低軌衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)成新藍(lán)海，NI聯(lián)合眾執(zhí)芯提供測控?cái)?shù)傳新思路

引言：低軌衛(wèi)星發(fā)展已全面進(jìn)入競爭提速期，空間軌道和頻段這一不可再生的戰(zhàn)略資源將日益緊缺，全球都在加速爭取有限的資源。2020年，中國已將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)納入新基建范疇，商業(yè)航天公司也紛紛開展自己的太空計(jì)劃。2022年3月5日，中國商業(yè)航天公司銀河航天02批批產(chǎn)衛(wèi)星、中國首次批量研制的6顆低軌寬帶通信衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，并實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)首例V頻段低軌衛(wèi)星測控?cái)?shù)傳，這次成功發(fā)射對于推動(dòng)中國商業(yè)低軌衛(wèi)星通信遙感一體化技術(shù)發(fā)展具有積極意義。本次任務(wù)中，由NI聯(lián)合上海眾執(zhí)芯信息科技有限公司（以下簡稱“眾執(zhí)芯”）提供的測控?cái)?shù)傳軟硬件一體化解決方案有效保障了銀河航天的V頻段測控?cái)?shù)傳任務(wù)。

銀河航天信關(guān)站

“傳統(tǒng)上，衛(wèi)星測控與通信業(yè)務(wù)是獨(dú)立實(shí)施的。通常，采用X頻段支持商業(yè)衛(wèi)星的測控，在開展通信業(yè)務(wù)時(shí)需要有一個(gè)X頻段測控站提供服務(wù)，無論在運(yùn)營成本或?qū)崟r(shí)性方面都不是最佳的工作模式。” 銀河航天測運(yùn)控負(fù)責(zé)人李晶表示：“隨業(yè)務(wù)通道開展測控工作是航天測控領(lǐng)域的發(fā)展趨勢之一，既有利于為通信業(yè)務(wù)提供實(shí)時(shí)的測控支持、又降低了系統(tǒng)運(yùn)行成本。銀河航天02批衛(wèi)星測控通信系統(tǒng)成功地突破了大頻偏、高動(dòng)態(tài)同步解調(diào)技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了V頻段隨路測控?cái)?shù)傳功能，建設(shè)了國內(nèi)首個(gè)V頻段隨路測控?cái)?shù)傳系統(tǒng)，開創(chuàng)了低軌寬帶衛(wèi)星星座的運(yùn)行管理新模式。”

衛(wèi)星在軌測試的突圍嘗試：NI通用化儀器

低軌衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，但測試也愈發(fā)具有挑戰(zhàn)性，例如，數(shù)字孿生在低軌衛(wèi)星通信領(lǐng)域的應(yīng)用、衛(wèi)星批產(chǎn)自動(dòng)化測試、從研制到在軌運(yùn)行的完整生命周期的測試等始終是行業(yè)痛點(diǎn)。

正如NI亞太區(qū)商業(yè)航天負(fù)責(zé)人劉金龍所說：“低軌衛(wèi)星通信星座的發(fā)展也在改變衛(wèi)星的在軌測控與運(yùn)行，新型低軌衛(wèi)星集成了諸多的前沿技術(shù)，如通信基帶處理技術(shù)、數(shù)字波束形成(DBF)等，使得衛(wèi)星在軌的可重配置能力大大增強(qiáng)，要求在有限的星地連接時(shí)間內(nèi)，更自動(dòng)、更靈活的進(jìn)行在軌的測試、控制與數(shù)據(jù)傳輸。通用設(shè)備平臺將發(fā)揮其靈活、開放的優(yōu)勢，助力衛(wèi)星技術(shù)的迭代創(chuàng)新，并加速測控與在軌運(yùn)行融合的探索?！?/p>

NI創(chuàng)新性地將通用化儀器設(shè)備用于在軌射頻測試，這是對硬件、軟件帶來極大的挑戰(zhàn)，但同時(shí)是未來實(shí)現(xiàn)設(shè)備“測運(yùn)維一體化”、“一卡多用”的重要嘗試。

NI衛(wèi)星在軌測控與高速數(shù)傳解決方案

NI衛(wèi)星在軌測控與高速數(shù)傳系統(tǒng)亮點(diǎn)：

●   為抑制大多普勒偏差，NI工程師改進(jìn)頻偏捕獲算法成功在數(shù)兆赫茲偏差范圍內(nèi)鎖定射頻信號。

●   為克服低軌高動(dòng)態(tài)場景，依靠NI信號處理板卡強(qiáng)大運(yùn)算能力，采用粗搜細(xì)捕，環(huán)路跟蹤等多種算法并舉，使得NI 在軌測控設(shè)備在靈敏度、通信時(shí)長等指標(biāo)好過預(yù)期。

●   通用軟件無線電設(shè)備，結(jié)合先進(jìn)信號處理，真正實(shí)現(xiàn)“一卡多用”，提高設(shè)備利用率。

創(chuàng)新性無人值守站控平臺的“軟”壁壘

此次任務(wù)中，由NI和眾執(zhí)芯共同提供的測控?cái)?shù)傳軟硬件一體化解決方案，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了桌面測試和在軌測試雙項(xiàng)測試目標(biāo)。在雙方合作開發(fā)的無人值守站控平臺的支持下，測控?cái)?shù)傳基帶能夠與銀河測運(yùn)控遠(yuǎn)端平臺進(jìn)行無縫的遙測、遙控?cái)?shù)據(jù)交互、遠(yuǎn)程對測控?cái)?shù)傳基帶進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視和參數(shù)配置，有效保障了任務(wù)的圓滿成功。該無人值守站控平臺包括眾執(zhí)芯的一套站控軟件、銀河航天遠(yuǎn)端控制單元、NI測控與數(shù)傳基帶系統(tǒng)。

在該無人值守站控平臺中，眾執(zhí)芯的站控軟件作為核心的一環(huán)，具有諸多亮點(diǎn)：

●   基于自研開發(fā)框架，可有效應(yīng)對建站初期不斷變化的復(fù)雜需求，具備可擴(kuò)展性、可伸縮性等優(yōu)點(diǎn)

●   與NI測控與數(shù)傳基帶系統(tǒng)高效匹配與融合，增強(qiáng)站內(nèi)系統(tǒng)的運(yùn)行效率與性能

●   具備一套開放式通用化接口，可快速對接銀河航天遠(yuǎn)端控制單元

●   7*24小時(shí)無人值守自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，完成各分系統(tǒng)狀態(tài)、數(shù)據(jù)信息及工作參數(shù)的監(jiān)視，完成對分系統(tǒng)的工作參數(shù)及設(shè)備配置的遠(yuǎn)控功能，可視化地完成遠(yuǎn)控單元下發(fā)任務(wù)的計(jì)劃沖突檢驗(yàn)，制定、分配和實(shí)施工作。

眾執(zhí)芯總經(jīng)理兼衛(wèi)星融合通信事業(yè)部負(fù)責(zé)人王浩文表示：“此次發(fā)射任務(wù)的保障過程中，眾執(zhí)芯與NI工程師優(yōu)化改進(jìn)了遙測鏈路、數(shù)傳鏈路等信號同步算法，以應(yīng)對高動(dòng)態(tài)、大多普勒頻偏的挑戰(zhàn)，配合銀河航天完成在軌測試任務(wù)。這是首次采用通用軟件無線電設(shè)備，結(jié)合先進(jìn)的信號處理算法，實(shí)現(xiàn)“一卡多用”。隨著此次任務(wù)的成功，我們也開啟了地面測試到在軌測試的新征程，是邁向裝備“測運(yùn)維一體化”的堅(jiān)強(qiáng)一步?！?/p>

衛(wèi)星在軌測控與高速數(shù)傳地面站無人值守平臺

作為商業(yè)航天領(lǐng)域的佼佼者，銀河航天在低成本通信載荷、衛(wèi)星平臺、地面通信系統(tǒng)以及衛(wèi)星測試驗(yàn)證等方面構(gòu)建了核心能力。早在2020 年1 月16 日，銀河航天就成功發(fā)射首發(fā)星，該衛(wèi)星是中國通信能力最強(qiáng)的低軌寬帶通信衛(wèi)星。銀河航天已經(jīng)展開了一系列關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證、完成國內(nèi)首次低軌寬帶通信衛(wèi)星的小規(guī)模量產(chǎn)，積累了大量的測試數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)更多低軌衛(wèi)星測試打下了良好的基礎(chǔ)。

與傳統(tǒng)高軌同步軌道衛(wèi)星相比，低軌衛(wèi)星建設(shè)成本更低，且有傳輸時(shí)延小、鏈路損耗低、發(fā)射靈活、應(yīng)用場景豐富的優(yōu)勢。地球近地軌道可容納約6萬顆衛(wèi)星，預(yù)計(jì)到2029年，地球近地軌道將部署總計(jì)約57000顆低軌衛(wèi)星。低軌衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)已成為全球競爭的新藍(lán)海，中國低軌衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)厚積薄發(fā)。

低軌星座通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、衛(wèi)星研制核心能力、低成本衛(wèi)星量產(chǎn)能力是當(dāng)前中國商業(yè)航天公司需要構(gòu)建的核心技術(shù)壁壘。NI在航空航天行業(yè)深耕超過40年，與眾多科研機(jī)構(gòu)及商業(yè)航天公司均有合作。未來，NI與合作伙伴將在從低軌星座通信體制研發(fā)、衛(wèi)星設(shè)計(jì)研制、地面測試與在軌測運(yùn)控管理、以及地面終端在各行業(yè)的應(yīng)用的商業(yè)閉環(huán)中發(fā)揮積極作用。