高軌海事衛星與低軌遙感衛星的星間鏈路業務展望

周 馨，張永超

（中國交通通信信息中心，北京 100094）

高軌海事衛星與低軌遙感衛星的星間鏈路業務展望

周 馨，張永超

（中國交通通信信息中心，北京 100094）

通過開發輕小型智能化的衛星終端，建立起高軌道海事衛星與低軌道遙感衛星之間的雙向數據鏈路，可以大幅度提高低軌道遙感衛星的在軌管理運行效率，縮短應急減災等快速響應遙感數據回傳的滯后時間，具有廣泛的商業化應用前景。

海事衛星；遙感衛星；雙向鏈路；衛星終端

1 引言

現有大多數低軌道遙感衛星沒有星間鏈路，與高軌道衛星之間也沒有星間鏈路，只能和地面站在過頂可視區域內進行通信和數據傳輸。由于低軌道衛星圍繞地球高速運動，地面站和地面終端通常只能在10分鐘時間內接收數據。為大幅度提高戰術作戰中士兵對低軌遙感衛星的使用效能，美國DARPA提出的SeeMe計劃[1]，曾經就提出擬采用經過改造的BGAN終端，升級為低軌道衛星通信載荷，使得低軌道衛星與高軌道Immarsat-4衛星建立持續性的雙向星間鏈路（如圖1所示），星間鏈路速率達到492kb/s，以大幅度提高低軌道遙感衛星的應急快速響應能力，實現“點即拍、拍立得”的效果（如圖2所示）。

圖1 高軌道通信衛星與低軌道遙感衛星的星間鏈路示意圖

圖2 美國SeeMe計劃構想的“點即拍、拍立得”示意圖

2 現有海事衛星業務介紹

海事衛星全球各類用戶數量大約60萬，數據業務市場占有率超過75%，手持式的全球市場占有率約15%。

圖3 第四代海事衛星全球覆蓋示意圖

自1979年至今，Inmarsat系統已發展至第五代。第一代模擬體制：始于八十年代早期，采用租賃衛星資源的方式，提供Inmarsat-A系統模擬話音、傳真、數據等業務；第二代數字體制：始于九十年代初期，提供Inmarsat-C系統及Inmarsat-B數字話音、傳真、低速數據等業務；第三代數字電路為主和IP混合體制：始于九十年代末期，提供Inmarsat mini-M/M4/F話音、傳真、ISDN、MPDS（64kb/s-IP）等業務；第四代（其全球覆蓋如圖3所示）：IP為主和數字電路混合體制，始于2005年，提供Inmarsat-BGAN/FB/SB/SPS/GSPS電路交換業務、IP數據交換業務（最高到800kb/s）以及手持機業務等；第五代：全IP體制，計劃2014年底，將提供Inmarsat-GX超高速移動寬帶業務（上行5Mb/s，下行50Mb/s）。

中國是Inmarsat成立時的創始成員國之一。我國海事衛星用戶總量約6萬部，其中遠洋海上和航空用戶基本上以使用海事衛星為主，陸上除應急用戶外，大量用戶分布在媒體、石油石化、船舶、航空等方面（如圖4所示）[2]。

圖4 各種終端在不同行業的應用示意圖

3 衛星星間鏈路技術的成功在軌驗證

為了彌補低軌道衛星與地面站的可視時間短的不足，可以通過高軌海事作為中繼衛星，建立衛星之間的雙向鏈路，從而可以使得地面站或者地面移動終端與低軌道衛星持續通信和數據傳輸（如圖5所示）。這種鏈路模式可以大幅度提高衛星的可視時間，利用輕小型的移動終端（不再需要大型的固定地面站），隨時隨地靈活地對低軌道衛星進行指令操控，并且可以隨時隨地接收下傳的遙感數據，從而極大地提高對低軌道衛星的使用效能。

與地面固定、慢速移動以及空中運動所用終端不同，低軌道衛星繞地球高速運動（約7.6km/s），低軌道衛星與高軌道衛星之間存在高速相對運動，需要設計研制專門的衛星終端，設計合理的通信體制，突破快速接入與跟蹤、可靠的鏈路控制技術、靈活的網絡路由技術等。

圖5 地面移動終端與衛星的雙向鏈路示意圖

新加坡的南陽理工大學研制了VELOX-2微納衛星（如圖6所示），于2015年12月16日成功發射入軌。這顆衛星重約9kg，運行軌道約550km，軌道傾角約15度，軌道周期約96分鐘[3]。

圖6 VELOX-2微納衛星及在軌飛行示意圖

這顆衛星的主載荷為新加坡AddValue技術公司研制的高性能星間鏈路終端系統，搭載了互為備份的2臺終端，經過1年多的在軌測試，充分驗證了其技術可行性和可靠性[4]，可以7天24小時提供高可靠的2路IP鏈路BGAN服務。在軌驗證的成功，為技術推廣商業化應用服務打下了堅實基礎。AddValue技術公司與Immarsat公司簽訂了協議，將共同開發后續的市場，開辟新的業務領域[5]。

4 結束語

低軌道衛星與海事衛星的雙向數據中繼鏈路衛星終端的成功在軌技術驗證，將開辟海事衛星新的商業化業務領域，為低軌道衛星的在軌無間斷可靠運營及數據持續實時回傳提供了新的解決途徑，尤其在應急減災和快速響應方面具有極大的應用前景。具體的業務服務模式還需要進一步開發，期待衛星數據鏈路服務早日得到實際應用。

[1] www.darpa.mil/program/space-enabled-effects-for-military-engagements

[2] http://www.bjmcn.com/index.html

[3] https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/content/-/article/velox-2

[4] "Addvalue's Inter-Satellite Data Relay Terminal completes one year of inorbit testing," Addvalue Technologies Ltd, Press Release, Dec. 20, 2016,URL: http://www.addvaluetech.com/misc/AVT_PR-One_Year_of_IDRS_Testing_20Dec16.pdf

[5] "Addvalue and Inmarsat sign MoU to provide on-demand communications links to enhance LEO satellite operations," Addvalue News Release,Feb. 2, 2017, URL: http://www.addvaluetech.com/misc/AVT-PR_Addvalue_and_Inmarsat_signed_MOU_020217.pdf

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.08.014

TN927文獻標示碼：A

1672-7274（2017）08-0035-03