高轨海事卫星与低轨遥感卫星的星间链路业务展望

周 馨，张永超

（中国交通通信信息中心，北京 100094）

高轨海事卫星与低轨遥感卫星的星间链路业务展望

周 馨，张永超

（中国交通通信信息中心，北京 100094）

通过开发轻小型智能化的卫星终端，建立起高轨道海事卫星与低轨道遥感卫星之间的双向数据链路，可以大幅度提高低轨道遥感卫星的在轨管理运行效率，缩短应急减灾等快速响应遥感数据回传的滞后时间，具有广泛的商业化应用前景。

海事卫星；遥感卫星；双向链路；卫星终端

1 引言

现有大多数低轨道遥感卫星没有星间链路，与高轨道卫星之间也没有星间链路，只能和地面站在过顶可视区域内进行通信和数据传输。由于低轨道卫星围绕地球高速运动，地面站和地面终端通常只能在10分钟时间内接收数据。为大幅度提高战术作战中士兵对低轨遥感卫星的使用效能，美国DARPA提出的SeeMe计划[1]，曾经就提出拟采用经过改造的BGAN终端，升级为低轨道卫星通信载荷，使得低轨道卫星与高轨道Immarsat-4卫星建立持续性的双向星间链路（如图1所示），星间链路速率达到492kb/s，以大幅度提高低轨道遥感卫星的应急快速响应能力，实现“点即拍、拍立得”的效果（如图2所示）。

图1 高轨道通信卫星与低轨道遥感卫星的星间链路示意图

图2 美国SeeMe计划构想的“点即拍、拍立得”示意图

2 现有海事卫星业务介绍

海事卫星全球各类用户数量大约60万，数据业务市场占有率超过75%，手持式的全球市场占有率约15%。

图3 第四代海事卫星全球覆盖示意图

自1979年至今，Inmarsat系统已发展至第五代。第一代模拟体制：始于八十年代早期，采用租赁卫星资源的方式，提供Inmarsat-A系统模拟话音、传真、数据等业务；第二代数字体制：始于九十年代初期，提供Inmarsat-C系统及Inmarsat-B数字话音、传真、低速数据等业务；第三代数字电路为主和IP混合体制：始于九十年代末期，提供Inmarsat mini-M/M4/F话音、传真、ISDN、MPDS（64kb/s-IP）等业务；第四代（其全球覆盖如图3所示）：IP为主和数字电路混合体制，始于2005年，提供Inmarsat-BGAN/FB/SB/SPS/GSPS电路交换业务、IP数据交换业务（最高到800kb/s）以及手持机业务等；第五代：全IP体制，计划2014年底，将提供Inmarsat-GX超高速移动宽带业务（上行5Mb/s，下行50Mb/s）。

中国是Inmarsat成立时的创始成员国之一。我国海事卫星用户总量约6万部，其中远洋海上和航空用户基本上以使用海事卫星为主，陆上除应急用户外，大量用户分布在媒体、石油石化、船舶、航空等方面（如图4所示）[2]。

图4 各种终端在不同行业的应用示意图

3 卫星星间链路技术的成功在轨验证

为了弥补低轨道卫星与地面站的可视时间短的不足，可以通过高轨海事作为中继卫星，建立卫星之间的双向链路，从而可以使得地面站或者地面移动终端与低轨道卫星持续通信和数据传输（如图5所示）。这种链路模式可以大幅度提高卫星的可视时间，利用轻小型的移动终端（不再需要大型的固定地面站），随时随地灵活地对低轨道卫星进行指令操控，并且可以随时随地接收下传的遥感数据，从而极大地提高对低轨道卫星的使用效能。

与地面固定、慢速移动以及空中运动所用终端不同，低轨道卫星绕地球高速运动（约7.6km/s），低轨道卫星与高轨道卫星之间存在高速相对运动，需要设计研制专门的卫星终端，设计合理的通信体制，突破快速接入与跟踪、可靠的链路控制技术、灵活的网络路由技术等。

图5 地面移动终端与卫星的双向链路示意图

新加坡的南阳理工大学研制了VELOX-2微纳卫星（如图6所示），于2015年12月16日成功发射入轨。这颗卫星重约9kg，运行轨道约550km，轨道倾角约15度，轨道周期约96分钟[3]。

图6 VELOX-2微纳卫星及在轨飞行示意图

这颗卫星的主载荷为新加坡AddValue技术公司研制的高性能星间链路终端系统，搭载了互为备份的2台终端，经过1年多的在轨测试，充分验证了其技术可行性和可靠性[4]，可以7天24小时提供高可靠的2路IP链路BGAN服务。在轨验证的成功，为技术推广商业化应用服务打下了坚实基础。AddValue技术公司与Immarsat公司签订了协议，将共同开发后续的市场，开辟新的业务领域[5]。

4 结束语

低轨道卫星与海事卫星的双向数据中继链路卫星终端的成功在轨技术验证，将开辟海事卫星新的商业化业务领域，为低轨道卫星的在轨无间断可靠运营及数据持续实时回传提供了新的解决途径，尤其在应急减灾和快速响应方面具有极大的应用前景。具体的业务服务模式还需要进一步开发，期待卫星数据链路服务早日得到实际应用。

[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文献标示码：A

1672-7274（2017）08-0035-03