低轨卫星产业成新蓝海,NI联合众执芯提供测控数传新思路

2022-04-27 13:58:45

来源:NI

引言:低轨卫星发展已全面进入竞争提速期,空间轨道和频段这一不可再生的战略资源将日益紧缺,全球都在加速争取有限的资源。2020年,中国已将卫星互联网纳入新基建范畴,商业航天公司也纷纷开展自己的太空计划。2022年3月5日,中国商业航天公司银河航天02批批产卫星、中国首次批量研制的6颗低轨宽带通信卫星在西昌卫星发射中心成功发射,并实现了国内首例V频段低轨卫星测控数传,这次成功发射对于推动中国商业低轨卫星通信遥感一体化技术发展具有积极意义。本次任务中,由NI联合上海众执芯信息科技有限公司(以下简称“众执芯”)提供的测控数传软硬件一体化解决方案有效保障了银河航天的V频段测控数传任务。

银河航天信关站
  
“传统上,卫星测控与通信业务是独立实施的。通常,采用X频段支持商业卫星的测控,在开展通信业务时需要有一个X频段测控站提供服务,无论在运营成本或实时性方面都不是最佳的工作模式。” 银河航天测运控负责人李晶表示:“随业务通道开展测控工作是航天测控领域的发展趋势之一,既有利于为通信业务提供实时的测控支持、又降低了系统运行成本。银河航天02批卫星测控通信系统成功地突破了大频偏、高动态同步解调技术,首次实现了V频段随路测控数传功能,建设了国内首个V频段随路测控数传系统,开创了低轨宽带卫星星座的运行管理新模式。”
 
卫星在轨测试的突围尝试:NI通用化仪器
低轨卫星产业飞速发展,但测试也愈发具有挑战性,例如,数字孪生在低轨卫星通信领域的应用、卫星批产自动化测试、从研制到在轨运行的完整生命周期的测试等始终是行业痛点。
 
正如NI亚太区商业航天负责人刘金龙所说:“低轨卫星通信星座的发展也在改变卫星的在轨测控与运行,新型低轨卫星集成了诸多的前沿技术,如通信基带处理技术、数字波束形成(DBF)等,使得卫星在轨的可重配置能力大大增强,要求在有限的星地连接时间内,更自动、更灵活的进行在轨的测试、控制与数据传输。通用设备平台将发挥其灵活、开放的优势,助力卫星技术的迭代创新,并加速测控与在轨运行融合的探索。”
 
NI创新性地将通用化仪器设备用于在轨射频测试,这是对硬件、软件带来极大的挑战,但同时是未来实现设备“测运维一体化”、“一卡多用”的重要尝试。

NI卫星在轨测控与高速数传解决方案
 
NI卫星在轨测控与高速数传系统亮点:
为抑制大多普勒偏差,NI工程师改进频偏捕获算法成功在数兆赫兹偏差范围内锁定射频信号。
♦ 为克服低轨高动态场景,依靠NI信号处理板卡强大运算能力,采用粗搜细捕,环路跟踪等多种算法并举,使得NI 在轨测控设备在灵敏度、通信时长等指标好过预期。
♦ 通用软件无线电设备,结合先进信号处理,真正实现“一卡多用”,提高设备利用率。
 
创新性无人值守站控平台的“软”壁垒
此次任务中,由NI和众执芯共同提供的测控数传软硬件一体化解决方案,同时实现了桌面测试和在轨测试双项测试目标。在双方合作开发的无人值守站控平台的支持下,测控数传基带能够与银河测运控远端平台进行无缝的遥测、遥控数据交互、远程对测控数传基带进行状态监视和参数配置,有效保障了任务的圆满成功。该无人值守站控平台包括众执芯的一套站控软件、银河航天远端控制单元、NI测控与数传基带系统
 
在该无人值守站控平台中,众执芯的站控软件作为核心的一环,具有诸多亮点:
l 基于自研开发框架,可有效应对建站初期不断变化的复杂需求,具备可扩展性、可伸缩性等优点
l 与NI测控与数传基带系统高效匹配与融合,增强站内系统的运行效率与性能
l 具备一套开放式通用化接口,可快速对接银河航天远端控制单元
l 7*24小时无人值守自动运行状态下,完成各分系统状态、数据信息及工作参数的监视,完成对分系统的工作参数及设备配置的远控功能,可视化地完成远控单元下发任务的计划冲突检验,制定、分配和实施工作。
 
众执芯总经理兼卫星融合通信事业部负责人王浩文表示:“此次发射任务的保障过程中,众执芯与NI工程师优化改进了遥测链路、数传链路等信号同步算法,以应对高动态、大多普勒频偏的挑战,配合银河航天完成在轨测试任务。这是首次采用通用软件无线电设备,结合先进的信号处理算法,实现“一卡多用”。随着此次任务的成功,我们也开启了地面测试到在轨测试的新征程,是迈向装备“测运维一体化”的坚强一步。”

卫星在轨测控与高速数传地面站无人值守平台
 
作为商业航天领域的佼佼者,银河航天在低成本通信载荷、卫星平台、地面通信系统以及卫星测试验证等方面构建了核心能力。早在2020 年1 月16 日,银河航天就成功发射首发星,该卫星是中国通信能力最强的低轨宽带通信卫星。银河航天已经展开了一系列关键技术验证、完成国内首次低轨宽带通信卫星的小规模量产,积累了大量的测试数据与经验,为后续更多低轨卫星测试打下了良好的基础。
 
与传统高轨同步轨道卫星相比,低轨卫星建设成本更低,且有传输时延小、链路损耗低、发射灵活、应用场景丰富的优势。地球近地轨道可容纳约6万颗卫星,预计到2029年,地球近地轨道将部署总计约57000颗低轨卫星。低轨卫星产业已成为全球竞争的新蓝海,中国低轨卫星产业厚积薄发。
 
低轨星座通信系统设计、卫星研制核心能力、低成本卫星量产能力是当前中国商业航天公司需要构建的核心技术壁垒。NI在航空航天行业深耕超过40年,与众多科研机构及商业航天公司均有合作。未来,NI与合作伙伴将在从低轨星座通信体制研发、卫星设计研制、地面测试与在轨测运控管理、以及地面终端在各行业的应用的商业闭环中发挥积极作用。
 
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