一顆衛(wèi)星在上天之前都經(jīng)歷了什么

航天業(yè)正在面臨自最初的太空競賽以來最激烈的競爭，許多公司都在加速發(fā)展太空探索能力，希望在抵抗新風(fēng)險的同時，實現(xiàn)更大規(guī)模和更低成本。

無論是高通量衛(wèi)星(HTS) 微波有效載荷，還是遙測、跟蹤和控制(TT&C)，每一顆衛(wèi)星及其子系統(tǒng)都要經(jīng)過及其嚴(yán)格的測試與驗證，才能確保在執(zhí)行任務(wù)期間，始終如一地正常運行。

今天小編帶大家了解一下，一顆衛(wèi)星在它上天之前，都經(jīng)歷了什么？

一、設(shè)計和仿真

通過仿真確保

從規(guī)劃到運營一帆風(fēng)順

衛(wèi)星任務(wù)需要克服一系列特殊的鏈路預(yù)算障礙。這些障礙包括多普勒頻移、大氣畸變、時延、極端溫度波動、大功率電平驅(qū)使放大器進(jìn)入到非線性區(qū)域，以及太空環(huán)境極其惡劣的條件。衛(wèi)星任務(wù)必須一次成功，否則就是失敗。在這樣瞬息萬變的環(huán)境下對衛(wèi)星通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字建模，可縮短設(shè)計時間并加快制造速度，同時增加任務(wù)的成功率并降低生產(chǎn)成本。

軌道與通信生命周期仿真

您可以將Keysight PathWave系統(tǒng)設(shè)計軟件(SystemVue)的電子系統(tǒng)級(ESL)設(shè)計工具與AGI的系統(tǒng)工具套件(STK)軟件集成在一起，以便工程師在瞬息萬變的空間環(huán)境中精確地仿真和驗證信號。

PathWave系統(tǒng)設(shè)計軟件使用

從STK導(dǎo)入的信道動力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真

二、設(shè)計優(yōu)化

通過硬件半實物測試

加速創(chuàng)新

新一代衛(wèi)星星座支持高容量、低時延的網(wǎng)絡(luò)。這樣的網(wǎng)絡(luò)將需要更高頻率和更大帶寬，以便在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)不間斷的連接。在做完系統(tǒng)仿真之后，通過硬件半實物測試，加速您的設(shè)計進(jìn)程。這個時候，需要使用測試設(shè)備的輔助在半實物(HIL)測試期間完成從數(shù)字模型到硬件模型的轉(zhuǎn)化。

PathWave系統(tǒng)設(shè)計軟件的快速開發(fā)周期

定制調(diào)制分析

航空航天、國防和衛(wèi)星通信中采用的新型專有調(diào)制格式定義了具有獨特幾何形狀甚至非對稱形式的信號。新發(fā)射機必須通過調(diào)制質(zhì)量、增益和平坦度等測量來徹底進(jìn)行表征。

使用89600 VSA 作為參考接收機來計算誤差矢量幅度 (EVM)、頻率誤差等參數(shù)，在符號比特和 IQ 或時域之間使用耦合標(biāo)記，以評估解調(diào)后的比特。

使用VSA執(zhí)行定制IQ調(diào)制分析

用于衛(wèi)星測試的寬帶信號分析

諸如Ka、V 和 W頻段HTS系統(tǒng)之類的寬帶通信應(yīng)用支持高數(shù)據(jù)速率。表征這類應(yīng)用中采用的放大器可能會遇到獨特的困難。EVM、噪聲功率比(NPR)、增益壓縮和相位失真等指標(biāo)可以很好地指示元器件在系統(tǒng)中的性能。在工作功率和溫度范圍內(nèi)評測這些結(jié)果可以讓您更深入地了解放大器的性能。該解決方案以適中的價格提供高動態(tài)范圍的寬帶信號分析能力。

寬帶信號分析測試

深入了解相位噪聲

通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，無論是彎管式還是數(shù)字再生式，都會給接收到的信號帶來少量的噪聲。衛(wèi)星收發(fā)信機在頻率轉(zhuǎn)換階段會將本地振蕩器的相位噪聲轉(zhuǎn)移到混頻器的輸出信號上，這會降低信噪比并增加比特誤碼率(BER)。因此，在接收小功率信號時，相位噪聲是非常重要的參數(shù)。

N5511A 相位噪聲測試系統(tǒng)。

50kHz至40GHz

調(diào)制失真應(yīng)用

在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，大功率放大器和低噪聲放大器是傳輸鏈向天線提供所需功率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了盡量提高效率，行波管放大器(TWTA)和固態(tài)功率放大器等大功率放大器通常會被驅(qū)動至接近飽和功率，尤其是在軌道衛(wèi)星中。在將這些器件驅(qū)動至高功率電平時，器件會出現(xiàn)非線性特性導(dǎo)致調(diào)制信號失真，因而有無法識別的風(fēng)險。功率放大器(PA)的非線性響應(yīng)會直接影響解調(diào)中的BER。除了信道中的BER較差之外，非線性特性造成的頻譜再生還會在相鄰信道中產(chǎn)生不必要的功率，導(dǎo)致無法進(jìn)行載波聚合。因此，了解射頻鏈路的線性特性對于確保衛(wèi)星通信的質(zhì)量非常關(guān)鍵。

三、系統(tǒng)集成和仿真

測試整個通信系統(tǒng)

地球靜止軌道(GEO) HTS 衛(wèi)星系統(tǒng)和新太空低地球軌道(LEO)星座的商業(yè)潮流給元器件和系統(tǒng)級衛(wèi)星測試帶來了新的挑戰(zhàn)。為了利用衛(wèi)星中的更高頻率和更大帶寬，我們需要進(jìn)行更復(fù)雜的測試和表征，才能確保元器件和系統(tǒng)滿足苛刻的太空要求。衛(wèi)星元器件和系統(tǒng)的設(shè)計、驗證和制造離不開各種測試場景，對于這些測試場景而言，頻譜分析和信號生成是構(gòu)成強大測試系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

KeysightM9384B

和M9383BVXG微波信號發(fā)生器

衛(wèi)星運營商目前面臨的一項挑戰(zhàn)是如何在可用頻譜帶寬內(nèi)以更高的速度向更多用戶傳輸更多數(shù)據(jù)。為了克服這一挑戰(zhàn)，運營商采用了高階正交頻分復(fù)用(OFDM)和更復(fù)雜的調(diào)制技術(shù)。隨著調(diào)制變得更加復(fù)雜，在時域或頻域中查看波形并診斷信號質(zhì)量問題也變得越來越困難。因此，調(diào)制精度測量是在系統(tǒng)級表征數(shù)字調(diào)制信號的最佳選擇。借助PathWave矢量信號分析(89600 VSA)軟件，您可以測量超過 75 種信號標(biāo)準(zhǔn)和調(diào)制類型，包括衛(wèi)星通信。

是德科技產(chǎn)品支持您生成和分析直接廣播衛(wèi)星系統(tǒng)中常用的視頻信號。這些信號包括DVB-S/S2/S2X，以及從直流到 V 頻段和其他頻段的標(biāo)準(zhǔn)或定制通信信號，例如定制IQ、OFDM 和 5G 信號。這些工具是測試整個衛(wèi)星系統(tǒng)所必需的。您可以使用同一產(chǎn)品執(zhí)行數(shù)字系統(tǒng)驗證，從而調(diào)試廣泛的信號，無論是控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)總線上的傳感器數(shù)據(jù)，還是數(shù)字信道化或再生衛(wèi)星中的尖端、LVDS或SpaceWire/SpaceFibre信令。

KeysightPathWaveVSA(89600)

定制IQ分析軟件

在發(fā)射之前測試衛(wèi)星系統(tǒng)的功能性能

衛(wèi)星、航空航天和機載無線電設(shè)備必須滿足嚴(yán)格的可靠性要求。這些通信鏈路一旦發(fā)生故障，可能會丟失性命攸關(guān)的數(shù)據(jù)。測試條件需要盡量模仿這些無線電設(shè)備的運行環(huán)境，不僅在鏈路級別，也包括多鏈路網(wǎng)絡(luò)級別。

PROPSIM 衛(wèi)星信道仿真解決方案可以在實驗室創(chuàng)建針對當(dāng)前和未來的衛(wèi)星與航空通信系統(tǒng)的逼真測試條件。創(chuàng)建動態(tài)場景并對整個衛(wèi)星網(wǎng)格星座進(jìn)行建模，可以將測試標(biāo)準(zhǔn)推向其軌道高度。

?

在實驗室仿真極端的射頻傳播信道條件：

-大時延多普勒

- 可變時延

- 多徑

-路徑損耗和雨衰

使用 PROPSIM 在開發(fā)過程的早期發(fā)現(xiàn)并解決問題，從而縮短研發(fā)周期。

KeysightPROPSIM衛(wèi)星信道仿真器

四、生產(chǎn)

可靠的制造流程

在衛(wèi)星部署之后，對在軌航天和衛(wèi)星器件進(jìn)行維修不僅成本高昂，而且非常困難，實際上不太可能實現(xiàn)。因此，在整個生產(chǎn)過程中（尤其是在生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大時）維持最高的質(zhì)量水平至關(guān)重要。

建立與生產(chǎn)速度相匹配的生產(chǎn)流程以及測試流程，都是生產(chǎn)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。

五、環(huán)境測試

熱真空艙測試

航天應(yīng)用中使用的設(shè)備經(jīng)過了嚴(yán)格的環(huán)境測試，證明其可以在極端的發(fā)射和太空條件下生存。精確地仿真太空的極端環(huán)境條件需要在熱真空(TVAC)艙內(nèi)對衛(wèi)星進(jìn)行測試。測試要全天候運行幾個月的時間。熱真空艙測試通常是進(jìn)行的最終測試，也是最復(fù)雜、成本最高的測試。要想測試獲得成功，通常需要在測試前6到18個月就進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)劃。在熱真空艙中進(jìn)行測試，每天的成本可能就高達(dá)100萬美元，因此必須確保所有測量都準(zhǔn)確無誤。熱真空測試有助于發(fā)現(xiàn)可能存在的問題，例如可能給衛(wèi)星環(huán)境造成污染的設(shè)備或材料排氣、材料過熱導(dǎo)致的設(shè)計缺陷，以及可能在低壓環(huán)境中引起問題的電暈（金屬蒸氣電?。┬?yīng)。

由于衛(wèi)星測試任務(wù)極為繁復(fù)，除了以上介紹的內(nèi)容，衛(wèi)星在發(fā)射之前還要考慮進(jìn)行測試和驗證的內(nèi)容包括：

相控陣天線的測試、太陽能電池陣列仿真、衛(wèi)星功率和數(shù)據(jù)總線測試等等 。

責(zé)任編輯：haq