数据的传输问题,提出了一种基于直方图修改技术的卫星遥感图像无损隐藏传输方法。该方法通过对星上高速率遥感图像相邻像素差的直方图进行修改,将低速率数据嵌入到原始高速率遥感载体图像中,并利用卫星高速数传系统进行下传。地面接收端可以从载体图像中正确提取低速率数据,并无损恢复原始高速率遥感图像数据。该方法在不增加卫星数传系统复杂度和信息传输速率的前提下,提高了卫星数传系统的利用率,增强了数据传输的隐蔽性。实验结果表明,本文算法在保证良好的不可见性的情况下,获得了较高的纯载荷嵌入容量。与其它无损嵌入方法相比,在峰值信噪比和纯载荷嵌入容量方面都有很大的优势。     

S/X/Ka三频低轨遥感卫星数据接收系统的设计及实现

介绍了S/X/Ka三频低轨遥感卫星数据接收系统的组成、主要功能及技术性能，给出了该系统的关键技术及实现途径。据此设计并建成的S/X/Ka三频低轨遥感卫星数据接收系统已于2016年底在北极站投入运行。系统主要性能指标达到了国际先进水平，具有X/Ka频段双圆极化频率复用、高阶调制解调/高效编译码/VCM、本地和远程故障诊断、无人值守等功能。     

用于遥感卫星数传的新型波导阵列组合天线

从新的设计理念出发，提出一种新型的波导十字阵列组合辐射天线替代了赋形反射面天线，用于低轨遥感卫星的数传系统。文中论述了该天线的设计思路、设计过程，并列出了天线的主要性能。最后还简述了该天线在国内卫星上的应用及我国未来低轨遥感卫星数传天线的发展趋势。该天线已在我国多个卫星上成功应用。这种波导阵列组合天线结构紧凑、尺寸小，具有与国外通用的赋形反射面天线基本类似的性能，可达到星载数传天线的预定要求，而且为星载遥感器及其他载荷留出了更大的对地安装空间。     

船载卫星遥感数据接收天线跟踪精确度改进方法

针对船载卫星遥感数据接收天线的动态跟踪航行特点,提出一种提高船载卫星遥感数据接收天线跟踪精确度的方法。通过天线伺服控制设计和计算机程序,克服船姿扰动对天线跟踪的影响,实现快速捕获目标卫星并进行精确稳定跟踪,从而解决恶劣海况下,船行过程中对X频段低轨卫星全空域、无盲区跟踪和可视区域内的高精度指向跟踪问题。该方法已在雪龙号船载卫星遥感接收处理系统建设中得到应用,可为后续舰船上建设遥感卫星接收系统提供借鉴。     

26GHz频段国际移动通信应用与星间业务兼容性研究现状分析

针对26GHz频段国际移动通信应用与星间业务的兼容性,分析了国际移动通信频率的应用形势,2019年世界无线电大会1.13议题将24.25-27.5GHz等频段作为国际移动通信的候选频段,但该频段存在与中继卫星星间业务频率重合的问题。文章从该频段应用现状等方面阐述了兼容性分析的需求与研究内容。对基于国际电联相关建议书给出的参数条件进行仿真评估,国际移动通信业务与星间业务有共存的可能性,但后续仍需要开展全面的深入仿真分析,并基于实际系统的试验测试开展可行性研究。     

面向微纳卫星应用的激光数传技术

针对遥感微纳卫星对地高速数传需求,开展面向微纳卫星的激光数传技术研究,突破微纳卫星激光通信终端星地快速捕获建链和协同高精度稳定跟踪、天基终端轻小型化、复合光电组件等关键技术。完成微纳卫星的天基激光终端和地面激光终端研制,并开展星地传输试验验证,实现 1 230 km、10/50/100 Mbps 的星地数据传输,验证了相关技术,为后续我国微纳卫星对地遥感应用提供了理想的星地数传手段。     

卫星遥感多路数据传输合路方案研究

在遥感卫星的数传系统中,采用虚拟信道方式对多路遥感数据进行数传合路,形成标准帧格式信息流以适合空间物理信道传输。针对缓存容量受限的条件,提出了两种数传合路方案:第一种方案是将全部虚拟信道同时数传合路到I帧和Q帧;第二种方案是将其中一半虚拟信道数传合路到I帧,将另外一半虚拟信道数传合路到Q帧。采用仿真技术对两种数传合路方案的缓存容量需求进行了动态分析,结果表明:采用第二种方案时缓存容量需求更低,只须采用地址空间深度为8K的缓存器即可满足数传合路处理需求。第二种数传合路方案已应用到某卫星工程项目的数传系统产品中,通过了地面测试、试验以及在轨飞行验证。文章提出的技术途径可为后续航天器更多种类遥感数据的数传合路设计提供参考。     

一种光学遥感小卫星数传基带测试系统设计改进

随着光学遥感小卫星业务不断增长,基于刀片服务器的传统数传基带测试系统已无法满足卫星批量研制测试需求。为此,文章设计了采用机架服务器+光纤交换机的数传基带测试系统,实现小型、通用、可扩展的硬件架构,支持高效、高速的数据处理、存储和交互,与传统系统相比,体积、功耗、质量显著减小。为适应新硬件架构,将原有各数传基带测试软件进行混合并行处理和动态负载均衡设计优化,可以稳定、可靠地提供并行实时数传基带测试功能。该系统具有集成度高、通用性好、测试时效性高等特点,在多型批量化生产的光学遥感小卫星研制过程中测试应用效果良好。     

环境减灾-1A、1B卫星数据传输分系统技术

对环境减灾-1A、1B卫星数据传输分系统的研制技术和设计方法进行了总结,包括技术要求、功能、技术创新点、取得的技术成果等.此分系统采用的集成化一体化设计方法与按照功能单元分割设备的分系统设计方法相比,产品数量减少了3台,降低了分系统的体积、重量和功耗,减少了环境试验的时间和研制成本,适用于小型化、轻量化的卫星平台.此分系统中采用了多谱段CCD图像4:1压缩技术、多种速率不同类型遥感器的AOS编码技术和X频段QPSK微波直接调制技术,这些技术的攻关可为后续遥感卫星数据传输分系统的设计提供一种优选方案.     

基于TDRSS的高速数传信号载波捕获及跟踪算法研究

以TDRSS数传系统为研究背景,针对TDRSS数传信号的特点,以实现高速8PSK调制信号的载波同步与跟踪为研究前提。提出了一种采用二叉树(BinarySearchTree)频率搜索方法实现捕获及采用平均"滑动窗"递推最小二乘(RLS)一步预测方法实现频率跟踪的算法,并针对此方法进行了理论推导和蒙特卡洛(MonteCarlo)仿真。结果表明:该方法适用于全数字高速数传8PSK调制信号接收系统,同时也可移植、推广至全数字雷达接收机中。     

低轨遥感卫星Ka频段自适应编码调制应用效能分析

分辨率的不断提高对低轨遥感卫星对地数据传输能力提升提出了迫切需求。当前低轨遥感卫星对地数据传输采用固定编码调制(CCM)和可变编码调制(VCM),未利用仰角增大时大气损耗减小带来的信道条件改善,对链路资源造成较大浪费。自适应编码调制(ACM)在VCM基础上,充分利用大气损耗的时变特性,可进一步提高链路的数据吞吐能力。为综合衡量数据传输性能,文章提出低轨遥感卫星传输效能因子指标,并对Ka频段降雨特性不同的喀什、北京、三亚地面站CCM,ACM,VCM的传输效能进行了对比分析。仿真结果表明:按链路可用度最大的原则设计时,ACM的传输能力明显优于VCM和CCM,显著提高了数传系统的综合传输效能。     

双圆极化频率复用数传链路极化损耗影响分析

对双圆极化频率复用技术的原理进行了说明，并介绍了影响链路性能的关键参数——交叉极化。通过对遥感卫星极化复用数据传输链路的分析，从工程应用的角度研究了交叉极化的产生及其对链路极化损耗的定量影响。可为极化复用数传链路的设计原则和方法提供借鉴。     

微小卫星测控数传一体化发射机数字基带设计

提出一种适用于微小卫星的测控数传一体化射频直接调制发射机方案,并基于FPGA平台设计完成发射机数字基带系统。基带系统采用测控标准调制(NRZ-DPSK-PM)和恒包络调制(GMSK、根升余弦(O)QPSK调制)方式,多种参数和滤波系数可重配置,支持不同速率的统一S波段测控和数传通信,灵活性高,可作为微小卫星测控数传系统的通用数字化模块。     

硬X射线调制望远镜卫星系统级测试设计与实现

归纳了硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星的系统级测试特点,其中惯性空间动中探测与X射线望远镜性能测试为相对传统遥感卫星特有的测试需求。提出了适用于HXMT卫星系统级测试的动中探测姿态机动测试方案,通过设计GPS动态仿真模拟器和星地高精度时间统一实现姿态机动闭环测试系统;提出了X射线光管打靶测试方案,利用靶板上不同金属材料的荧光效应产生不同谱段特征的X射线,并对热试验罐内测试进行了针对性设计。整星测试结果表明:测试系统设计合理可行,有效验证了HXMT卫星各项功能、性能指标的正确性,可为后续空间射线探测科学卫星开展系统级测试设计提供参考。