[發明專利]近地遙感衛星自適應可變編碼調制數據傳輸系統及方法

有效

• 申請號: 201811162543.8
• 申請日: 2018-09-30
• 公開（公告）號: CN109379167B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 張莎莎;曹海翊;張新偉;劉希剛;姚鑫雨;毛一嵐;趙晨光;元勇;張雨;任放;邸劍鋒;靳凡
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04B7/185
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

近地遙感衛星自適應可變編碼調制數據傳輸系統及方法，屬于衛星總體設計領域。本發明提供了一種基于DVB?S2協議的可變編碼調制數據傳輸系統及方法，充分利用近地遙感衛星數據傳輸的鏈路資源，采用可變編碼調制(VCM)體制，充分利用系統鏈路余量，提高衛星星地數據傳輸效能；利用DVB?S2協議，在滿足誤碼率和鏈路余量的條件下，選擇最優的編碼調制方式，使得單位時間內所傳輸的有效信息量最大。本發明提出的方法可以最大限度地適應由于近地遙感衛星的軌道變化所帶來的不斷變化的信道條件和信道容量，在有限的頻譜資源上傳輸更多的數據信息，十分適合應用于近地遙感衛星對地數據傳輸。

技術領域

本發明涉及近地遙感衛星自適應可變編碼調制數據傳輸系統及方法，屬于衛星總體設計領域。

背景技術

近年來，隨著我國遙感技術的發展，各類型載荷的技術飛躍和空間應用為遙感衛星對地觀測任務的實現奠定了基礎。在高分辨率對地觀測任務中，衛星載荷會產生海量的觀測數據，這些數據需要通過星-地數傳鏈路傳輸回地面站。執行對地觀測任務的低軌遙感衛星，大多采用太陽同步軌道，通常每天過境圈數僅約15圈，每圈過境的時間也非常短，僅約7～10min，這就決定了能用于進行星-地數據傳輸的時間很短，因此，需要不斷的提高下行數傳鏈路的傳輸速率，才能滿足日益增長的海量載荷數據的傳輸需求。

目前，我國遙感衛星普遍采用X頻段進行星地數據傳輸，常用的調制方式為QPSK，調制速率約150～450Mbps。為滿足遙感衛星對數據傳輸能力的需求，衛星數傳鏈路設計主要從兩個方面進行技術改進：一方面向提升傳統X頻段帶寬利用率方向發展，如X頻段雙圓極化復用技術，通過利用不同極化的正交特性，將2路不同數據在同一頻帶內分隔開來，從而將帶寬內的通信容量提升一倍，這種方式已在2012年發射的資源三號衛星上得到了在軌驗證，達到國際領先水平，且被后續的遙感衛星普遍采用；再如采用更高階的調制方式，同時配合LDPC等具有高編碼增益的信道編碼，可在帶寬不變的情況下傳輸更高的碼速率。這些方式的優點是地面站X頻段接收技術成熟，但局限之處依然在于X頻段帶寬十分有限。另一方面向新的、更高的工作頻段拓展，如Ka頻段，相比于X頻段的375MHz帶寬，Ka頻段可達到1.5GHz以上的帶寬，這使其在遙感衛星對地數傳的應用上具有顯著優勢，但將地面站改造成為Ka波段需要投入大量的經費和時間成本。綜上，研究通過新型數傳體制以進一步提高X頻段數傳鏈路的傳輸效能十分必要。

在傳統低軌遙感衛星數據傳輸系統設計中，為了保證鏈路可用度，往往按照最差的信道條件來設計系統，即在最大的傳播距離損耗和雨天時最低仰角的降雨衰減情況下，鏈路余量仍需要滿足不小于3dB的要求。依此條件確定了調制編碼方式、碼速率、發射EIRP等傳輸體制和參數后，在任務過程中這些設置往往是恒定不變的，即數據傳輸系統采取的是固定編碼調制體制(constant coding modulation，CCM)。根據低軌遙感衛星的軌道特點，在衛星單次對地面站傳輸的過程中，地面站的接收仰角先增大再減少，對應的傳輸距離先減小再增大。當接收仰角最大時，傳輸距離最小，信號空間衰減、大氣損耗、雨衰等也最小。因此，CCM的傳輸體制雖然實現簡單，但是信道條件由差變好時，仍然按照信道條件最壞時的方式來進行數據傳輸，就極大的浪費了寶貴的鏈路資源。

以一顆軌道高度為505km的某遙感衛星為例，星地最遠傳輸距離為2090km，若考慮在一軌傳輸過程中由于仰角和距離變化產生的系統余量，單次傳輸過程中，由于空間衰減、雨衰等減小帶來的鏈路余量的波動可高達約15dB，如圖1所示(圖中曲線中的拐點是由于雨衰參數分段選取造成的)，即隨著地面站天線接收仰角的增大，相應的鏈路余量也不斷增大。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種基于DVB-S2協議的可變編碼調制數據傳輸方案，可以應用于近地遙感衛星的星地數據傳輸系統，充分利用了近地遙感衛星系統星地數據傳輸鏈路余量，提高了數據傳輸效能。

本發明的技術解決方案是：近地遙感衛星自適應可變編碼調制數據傳輸系統，包括衛星系統和地面系統；