雙衛(wèi)星Ku波段自動對星系統(tǒng)研究及應(yīng)用展望

鄭學(xué)東，高云勇

（南京中網(wǎng)衛(wèi)星通信股份有限公司，南京 210061）

雙衛(wèi)星Ku波段自動對星系統(tǒng)研究及應(yīng)用展望

鄭學(xué)東，高云勇

（南京中網(wǎng)衛(wèi)星通信股份有限公司，南京 210061）

本文介紹了一套Ku波段天線切換兩種通信模式的裝置，包括雙通信系統(tǒng)尋星控制器、人機(jī)操作單元、天線、雙工器、LNB、功分器、下行頻率適配器、普通衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器、IP-STAR衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器、普通衛(wèi)星BUC、IPSTAR衛(wèi)星BUC及上行波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器。它在現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)上增加了下行頻率適配器和上行波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器，將原來分立的兩套Ku波段通信系統(tǒng)融合為一套系統(tǒng)，大幅度減少成本，有利于衛(wèi)星通信技術(shù)的推廣應(yīng)用。

IP-STAR和亞洲七號衛(wèi)星；Ku波段；自動對星；應(yīng)用展望

1 引言

近年來，隨著各行各業(yè)信息化建設(shè)的普及提高，衛(wèi)星通信技術(shù)得到了普遍使用，從而促進(jìn)各行各業(yè)應(yīng)對重大事件和應(yīng)急情況能力的提高；反過來，各行各業(yè)對衛(wèi)星通信技術(shù)強(qiáng)烈需求，促進(jìn)了衛(wèi)星通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展，社會資本加大衛(wèi)星通信新技術(shù)新體制的投入，大數(shù)據(jù)、超高清、移動互聯(lián)、跨區(qū)域互通、動態(tài)立體調(diào)度等需求，使得多用戶經(jīng)常在不同體制衛(wèi)星通信技術(shù)的設(shè)備、不同衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器、不同區(qū)域之間參加保障活動。

根據(jù)上述需求，本文介紹了IP-STAR衛(wèi)星系統(tǒng)和亞洲七號衛(wèi)星雙衛(wèi)星Ku波段自動對星系統(tǒng)研究。其中，IP-STAR衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)用描述，是基于IP-STAR衛(wèi)星的下行鏈路采用層疊在OFDM上的TDM技術(shù)，其上行鏈路采用基于多節(jié)點(diǎn)多址技術(shù)的MF-TDMA衛(wèi)星通信技術(shù)體制及設(shè)備；亞洲七號衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)用描述，是基于FDMA（頻分多址）/DAMA（按需分配多址）/dSCPC（動態(tài)SCPC）衛(wèi)星通信技術(shù)體制及設(shè)備。

2 IP-STAR和亞洲七號

2.1 IP-STAR衛(wèi)星

IP-STAR衛(wèi)星是Space System/Loral（SS/L）勞拉空間系統(tǒng)公司（美國）制造，于2005年8月11日發(fā)射成功，軌道位置東經(jīng)119.5°，服務(wù)時(shí)間截止至2022年6月31日。

如圖1所示，IP-STAR衛(wèi)星用23個(gè)Ku點(diǎn)波束、1個(gè)Ku成型波束、1個(gè)Ku廣播波束覆蓋中國大陸，并設(shè)有北京、上海、廣州三個(gè)關(guān)口站，相互之間通過地面光纜相連接。衛(wèi)星為中國大陸提供約12Gb/s的通信能力。北京關(guān)口站監(jiān)控管理的波束為301，302，303，304，305，306，307，308，311（9個(gè)點(diǎn)波束）和東部1個(gè)廣播波束；上海關(guān)口站監(jiān)控管理的波束為312，313，317，318，321，322（6個(gè)點(diǎn)波束）和西部1個(gè)成形波束；廣州關(guān)口站監(jiān)控管理的波束為309，310，314，315，316，319，320，323（8個(gè)點(diǎn)波束）。圖2為IP-STAR衛(wèi)星系統(tǒng)通信拓樸圖，表1為IPSTAR衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要終端。

圖1 IP-STAR衛(wèi)星對中國大陸的覆蓋圖

圖2 IP-STAR衛(wèi)星系統(tǒng)通信拓樸圖

表1 IP-STAR衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要終端

2.2 亞洲七號衛(wèi)星

亞洲七號衛(wèi)星于2011年11月26日發(fā)射，定點(diǎn)于東經(jīng)105.5°，接替了1999年發(fā)射的亞洲3S衛(wèi)星。它采用美國勞拉空間系統(tǒng)公司制造的Space Systems/ Loral 1300平臺，預(yù)計(jì)使用壽命大于15年，控軌精度優(yōu)于±0.05°。圖3為亞洲七號衛(wèi)星覆蓋圖，圖4為亞洲七號拓樸圖，圖5為亞洲七號主要終端圖。

亞洲七號衛(wèi)星裝有28個(gè)C波段轉(zhuǎn)發(fā)器，轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬為36兆赫，采用65瓦行波管放大器并配置線性化器，可覆蓋亞洲、中東、澳大利亞、新西蘭以及中亞等地區(qū)。

圖3 亞洲七號衛(wèi)星覆蓋圖

亞洲七號衛(wèi)星裝有17個(gè)Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器，采用150瓦行波管放大器并配置線性化器及自動電平控制裝置。Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器配置東亞、南亞及一個(gè)可移動波束，轉(zhuǎn)發(fā)器切換功能提供了最大載荷配置的靈活性。

圖4 亞洲七號衛(wèi)星通信拓樸圖

圖5 亞洲七號衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要終端圖

3 雙衛(wèi)星Ku波段自動對星系統(tǒng)研究

3.1 Ku波段自動對星原理

圖6 系統(tǒng)連接的原理圖

3.2 雙星信標(biāo)機(jī)

（1）衛(wèi)星信標(biāo)（跟蹤）接收機(jī)用于衛(wèi)星通信地球站的總動跟蹤系統(tǒng)

它的任務(wù)是捕獲同步衛(wèi)星發(fā)出的信標(biāo)信號，并對其下變頻，變換成中頻信號，然后檢測出與信標(biāo)信號強(qiáng)度成正比的直流電壓，給出衛(wèi)星信標(biāo)信號（即目標(biāo)）相對與天線在不同角度位置時(shí)所對應(yīng)的信號強(qiáng)度電壓，以直流電壓形式送給飼服控制系統(tǒng)，完成天線對衛(wèi)星的自動跟蹤，此款信標(biāo)機(jī)可以跟蹤信標(biāo)也可以跟蹤調(diào)制信號，具有寬、窄帶切換使用功能，動態(tài)與固定斜率切換使用功能，掉電保存頻點(diǎn)的功能等。雙星信標(biāo)機(jī)主要部件見表2。

表2 雙星信標(biāo)機(jī)主要部件

（2）增加IP-STAR衛(wèi)星廣州關(guān)口站深圳及周邊城市的點(diǎn)波速

圖7 IP-STAR衛(wèi)星廣東地區(qū)覆蓋圖

表3 廣東地區(qū)關(guān)口站頻率表

（3）增加給LNB供電的功能

供電范圍為DC13.3V～DC16V。

雙星頻率適配器主要部件見表4，本機(jī)（雙星頻率適配器）采用兩次變頻方式，把外部射頻信號經(jīng)一次變頻變成射頻，再進(jìn)行下變頻后實(shí)現(xiàn)頻率變頻，這樣處理的好處可以解決鏡頻干擾，變頻寄生干擾頻率。圖8為變頻器內(nèi)部原理框圖。

表4 雙星頻率適配器主要部件

圖8 變頻器內(nèi)部原理框圖

4 應(yīng)用展望

雙衛(wèi)星Ku波段自動對星系統(tǒng)，是針對使用IPSTAR衛(wèi)星體制和使用亞洲七號衛(wèi)星的用戶而研制的，平時(shí)用戶使用IP-STAR衛(wèi)星通信體制，在需和亞洲七號衛(wèi)星通信網(wǎng)互聯(lián)互通時(shí)，可自動切換到亞洲七號衛(wèi)星通信網(wǎng)，保護(hù)了用戶前期投資，同時(shí)還可對亞洲七號衛(wèi)星通信網(wǎng)起到災(zāi)備作用。

根據(jù)雙衛(wèi)星Ku波段自動對星系統(tǒng)原理，可以拓展到其他體制衛(wèi)星通信系統(tǒng)，形成雙衛(wèi)星或雙模式或多模式自動對星系統(tǒng)，確保不同體制的衛(wèi)星通信系統(tǒng)在終端層面互聯(lián)互通，最大效率利用不同的衛(wèi)星資源，為應(yīng)急救援做保障做貢獻(xiàn)。

Study and Application Prospect of Ku-band Automatic Tracking System of Double Satellites’ Antenna

Zheng Xuedong, Gao Yunyong
(Nanjing China-Spacenet Satellite Telecom Co.,Ltd., Nanjing, 210061)

The invention is a set of equipment for Ku-band antenna’s switch of two communication modes, including satellite-tracking controller of two communication systems, man-machine operation unit, antenna, duplexer, LNB(Low Noise Block), power divider, downlink frequency adapter, ordinary satellite modem, IP-STAR satellite modem, ordinary satellite BUC(Block Up-Converter), IP-STAR satellite BUC(Block Up-Converter) and uplink waveguide switch. This invention also disclosed application methods based on the said equipment. The invention added downlink frequency adapter and uplink waveguide switch to the existing satellite communication system and merged the original two discrete Ku-band communication systems into one system, which reduced the costs by a large margin, and was beneficial to the popularization application of satellite communication technology.

IP-STAR and Asia 7 satellite; Ku-band; automatic satellite-tracking; application prospect

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.05.007

TN927+.2

A

1672-7274（2015）05-0024-04

鄭學(xué)東，男，工程師，南京中網(wǎng)衛(wèi)星通信股份有限公司高級項(xiàng)目經(jīng)理。高云勇，男，工程師，現(xiàn)任職于南京中網(wǎng)衛(wèi)星通信股份有限公司。