低轨遥感卫星Ka频段自适应编码调制应用效能分析

王中果 汪大宝 胡月 鲁帆

(1 中国空间技术研究院遥感卫星总体部,北京 100094)

(2 航天恒星科技有限公司,北京 100095)(3 北京空间飞行器总体设计部,北京 100094)

在高分辨率对地观测任务中,卫星的遥感载荷将产生海量的观测数据,需要通过星地数传链路传回地面站。这些卫星大多采用太阳同步轨道,以获取稳定的光照条件,并实现星下点轨迹重复覆盖,从而满足全球范围任意目标区域的周期性遥感成像需求。其轨道特点导致进行星地数传的时间十分有限,因此,需要不断提高卫星下行数传链路的传输速率,满足日益增长的海量遥感载荷数据的传输需求[1]。

我国低轨遥感卫星普遍采用X 频段进行星地数传,传输频率范围8025～8400 MHz[2],如资源一号02D[3]、资源三号[4]、高分七号[5]等卫星。其中:资源三号和资源一号02D 等卫星均采用固定编码调制(CCM),固定传输速率,并按最差信道条件(最低仰角5°)进行链路设计。卫星单次对地面站传输过程中,仰角增大引起自由空间损耗减小可达10 dB以上[6],为充分利用这部分余量,高分七号卫星首次采用X 频段可变编码调制(VCM)[7]。随着遥感载荷对数传速率要求越来越高,X 频段375 MHz带宽已难以满足需求,而25.5～27 GHz[2]、带宽1.5 GHz的Ka频段成为卫星数传的发展趋势[8-9]。但是,大气环境对Ka频段影响远大于X 频段,降雨、云等引起的信号衰减将超过10 d B[10]。如果仍按传统CCM 或VCM 设计,需要预留更多的链路余量来克服降雨等引起的信号衰减,造成链路资源的浪费。因此,将开环VCM 结合实时信噪比估计及回传信道,实现闭环自适应编码调制(ACM),随卫星过境信道(距离和大气损耗)的动态变化,选取合适的调制方式和编码码率,提高链路的数据吞吐量[11]。……