低轨遥感卫星数传链路兼容性分析对比研究(上)

0 前言 低轨遥感卫星数传链路的干扰分析,主要涉及三方面的内容,即仿真模型、干扰计算方法和干扰判别标准.针对上述内容,本文对比分析了国际、国内已有的研究成果的各自特点,研究内容包括电联建议书、电联研究组报告、国际频率协调组织研究报告、国标等,并结合我国遥感卫星系统的应用实际,确定了适合的分析方法和判别标准. 1 仿真模型 1.1 轨道模型 如果兼容性分析场景中包含了实际的在轨卫星,则可以根据在轨卫星的两行根数,推演得出轨道运行轨迹;对于还未实际发射的卫星,可以粗略地利用轨道高度、倾角、降交点地方时描述轨道.     

我国风云气象卫星频谱使用权益得到有效保护

在促进新技术、新业务发展的同时,保护已有的无线电业务正常运行,是2019年世界无线电通信大会(WRC-19)一大重点任务。面对越来越多的小卫星测控系统使用401MHz^403 MHz和399.9MHz^400.05MHz频段频谱资源,WRC-19大会设立了1.2议题,审议确定这两个频段内已有的卫星移动业务(MSS)、卫星气象业务(MetSat)和卫星地球探测业务(EESS)中操作的地球站的带内功率限值,从而保护上述无线电业务的频谱使用权益。     

地球站间干扰保护距离的研究——卫星固定业务地球站对近地空间研究业务地球站的干扰保护距离

首先,阐述了卫星固定业务地球站和近地空间研究业务地球站工作在8 450~8 500 MHz频段的特性参数。其次,针对卫星固定业务地球站对于近地空间研究业务地球站的干扰进行讨论,并计算保护近地空间研究业务地球站所需的保护地理隔离距离。对于近地空间研究业务地球站的保护问题,采用《无线电规则》规定的最大等效全向辐射功率谱密度计算包括非静止卫星系统和静止卫星系统在内的干扰情况。计算结果显示,为了达到近地空间研究业务地球站的保护标准,在近地空间研究业务地球站周围需要达到542~582 km的保护地理隔离距离。     

低轨大规模卫星星座系统建模与干扰分析

针对低轨(LEO)大规模卫星星座系统存在电磁空间复杂且难于观测的问题,对低轨卫星星座链路特征进行研究。以Starlink和OneWeb星座为研究对象,根据低轨卫星的星座参数,获取等效全向辐射功(EIRP)值并进行可视化处理;对获取到的低轨电磁卫星数据进行分析,获取数据的衰减特性和时间、频率等的数据关系,计算星间的链路干扰以及时间上的分布特征;获取相对干扰时间的特征值以及星间数据的衰减与时频的多维特性,并分析不同场景下的干扰时间特征,从多个维度分析低轨大规模卫星星座系统间星间链路的干扰情况并进行仿真验证。实验证明了低轨大规模卫星星座系统之间的星间链路存在干扰情况,且频率越高,干扰现象越明显。     

卫星气象业务在1670-1710MHz频段应用现状与发展

 卫星气象业务是一种用于气象目的的卫星地球探测业务,在人民的生产、生活中起到极为重要的作用。1670-1710MHz频段是国际电联《无线电规则》划分给卫星气象业务用于数据传输使用的重要频段之一,该频段还同时划分给气象辅助业务、固定业务、移动业务、卫星移动业务等共同使用。本文详细介绍了目前国际上卫星气象业务在这一频段的使用情况、干扰评估准则,并结合我国卫星气象业务的频率使用情况,介绍并研究该频段内卫星气象业务与卫星移动业务、气象辅助业务之间的共用现状与技术,以期给上述业务在该频段未来的发展和使用提供借鉴。     

FSS与5G系统在C波段的同频干扰分析

第五代移动通信(5G)是采用毫米波频段或低于6 GHz频段的高数据速率新技术。其中3 400～3 600 MHz频段是5G系统重要的候选频段之一。然而,在这个频段内,5G系统和卫星固定业务(FSS)之间的共存问题一直都具有挑战性。研究了5G系统对3 400～3 600 MHz频段FSS下行链路的同频干扰问题,结合具体的干扰场景、天线模型和路径损耗模型,采用蒙特卡罗算法评估5G干扰基站的分布,通过链路计算、功率控制和系统调度等操作进行干扰仿真分析。仿真结果表明,要满足FSS地球站的干扰门限标准,5G与FSS系统之间至少需要15～20 km的保护距离。其中,5G对FSS系统的干扰因素包括FSS地球站天线主轴与基站干扰信号方向间的夹角(离轴角)、5G基站的数目及发射功率。     

基于EPFD分析的高低轨卫星角度间隔研究

随着低轨(LEO)通信卫星业务需求的增加，低轨卫星需要使用Ka频段进行通信。本文针对低轨卫星采用Ka频段可能与在轨的高轨卫星发生同频干扰问题，采用基于链路分离角的空域分隔方法进行干扰规避的角度间隔分析。分别从不同干扰场景、地面站分布情况来分析对干扰角度间隔的影响，并在此基础上提出该角度间隔范围内，低轨卫星需采取的干扰规避措施。     

IMT系统对1518～1525 MHz频段卫星移动系统的干扰

为分析在1 518～1 525MHz频段附近部署IMT系统的可行性,在梳理了国际电信联盟建议书和《无线电规则》的基础上,通过理论分析和仿真计算等手段,就1 492～1 518MHz频段IMT系统对1 518～1 525MHz频段卫星移动系统的干扰问题进行了深入分析.针对IMr系统基站对卫星移动系统终端在不同场景下的干扰链路,采用蒙特卡洛仿真方法对阻塞干扰与邻频干扰进行计算仿真.仿真结果给出了不同场景下的阻塞干扰概率以及两个系统邻频共存的条件.研究结果可为我国无线电管理部门对该频段邻频的未来规划提供理论支撑.     

一种MEO星座的覆盖性能及组网方案分析

地球静止轨道(geostationary earth orbit,GEO)卫星轨道位置资源稀缺已久,巨型低轨卫星星座的发展浪潮使得低轨轨道资源也变得空前紧张,中地球轨道(medium earth orbit,MEO)星座作为GEO和低地球轨道(low earth orbit,LEO)星座的折中,必将成为各国博弈的角逐场,参考世界各MEO星座和我国国情,提出了一种(6+4)MEO星座方案,并使用STK(Satellite Tool Kit)软件对星座覆盖性能、星际链路特性和信关站选址及覆盖性能进行了仿真分析,该方案通过地面站中继实现轨道间通信,有效规避了利用星际链路实现轨际通信时存在的各种问题,使系统得到简化、可靠性得到提高,在全球低轨卫星轨道资源紧张的形势下具有很强的战略价值。     

一种LEO-S频段星地链路传输体制研究

由于低轨卫星系统(LEO)具有传输时延短、传输损耗低等优点，对于实现宽带业务、终端的小型化非常有利；另外，S 频段抗雨衰能力强，天线尺寸小造价低，使其很适合卫星移动电话、区域内多用户间数据等业务通信场合。本文针对目前低轨卫星通信需求提出了一种 LEO_S 频段星地链路传输体制，结合用户数量及传输速率要求，对上下行链路的传输体制进行了研究，计算了上下行链路的余量，并有针对性地提出了星地链路抗干扰措施。     

星地相干光通信中的自适应光学系统带宽研究

针对星地相干激光通信,研究了自适应光学的系统带宽对通信性能的影响。对于特定校正阶数的自适应光学系统,得到了系统需求的控制带宽,并对比了同步轨道(GEO)卫星对地链路和低地轨道(LEO)卫星对地链路。结果显示低轨卫星链路所需的控制带宽远大于同步卫星链路,原因来自于低轨卫星和地面站的高速相对运动产生的垂直链路风速,同时低轨卫星对地链路对自适应光学的带宽需求和天顶角是成反比关系的。分析了低轨卫星对地相干激光通信链路混频效率和自适应系统带宽以及校正阶数的关系,结果表明,200 Hz的闭环带宽完全可以满足需求,当达到100Hz带宽之后,增加变形镜单元数对混频效率的提升更为有效。     

TDRSS中星间链路信号的衰减特性研究

在TDRSS应用系统中,通过在合适的赤道定点上空设置静止轨道卫星,可使低(中)轨应用卫星的覆盖区域大为扩展。本文研究TDRSS系统中静止轨道卫星和低(中)轨卫星间的星间链路和信号衰减特性,得到了不同轨道参数条件下,低(中)轨卫星同静止轨道卫星之间的星间链路信号衰减结果,为TDRSS的综合应用设计提供了依据。     

我国传输型遥感卫星数传天线的技术回顾与展望

本文叙述了我国对地观察遥感卫星数据传输天线的技术发展历程。按照我国航天发展的特点，目前已形成了以螺旋、波导缝阵和赋形反射面为代表的三种覆球固定波束的数传天线形式，并在不同的卫星上得到应用。面对未来对地观察卫星遥感数据的实时、高速传输以及低轨卫星的地面站低覆盖率问题，本文从星座技术和高增益扫描天线方面简述了未来星载数传天线的技术发展趋势，这对卫星系统与星载数传天线的预研和设计具有指导意义。     

测速雷达系统与卫星固定业务在10.7~11.7 GHz频段的共存条件

为得到测速雷达系统与卫星固定业务地球站在Ku频段共存的条件,以监测中发现的测速雷达实例为依据开展兼容性分析与研究。通过构建干扰模型,讨论了系统间潜在的干扰链路,确定了干扰门限,从多个角度仿真了测速雷达对卫星固定业务地球站的干扰,得到测速雷达等效全向辐射功率为18 dBm时与卫星固定业务地球站之间共存的最大保护距离为1 450 m,最小保护距离为200 m,同时得到了不同发射功率和不同受扰频率下的保护距离。研究成果可为Ku频段静止轨道卫星监测站选址提供必要的技术支撑,还可以为卫星固定业务用户设置地球站提供理论依据。     

分布式卫星系统数传调度研究

近年来随着我国在轨遥感卫星数量的不断增加,对当前中继星系统的数传能力提出了更高的要求。在卫星平台载荷能力受限的情况下,分布式卫星系统成为大幅提升中继星系统性能的可行方案。针对分布式卫星系统的数传任务调度问题,综合考虑系统与中低轨航天器用户之间的可见时间窗口、卫星剩余资源及数传任务属性等约束条件,提出了基于粒子群优化(PSO)的多星多任务数传调度方法。根据实际中继系统任务量级对经典PSO算法进行了改进,并通过计算机仿真验证了改进算法的有效性。     

我国Ka频段卫星固定业务系统间干扰特性分析研究

针对我国Ka频段使用卫星固定业务的非对地静止卫星轨道（Non-Geostationary Satellite Orbit,NGSO）星座系统对对地静止卫星轨道（Geostationary Satellite Orbit,GSO）系统的干扰问题开展研究.在梳理国际电联技术建议书和《无线电规则》的基础上,通过理论分析和仿真计算等手段,对不同链路场景下NGSO星座系统对GSO系统在Ka频段的干扰问题进行分析计算.研究结果表明,在NGSO星座系统与GSO系统上下行通信有重叠部分的频段,其对GSO系统都会产生严重干扰.最后给出降低干扰的措施与建议.为我国未来拟使用Ka频段的NGSO星座系统对GSO系统的干扰分析提供参考.     

1668~1675 MHz卫星移动系统与无线电探空系统间的共存研究

为分析在1668~1675 MHz频段引入卫星移动系统的可行性,对该频段卫星移动系统与无线电探空系统间的兼容共存问题进行了深入分析。介绍了两个无线系统的基本特征和主要参数,讨论了两系统间潜在的干扰链路。针对卫星移动业务终端对二次测风雷达的干扰以及二次测风雷达对卫星空间电台的干扰两条主要干扰链路,采用计算机静态建模和蒙特卡洛仿真方法,对干扰情况进行了计算仿真。仿真结果表明,在卫星终端密度在50个/km2时,二次测风雷达所需的保护距离为60~80 km,而单个二次测风雷达主瓣方向发射二次测风雷达的功率高于空间卫星国际保护标准达60 d B。该研究结果可为我国无线电管理部门对该频段的重新规划提供支撑。     

低轨卫星通信遥感融合:架构、技术与试验

低轨卫星系统是获取空间信息和破解宽带数字鸿沟的重要基础设施之一,通信与遥感融合是解决现有遥感和通信分治、卫星重置、应急业务响应不及时等问题的有效途径。概述了低轨通信和遥感卫星系统的现状,针对通信和遥感融合需求,提出了通信遥感融合方案及体系架构,阐述了基于该体系架构的硬件组成及融合试验方案,最后探讨了相关挑战和未来发展。     

高低轨频率共存卫星通信系统鲁棒波束成形算法研究

针对静止轨道(Geostationary Earth Orbit, GEO)卫星系统和低轨道(Low Earth Orbit, LEO)卫星系统频率共享时存在的干扰问题,本文基于低轨分布式卫星编队提出了一种鲁棒自适应波束成形算法,从空间域功率隔离角度解决了高低轨卫星通信系统上行链路共用频谱时GEO用户对于LEO卫星共线干扰问题。算法中综合考虑卫星通信系统长传播时延导致的阵列导向矢量存在一定误差,在基于线性约束最小方差(LCMV)准则的自适应波束成形器中设计了考虑系统最恶劣误差情况的鲁棒性约束,并采用泰勒级数逼近法求解波束成形器加权矢量。仿真结果表明本文的鲁棒波束成形算法在卫星通信环境下适应度较高,能够有效地缓解高低轨卫星通信系统频率共享带来的同频干扰问题。      

基于随机几何的低轨星座下行通信链路仿真与分析

低轨卫星网络具有低成本、大容量、广覆盖的特性,是未来空天地海一体化网络中的重要支柱和6G网络的关键组成部分,开展链路分析对于低轨星座链路设计与优化具有重要意义。由于低轨卫星移动性强、星地电磁环境复杂、链路较长等特点,星地信息传输与传统地面移动通信有着显著差异。根据低轨星座的特性构建星座网络的随机几何BPP模型,并针对低轨星座空间分布及移动特征,分析了单星及多星场景下的损耗、干扰等对星地通信链路的影响。通过给出星座系统干扰期望计算方法,并基于所构建BPP网络对星地通信链路特性进行仿真。仿真结果表明,构建随机几何的基于BPP分布的星座模型可以很好地模拟卫星网络的状态,采用随机几何对低轨星座下行通信链路进行仿真分析,能够得到更具泛化的星座构型下低轨星座对地面站的干扰情况,为巨型低轨星座网络分析及星地链路设计提供了参考。