低軌衛(wèi)星產業(yè)成新藍海，NI聯(lián)合眾執(zhí)芯提供測控數(shù)傳新思路

引言：低軌衛(wèi)星發(fā)展已全面進入競爭提速期，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劃。2022年3月5日，中國商業(yè)航天公司銀河航天02批批產衛(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，并實現(xiàn)了國內首例V頻段低軌衛(wèi)星測控數(shù)傳，這次成功發(fā)射對于推動中國商業(yè)低軌衛(wèi)星通信遙感一體化技術發(fā)展具有積極意義。本次任務中，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”）提供的測控數(shù)傳軟硬件一體化解決方案有效保障了銀河航天的V頻段測控數(shù)傳任務。

銀河航天信關站

“傳統(tǒng)上，衛(wèi)星測控與通信業(yè)務是獨立實施的。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)務時需要有一個X頻段測控站提供服務，無論在運營成本或實時性方面都不是最佳的工作模式?！便y河航天測運控負責人李晶表示：“隨業(yè)務通道開展測控工作是航天測控領域的發(fā)展趨勢之一，既有利于為通信業(yè)務提供實時的測控支持、又降低了系統(tǒng)運行成本。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、高動態(tài)同步解調技術，首次實現(xiàn)了V頻段隨路測控數(shù)傳功能，建設了國內首個V頻段隨路測控數(shù)傳系統(tǒng)，開創(chuàng)了低軌寬帶衛(wèi)星星座的運行管理新模式。”

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)星通信領域的應用、衛(wèi)星批產自動化測試、從研制到在軌運行的完整生命周期的測試等始終是行業(yè)痛點。

正如NI亞太區(qū)商業(yè)航天負責人劉金龍所說：“低軌衛(wèi)星通信星座的發(fā)展也在改變衛(wèi)星的在軌測控與運行，新型低軌衛(wèi)星集成了諸多的前沿技術，如通信基帶處理技術、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，要求在有限的星地連接時間內，更自動、更靈活的進行在軌的測試、控制與數(shù)據(jù)傳輸。通用設備平臺將發(fā)揮其靈活、開放的優(yōu)勢，助力衛(wèi)星技術的迭代創(chuàng)新，并加速測控與在軌運行融合的探索。”

NI創(chuàng)新性地將通用化儀器設備用于在軌射頻測試，這是對硬件、軟件帶來極大的挑戰(zhàn)，但同時是未來實現(xiàn)設備“測運維一體化”、“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：

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

l為克服低軌高動態(tài)場景，依靠NI信號處理板卡強大運算能力，采用粗搜細捕，環(huán)路跟蹤等多種算法并舉，使得NI 在軌測控設備在靈敏度、通信時長等指標好過預期。

l通用軟件無線電設備，結合先進信號處理，真正實現(xiàn)“一卡多用”，提高設備利用率。

創(chuàng)新性無人值守站控平臺的“軟”壁壘

此次任務中，由NI和眾執(zhí)芯共同提供的測控數(shù)傳軟硬件一體化解決方案，同時實現(xiàn)了桌面測試和在軌測試雙項測試目標。在雙方合作開發(fā)的無人值守站控平臺的支持下，測控數(shù)傳基帶能夠與銀河測運控遠端平臺進行無縫的遙測、遙控數(shù)據(jù)交互、遠程對測控數(shù)傳基帶進行狀態(tài)監(jiān)視和參數(shù)配置，有效保障了任務的圓滿成功。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：

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

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

具備一套開放式通用化接口，可快速對接銀河航天遠端控制單元

7*24小時無人值守自動運行狀態(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)及設備配置的遠控功能，可視化地完成遠控單元下發(fā)任務的計劃沖突檢驗，制定、分配和實施工作。

眾執(zhí)芯總經理兼衛(wèi)星融合通信事業(yè)部負責人王浩文表示：“此次發(fā)射任務的保障過程中，眾執(zhí)芯與NI工程師優(yōu)化改進了遙測鏈路、數(shù)傳鏈路等信號同步算法，以應對高動態(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。這是首次采用通用軟件無線電設備，結合先進的信號處理算法，實現(xiàn)“一卡多用”。隨著此次任務的成功，我們也開啟了地面測試到在軌測試的新征程，是邁向裝備“測運維一體化”的堅強一步?！?br />

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)星測試驗證等方面構建了核心能力。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的低軌寬帶通信衛(wèi)星。銀河航天已經展開了一系列關鍵技術驗證、完成國內首次低軌寬帶通信衛(wèi)星的小規(guī)模量產，積累了大量的測試數(shù)據(jù)與經驗，為后續(xù)更多低軌衛(wèi)星測試打下了良好的基礎。

與傳統(tǒng)高軌同步軌道衛(wèi)星相比，低軌衛(wèi)星建設成本更低，且有傳輸時延小、鏈路損耗低、發(fā)射靈活、應用場景豐富的優(yōu)勢。地球近地軌道可容納約6萬顆衛(wèi)星，預計到2029年，地球近地軌道將部署總計約57000顆低軌衛(wèi)星。低軌衛(wèi)星產業(yè)已成為全球競爭的新藍海，中國低軌衛(wèi)星產業(yè)厚積薄發(fā)。

低軌星座通信系統(tǒng)設計、衛(wèi)星研制核心能力、低成本衛(wèi)星量產能力是當前中國商業(yè)航天公司需要構建的核心技術壁壘。NI在航空航天行業(yè)深耕超過40年，與眾多科研機構及商業(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)星設計研制、地面測試與在軌測運控管理、以及地面終端在各行業(yè)的應用的商業(yè)閉環(huán)中發(fā)揮積極作用。