MBTT天線對衛(wèi)星通信測試的應(yīng)用

可重新配置的天線可以在與軍事和商業(yè)應(yīng)用相關(guān)的多個無線電頻段上發(fā)送和接收信號。

保護多頻段測試終端的天線罩 - 麻省理工學(xué)院林肯實驗室大樓屋頂上的大型天線 - 在夜間亮起。

在麻省理工學(xué)院林肯實驗室大樓的屋頂上，有一個38英尺寬的圓頂形無線電天線外殼或天線罩。在不受新英格蘭天氣影響的氣候控制環(huán)境中，鋼結(jié)構(gòu)支撐著20，000磅，直徑20英尺的衛(wèi)星通信（SATCOM）天線。天線 - 稱為多頻段測試終端（MBTT） - 每秒可以旋轉(zhuǎn)15度，在24秒內(nèi)完成一圈。在這個速度下，MBTT可以探測和跟蹤中低地球軌道上的衛(wèi)星（中低是指衛(wèi)星繞地球運行的高度）。在2017年安裝MBTT之前，實驗室依靠各種較小的天線進行SATCOM測試，包括空中Ka波段測試終端或OTAKaTT。與直徑近八英尺的OTAKaTT天線相比，MBTT的靈敏度提高了七倍。與其前身不同，MBTT，顧名思義，旨在輕松重新配置，以支持用于軍事和商業(yè)衛(wèi)星衛(wèi)星通信系統(tǒng)的多個射頻（RF）頻段。

“作為比OTAKaTT更大，更強大，更靈活的測試資產(chǎn)，MBTT是實現(xiàn)先進衛(wèi)星通信技術(shù)開發(fā)的游戲規(guī)則改變者，”林肯實驗室高級衛(wèi)星通信系統(tǒng)和運營小組的技術(shù)人員Brian Wolf說。

沃爾夫參與了2017年MBTT的安裝和初始調(diào)試。然后，他領(lǐng)導(dǎo)MBTT通過了美國陸軍太空和導(dǎo)彈防御司令部的嚴格認證過程，該認證程序于2019年完成，證明天線的發(fā)射和接收性能足以使其在寬帶全球衛(wèi)星通信（WGS）系統(tǒng)上運行。WGS由美國國防部（DoD）擁有和運營的10顆衛(wèi)星組成，在地球上的各個點之間提供高數(shù)據(jù)速率的連接。自 2019 年以來，沃爾夫一直擔任擁有 MBTT 的項目的首席研究員，支持美國太空部隊受保護的抗干擾戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信 （PATS） 能力的發(fā)展。

多頻段測試終端（MBTT）和受保護的抗干擾戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信（PATS）開發(fā)團隊聚集在MBTT天線罩內(nèi)。 “PATS正在開發(fā)通過WGS以及商用轉(zhuǎn)發(fā)器衛(wèi)星和具有專用機載PTW處理的新型衛(wèi)星提供受保護戰(zhàn)術(shù)波形（PTW）服務(wù)的能力，”沃爾夫說。 正如 Wolf 所解釋的那樣，波形是兩個調(diào)制解調(diào)器通信時在它們之間傳輸?shù)男盘?，?PTW 是一種特殊的波形，旨在提供高度安全、抗干擾的通信。干擾是指通信信號受到干擾時——無論是友軍意外干擾（例如，友軍可能配置錯了他們的衛(wèi)星通信設(shè)備并以錯誤的頻率傳輸），還是對手故意阻止通信。林肯實驗室于2011年開始開發(fā)PTW，為最初的設(shè)計和系統(tǒng)架構(gòu)做出了貢獻。在此后的幾年中，該實驗室參與了原型設(shè)計和測試工作，以幫助行業(yè)成熟的調(diào)制解調(diào)器來處理波形。

工作人員最初將MBTT設(shè)想為PTW的測試資產(chǎn)。在實驗室內(nèi)，MBTT的正下方是一個PTW開發(fā)實驗室，研究人員可以直接連接到天線進行PTW測試。

PTW的設(shè)計目標之一是靈活地在與衛(wèi)星通信相關(guān)的各種RF頻段上運行。這意味著研究人員需要一種方法來測試這些頻段上的PTW。MBTT旨在支持SATCOM的四個常用頻段，其頻率范圍從7 GHz到46 GHz：X，Ku，Ka和Q。但是，MBTT將來可以通過設(shè)計額外的天線饋電（將天線連接到RF發(fā)射器和接收器的設(shè)備）進行調(diào)整以支持其他頻段。

要在支持的不同 RF 頻段之間切換，必須使用新的天線饋送重新配置 MBTT，該饋電將信號發(fā)射到天線天線和射頻處理組件上并從天線天線和射頻處理組件收集信號。不使用時，天線饋電和其他射頻組件存儲在位于天線主平臺下方的 MBTT 指揮中心。飼料有多種尺寸，最大的長度為200英尺，重近<>磅。

為了將一個進給換成另一個進給，天線罩內(nèi)的起重機用于提升、松開和移除舊進給;然后，第二臺起重機將新的進料提升到位。不僅需要更換天線正面的饋電;天線背面的所有射頻處理組件（例如用于增強衛(wèi)星信號的高功率放大器和用于將射頻信號轉(zhuǎn)換為更適合數(shù)字處理的較低頻率的下變頻器）也需要更換。熟練的技術(shù)人員團隊可以在四到六個小時內(nèi)完成此過程。在科學(xué)家進行任何測試之前，技術(shù)人員必須校準新飼料以確保其正常運行。通常，他們將天線指向已知以特定頻率廣播的衛(wèi)星并收集接收測量值，并將天線直接指向自由空間以收集傳輸測量值。

實驗室技術(shù)員John Boughner（前景）在MBTT初始安裝期間協(xié)助兩名通用動力工程師安裝新的天線饋電。

自安裝以來，MBTT支持了涉及PTW的各種測試和實驗。在2015年至2020年的PTW調(diào)制解調(diào)器原型設(shè)計工作受保護的戰(zhàn)術(shù)服務(wù)現(xiàn)場演示期間，實驗室對幾顆衛(wèi)星進行了測試，包括EchoStar 9商業(yè)衛(wèi)星（在全國范圍內(nèi)提供寬帶衛(wèi)星通信服務(wù)，包括衛(wèi)星電視）和國防部運營的WGS衛(wèi)星。2021 年，該實驗室使用其 PTW 調(diào)制解調(diào)器原型作為終端調(diào)制解調(diào)器，使用 Inmarsat-5 衛(wèi)星對受保護的戰(zhàn)術(shù)企業(yè)服務(wù)（波音在 PATS 計劃下開發(fā)的地面 PTW 處理平臺）進行了空中測試。實驗室再次使用Inmarsat-5測試原型企業(yè)管理和控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)彈性，不間斷的衛(wèi)星通信。在這些測試中，實驗室的PTW調(diào)制解調(diào)器原型機在737飛機上飛行，通過Inmarsat-5通信回MBTT。

Inmarsat-5提供適用于PTW的軍用Ka波段轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，以及名為Global Xpress的商業(yè)Ka波段服務(wù)。通過飛行測試，能夠在多個SATCOM路徑上展示彈性的端到端網(wǎng)絡(luò)連接，包括軍用Ka波段的PTW和商業(yè)SATCOM服務(wù)。這樣，如果一條衛(wèi)星通信鏈路運行不佳——也許它擠滿了太多用戶，帶寬不足，或者有人試圖干擾它——你可以切換到備用輔助鏈路。

SES為林肯實驗室?guī)砹擞糜赑TW測試的中地球軌道跟蹤天線。

在 2021 年的另一次演示中，實驗室使用 MBTT 作為模擬干擾源，在 SES 公司擁有的中地球軌道衛(wèi)星星座 O3b 上測試 PTW。正如Wolf所解釋的那樣，SES提供了許多自己的終端天線設(shè)備，因此，在這種情況下，MBTT作為模擬各種類型干擾的測試工具很有幫助。這些干擾的范圍從錯誤配置的用戶以錯誤的頻率傳輸?shù)侥M其他國家可能部署的高級干擾策略。

MBTT還支持由美國太空部隊下屬的太空系統(tǒng)司令部領(lǐng)導(dǎo)的國際外展工作，以將PATS能力擴展到國際合作伙伴。2020年，該實驗室使用MBTT在SkyNet 5C上展示了X波段的PTW，SkyNet <>C是為英國武裝部隊和北大西洋公約組織（NATO）聯(lián)盟部隊提供服務(wù)的軍事通信衛(wèi)星。

MBTT通過光纖鏈路連接到整個實驗室的研究設(shè)施，還支持非PTW測試。工作人員已經(jīng)測試了新的信號處理技術(shù)，以抑制或消除干擾器的干擾，信號檢測和地理定位的新技術(shù)，以及將PTW用戶連接到其他國防部系統(tǒng)的新方法。

在未來幾年，實驗室期待與國防部的更多用戶社區(qū)進行更多測試。隨著PTW達到運營成熟度，MBTT作為參考終端可以支持供應(yīng)商系統(tǒng)的測試。隨著具有機載PTW處理功能的PTS衛(wèi)星進入軌道，MBTT可以為早期在軌檢查，測量和表征做出貢獻。

編輯：黃飛

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