對我國衛星通信產業技術發展的觀察和思考

+ 西安航天恒星科技實業（集團）公司 副總經理 楊 恪

對我國衛星通信產業技術發展的觀察和思考

+ 西安航天恒星科技實業（集團）公司 副總經理 楊 恪

衛星及其應用產業主要包括衛星制造、發射、運營以及地面設備制造和服務，作為我國戰略性新興產業的重要組成部分，衛星及其應用產業在國民經濟的各個領域發揮著日益重要的作用，并迅速向傳統產業滲透，呈現出較高的成長性和較強的產業融合性。預計到“十二五”末，我國將有上百顆衛星在軌運行，從而形成較完備的應用衛星體系，為衛星應用產業快速發展奠定良好的基礎。可以預期，未來相當長一段時間都將是我國衛星應用的高速發展期，其中衛星通信、衛星導航、衛星遙感則是衛星應用產業的三大支柱。本文結合西安航天恒星科技實業（集團）公司近年來在以上主流方向的業務開展情況，重點分析了我國衛星通信，尤其是移動衛星通信的一些發展思路。

一、衛星寬帶多媒體通信是不可或缺的通信手段

我國衛星通信始于上世紀七十年代，1972年我國首次組建了衛星地球站。上世紀八十和九十年代是我國衛星通信產業的高速發展期，其中VSAT衛星通信的發展尤為快速。從1993年VSAT通信業務向社會開放經營至今，VSAT衛星通信系統以其獨特的方式在我國信息通信領域里扮演著越來越重要的角色，其網絡建設已經遍布全國各地。VSAT專用網絡成為許多大型企業、商業團體、金融機構、新聞單位拓展業務的神經中樞。在公眾電信網絡中，對于遠距離的小容量通信，以及地面蜂窩網或尋呼系統的組網方面，VSAT系統也發揮了重要的作用。

進入21世紀后，國內衛星通信產業曾經歷過一個衰落期，造成這種情況的原因主要來自兩方面：

1）以光纖為主導的地面固定網絡和移動通信網絡的迅猛發展對衛星通信產生很大沖擊，擠壓了衛星通信應用市場；

2）就衛星通信系統本身而言，我國還沒有形成一個完整的涵蓋開發、研制到生產的產業鏈。衛星通信終端尤其是室內單元設備、網管系統基本采用國外產品，衛星通信網絡規模小，用戶量少和業務單一是主要制約因素。

盡管如此，和地面網絡相比，衛星通信仍有自己無可比擬的優勢，這些優勢可以歸納為：

1）不受地域限制，覆蓋面積大，服務范圍廣；

2）網絡建設速度快，成本相對較低；

3）網絡路由簡潔，抗毀性強，適合應急和軍事通信使用。

因此，衛星通信作為地面通信的補充和備份，仍然是國家信息基礎設施不可缺少的組成部分，有著地面通信網絡不可替代的作用。隨著近幾年國家各種應急突發事件的頻發，衛星通信在我國又進入了一個相對平穩的發展期。在這種形勢下，衛星通信的寬帶化和移動化，以及對多媒體業務的支持，無疑會更好地支撐衛星通信業務的開展。

二、移動衛星通信面臨更多發展契機

衛星通信中完整的地面站系統有至少一個中心站和若干遠端站，中心站一般是固定站，遠端站可能是固定站，也可能是“靜中通”、“動中通”或便攜站等移動終端。

從地面站配置的衛星調制解調器來看，國內幾乎所有運營商和系統集成商所選用的設備全部來自國外。這些國外廠商主要包括美國的休斯、衛訊、iDirect和ComTech、以色列的吉萊特、德國的諾達。和公共電信網絡不同的是，全球范圍內沒有統一的衛星通信協議標準，主流的衛星調制解調器設備廠商都是各自定義自家的衛星通信協議，一旦中心站選用了某個廠商的衛星調制解調器，其余遠端站也必須配置該廠商的衛星調制解調器，采用不同廠商調制解調器設備的衛星通信網絡無法互聯互通。衛星通信協議標準的不統一和國外廠商的先期進入導致國產衛星調制解調器短期內在民用市場上難以匹敵國外設備，國產衛星調制解調器更多的需求來自軍方市場。

但在移動衛星通信業務方面，國內廠家面臨更多的機遇。陸地部分的移動衛星通信業務對“靜中通”、“動中通”和便攜站仍有持續增長的市場需求，我國在上世紀90年代末已有自行研制的“動中通”移動衛星通信系統，經過十多年的發展，國內的相關院所無論在“動中通”系統的天線自動對星技術還是載體結構方面都取得了長足發展，產品完全能滿足市場需要。移動衛星通信在海洋通信中則有更廣泛的市場，基站信號遠海無法覆蓋，近海島嶼和地區無法無縫覆蓋，國際海事衛星資費昂貴，北斗導航設備只能提供短報文服務，這些都為移動衛星通信在海洋通信中提供了廣闊的市場前景。

衛星通信系統由空間的通信衛星和地面站組成，衛星通信“抗毀性”好主要針對通信衛星不易遭受攻擊而言，而地面站部分也必須考慮站點的機動靈活，特別是中心站采用大口徑天線，通常都為固定站，容易成為攻擊目標，一旦地面中心站被毀，衛星通信的“抗毀性”就無從談起。因此移動衛星通信業務的發展除了常規的“動中通”和便攜站，還需考慮可移動中心站。此外，雙頻“動中通”（同一副天線可工作在兩個不同頻段，通常為Ku和Ka頻段）也是移動衛星通信新的發展方向，雙頻“動中通”支持移動終端訪問不同頻段的衛星轉發器，進一步增強了衛星通信的穩健性。移動衛星通信的這些新概念和新方向為我國的衛星通信設備制造商提供了更多發展契機。

三、移動衛星通信業務促進新型結構地面天線的發展

天線是衛星通信系統中室外單元的主要組成部分，移動衛星通信業務的發展帶動了新型結構天線的研制和生產。以“動中通”為例，早期的“動中通”和目前常規的“動中通”采用窄波束反射面天線并把它安裝在一個三維機械穩定平臺上，靠穩定平臺和伺服系統保證天線波束時時對準衛星，由于采用反射面天線，這種“動中通”體積大，高度高，車載往往超高。較新的“動中通”則采用平板相控陣天線實現二維跟蹤，盡管平板相控陣天線的掃描范圍一般只有120度，但在利用激光陀螺或光纖陀螺等敏感元件并附加精密機械伺服控制系統后，平板相控陣天線能實現有效的全方位跟蹤。而且系統反應速度很快,跟蹤效果更好。

圖1和圖2分別是航天恒星科技實業（集團）公司已研制的0.6米Ku頻段平板“動中通”樣機和0.6米反射面型Ku/Ka雙頻動中通樣機的示意圖。從中可以看出，平板“動中通”的體積和高度都更小。

如前所述，移動衛星通信業務中現已出現對移動型中心站的需求，無論C頻段還是Ku頻段，中心站天線直徑通常都在3.7米以上，而口徑1.8m以上的固面天線重量已經非常大，即使分片包裝，運輸、安裝和拆卸仍然相當復雜。航天恒星科技實業（集團）公司最近提出一種利用傘狀天線構建快速機動型地面站的方案并已研制成功4.2米和6.2米兩種尺寸的傘狀天線，該方案利用了傘狀天線可快速展開收攏、體積更小、重量更輕、收攏后便于隱蔽運輸的特點。傘狀天線最早是作為星載可展開天線來使用的，其反射面由天線肋和反射網組成，美國、歐洲部分國家和以色列的一些衛星上都曾使用到傘狀天線。圖3是航天恒星科技實業（集團）公司4.2米傘天線展開的實物圖，該天線現已投放市場并獲得了用戶訂單。

傘天線是將空間天線技術轉換為地面應用以適應移動衛星通信業務蓬勃發展的成功案例。其成功啟示了研究人員空間技術向地面轉換是加速移動衛星通信業務的一條捷徑，充氣式便攜地面天線是對此的又一良好印證，該天線于2012年3月在華盛頓舉辦的2012美國衛星通信展會上由美國GATR公司正式推出，一經露面就引起了高度關注，被認為是移動衛星通信領域創新力十足的一款產品。充氣天線如圖4所示，它由反射面、球體透波罩、饋源、充氣機、安裝平臺等構成，球體透波罩由柔性薄膜縫合制成，具有強透波性。球體透波罩內部的拋物反射面由薄膜材料縫合粘結形成，薄膜上有導電性金屬薄膜涂層。在用充氣機對透波罩上半部分和下半部分進行充氣后，由兩面壓力差形成內部的拋物反射面。

充氣式便攜天線最大的特點是實現了大口徑天線的便攜化，傳統固面便攜天線的口徑不能大于1米。而GATR公司在2012年3月的這次展會上，展出了直徑為2.4米的充氣地面天線，這種2.4米的天線能用于C、X、Ku和Ka頻段的便攜衛星通信。航天恒星科技實業（集團）公司在2013年年底也研制成功了直徑1.8米的C頻段充氣式便攜天線，在研制過程中，我們也深刻體會到，星載天線技術向地面應用轉化的過程中，并非簡單的原樣復制，也需要解決地面應用過程中產生的新問題，例如充氣式地面天線不考慮星載充氣天線所要求的材料硬化過程和抗輻射能力，但必須保證球體罩和內部反射面材料的氣密性，這需要專門的裁剪和粘接工藝來保障。

四、結語

衛星通信是衛星應用產業的主打方向之一，也是航天商業化的熱點領域。隨著國家加大和加快對戰略性新興產業的培育，我國衛星通信設備的自主研發能力和產品技術更新能力正在日益提升，在移動衛星通信領域，這種提升趨勢尤為明顯。盡管目前我們和國際先進的衛星通信設備制造上還有一定的差距，但借助我國航天科技多年的技術積累，在傳統的衛星通信業務領域迎頭趕上，在一些新的業務領域或技術方向上實施超越指日可待，星地一體的自主化衛星通信系統對于保障國家安全，促進國民經濟的健康發展無疑將發揮巨大作用。