頻率復(fù)用高碼速率遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)?

王萬(wàn)玉，張寶全，劉愛(ài)平，李娟妮，李凡，王強(qiáng)

（1.中國(guó)科學(xué)院對(duì)地觀測(cè)與數(shù)字地球科學(xué)中心，北京100094；2.中國(guó)西南電子技術(shù)研究所，成都610036；3.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十九研究所，西安710065）

頻率復(fù)用高碼速率遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)?

王萬(wàn)玉1，張寶全1，劉愛(ài)平2，李娟妮3，李凡1，王強(qiáng)1

（1.中國(guó)科學(xué)院對(duì)地觀測(cè)與數(shù)字地球科學(xué)中心，北京100094；2.中國(guó)西南電子技術(shù)研究所，成都610036；3.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十九研究所，西安710065）

針對(duì)雙圓極化頻率復(fù)用、高碼速數(shù)據(jù)接收等關(guān)鍵技術(shù)，分析了影響系統(tǒng)交叉極化鑒別率、高碼速數(shù)據(jù)接收鏈路誤碼性能的主要環(huán)節(jié)，提出了天饋、高碼速數(shù)據(jù)接收鏈路的體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方案。據(jù)此設(shè)計(jì)并建成的頻率復(fù)用高碼速率遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)已成功接收了國(guó)內(nèi)首顆雙圓極化頻率復(fù)用遙感衛(wèi)星（“資源三號(hào)”衛(wèi)星，數(shù)據(jù)速率450 Mbit／s×2）的數(shù)據(jù)。

遙感衛(wèi)星；數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)；雙圓極化；頻率復(fù)用；高碼速；盲均衡

1 引言

隨著國(guó)內(nèi)外遙感衛(wèi)星有效載荷分辨率（包括高時(shí)間分辨率、高空間分辨率、高輻射分辨率、高光譜分辨率等）的不斷提高，其在相同的時(shí)間獲取的原始數(shù)據(jù)量倍增，遙感信息與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳輸能力之間的矛盾越來(lái)越嚴(yán)重，將衛(wèi)星獲取的原始數(shù)據(jù)傳回到地面，變得越來(lái)越困難。

傳輸高碼速率數(shù)據(jù)需要大的傳輸帶寬、較大的發(fā)射功率，同時(shí)也會(huì)帶來(lái)較大的調(diào)制解調(diào)損耗。利用雙圓極化頻率復(fù)用技術(shù)可以使傳輸容量加倍，提高頻譜利用效率。在頻譜資源如此緊張的今天，頻率復(fù)用（極化復(fù)用）技術(shù)是提高頻譜利用率的一種既實(shí)用又經(jīng)濟(jì)的方法，在國(guó)內(nèi)外遙感衛(wèi)星高碼速數(shù)據(jù)傳輸中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用（如WorldView1＆2、Geoeye-1、ZY-3、GF系列衛(wèi)星等）。

為適應(yīng)未來(lái)的技術(shù)發(fā)展及滿足ZY-3、GF系列衛(wèi)星的需求，在“陸地觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)全國(guó)接收站網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目”和“高分?jǐn)?shù)據(jù)地面接收系統(tǒng)先期攻關(guān)”中，中科院對(duì)地觀測(cè)中心與國(guó)內(nèi)相關(guān)單位（中國(guó)西南電子技術(shù)研究所、中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十九研究所、清華大學(xué)）合作開(kāi)展了頻率復(fù)用、高碼速數(shù)據(jù)接收等關(guān)鍵技術(shù)的研究及試驗(yàn)，完成了頻率復(fù)用高碼速率遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、研制加工、系統(tǒng)集成及工程建設(shè)等工作，并成功接收了ZY-3衛(wèi)星（雙圓極化頻率復(fù)用、碼速率450 Mbit／s×2）數(shù)據(jù)。系統(tǒng)主要性能指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，設(shè)計(jì)并建成的頻率復(fù)用、高碼速極軌衛(wèi)星地面接收系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。

2 系統(tǒng)組成

頻率復(fù)用高碼速率遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)主要由天饋伺分系統(tǒng)、跟蹤接收分系統(tǒng)、記錄與快視分系統(tǒng)、測(cè)試分系統(tǒng)、站任務(wù)管理與監(jiān)控分系統(tǒng)、技術(shù)支持分系統(tǒng)組成，如圖1所示。系統(tǒng)具備頻率復(fù)用功能，可同時(shí)接收記錄兩路下行的衛(wèi)星高速數(shù)據(jù)。

圖1 系統(tǒng)組成圖Fig.1 Block diagram of system

天饋伺分系統(tǒng)主要由12m口徑卡塞格倫天線、S／X雙頻組合饋源、饋線網(wǎng)絡(luò)、俯仰／方位／傾斜三軸結(jié)構(gòu)座架、天線控制單元（ACU）、驅(qū)動(dòng)設(shè)備、電機(jī)、傳動(dòng)裝置等組成，主要任務(wù)是完成衛(wèi)星捕獲、跟蹤和S／X頻段衛(wèi)星信號(hào)接收。

跟蹤接收分系統(tǒng)主要由低噪聲放大器（LNA）、數(shù)字移相器、下變頻器、光端機(jī)、均衡單元、中頻跟蹤接收機(jī)、通用型高速數(shù)據(jù)解調(diào)器等組成。跟蹤通道主要任務(wù)是提取角誤差信號(hào)，送伺服分系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)天線捕獲跟蹤衛(wèi)星；數(shù)據(jù)通道主要任務(wù)是完成S／X頻段數(shù)據(jù)的解調(diào)，輸出數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)送給記錄設(shè)備。

測(cè)試分系統(tǒng)主要由監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)、測(cè)試調(diào)制器、上變頻器、測(cè)試開(kāi)關(guān)、接口卡及誤碼儀、功率計(jì)、頻譜儀等儀表組成，主要用于完成系統(tǒng)自檢及性能指標(biāo)測(cè)試；各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的信號(hào)功率測(cè)量及頻譜監(jiān)測(cè)分析。

數(shù)據(jù)記錄與快視分系統(tǒng)主要由通用記錄器、實(shí)時(shí)快視處理和顯示單元、集中存儲(chǔ)單元、數(shù)據(jù)輸出單元組成，主要完成衛(wèi)星原始下行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄、實(shí)時(shí)快視、非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

站任務(wù)管理與監(jiān)控分系統(tǒng)主要由任務(wù)管理服務(wù)器、控制／監(jiān)視計(jì)算機(jī)、接口組件和相關(guān)的支持軟件組成，主要任務(wù)是根據(jù)運(yùn)行管理部門(mén)下發(fā)的任務(wù)計(jì)劃形成數(shù)據(jù)接收、記錄及傳輸計(jì)劃；自動(dòng)或手動(dòng)控制系統(tǒng)配置參數(shù)，完成跟蹤、接收、記錄及傳輸任務(wù)；對(duì)各分系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控管理；將任務(wù)執(zhí)行情況上報(bào)接收管理和監(jiān)測(cè)分系統(tǒng)。

技術(shù)支持子系統(tǒng)主要由天線罩、時(shí)統(tǒng)單元、標(biāo)校、供電、空調(diào)等設(shè)備組成。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 頻率復(fù)用技術(shù)研究及試驗(yàn)

隨著數(shù)傳碼速率的不斷增高，頻率資源更為緊缺，頻率復(fù)用技術(shù)是解決該問(wèn)題的有效手段之一。但采用雙圓極化頻率復(fù)用技術(shù)的極軌衛(wèi)星對(duì)地?cái)?shù)傳采用點(diǎn)波束，且衛(wèi)星（含星上天線）和地面接收站天線是不斷運(yùn)動(dòng)的，星地天線的對(duì)準(zhǔn)偏差造成星地合成軸比下降［1］，加之空間傳播鏈路對(duì)電磁波去極化的影響［2-3］，給遙感衛(wèi)星頻率復(fù)用帶來(lái)技術(shù)難點(diǎn)。國(guó)內(nèi)首次在ZY-3遙感衛(wèi)星中采用頻率復(fù)用技術(shù)，但對(duì)遙感衛(wèi)星地面接收系統(tǒng)雙圓極化頻率復(fù)用中的關(guān)鍵技術(shù)缺乏深入的研究。

針對(duì)雙圓極化工作方式，我們主要開(kāi)展了如下幾方面的研究及試驗(yàn)。

首先，根據(jù)雙圓極化頻率復(fù)用系統(tǒng)交叉極化鑒別率的要求，考慮在單脈沖方式下跟蹤精度等因素，并根據(jù)星上天饋設(shè)備的軸比指標(biāo)，確定了滿足極化復(fù)用使用需求的接收系統(tǒng)軸比要求小于等于0.5 dB。

其次，對(duì)遙感衛(wèi)星地面接收系統(tǒng)中影響頻率復(fù)用（雙圓極化）的各種主要因數(shù)進(jìn)行分析，如：輻射方向圖不對(duì)稱(chēng)，包括喇叭輻射方向圖不對(duì)稱(chēng)，天線主反射面、副反射面的不對(duì)稱(chēng)等產(chǎn)生的交叉極化；饋源結(jié)構(gòu)對(duì)交叉極化的影響；反射面曲率對(duì)交叉極化的影響；饋源中移相量偏差、幅度傳輸系數(shù)的偏差、圓波導(dǎo)橢圓度等產(chǎn)生的交叉極化；饋源中各正交模耦合器的隔離度對(duì)交叉極化的影響；天饋系統(tǒng)駐波對(duì)正交輻射場(chǎng)的去極化影響。

第三，研究、制定相應(yīng)的解決方案，并利用分析計(jì)算和仿真試驗(yàn)等手段對(duì)制定的解決方案及關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，設(shè)計(jì)滿足雙圓極化頻率復(fù)用的天饋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及技術(shù)方案。

最后，在實(shí)驗(yàn)室、測(cè)試場(chǎng)對(duì)所研制的天饋系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行全面測(cè)試，并對(duì)星地系統(tǒng)間不同交叉極化鑒別率情況下的高碼速數(shù)據(jù)接收解調(diào)誤碼性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的地面接收系統(tǒng)對(duì)頻率復(fù)用高碼速率遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的接收能力；在接收站，利用已建成的頻率復(fù)用高碼速率遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)地面接收系統(tǒng)開(kāi)展ZY-3、GF系列衛(wèi)星的星地對(duì)接試驗(yàn)，驗(yàn)證星地接口的匹配性、正確性以及雙圓極化頻率復(fù)用方式下高碼速數(shù)據(jù)傳輸、接收的可行性。

3.2 高碼速數(shù)據(jù)接收鏈路關(guān)鍵技術(shù)研究及試驗(yàn)

高碼速數(shù)據(jù)的接收給地面系統(tǒng)接收鏈路提出了更高更新的技術(shù)要求。隨著碼速率的提高，對(duì)接收鏈路的相位噪聲、鏈路幅頻特性、高碼速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊笠苍礁撸取⑾辔坏淖詣?dòng)均衡等成為高碼速數(shù)據(jù)接收的關(guān)鍵技術(shù)。

針對(duì)高碼速數(shù)據(jù)接收鏈路，我們主要開(kāi)展了如下三方面的研究及試驗(yàn)。

（1）變頻方案研究

針對(duì)ZY-3、GF系列衛(wèi)星需求，并考慮兼顧未來(lái)的技術(shù)發(fā)展，接收鏈路設(shè)計(jì)需滿足大于600 Mbit／s高碼速數(shù)據(jù)接收需求，因此目前遙感衛(wèi)星地面接收系統(tǒng)常用的720±250 MHz中頻及帶寬已不能滿足需求。為此，我們將中頻及帶寬設(shè)計(jì)為1 200± 350 MHz，利用ADS軟件建模分析研究不同變頻方案的組合干擾，選取組合干擾最少、性能最優(yōu)的變頻方式作為系統(tǒng)的變頻方案。

（2）數(shù)據(jù)接收鏈路誤碼性能分析研究

高碼速率數(shù)據(jù)接收要求在更寬的頻帶內(nèi)，接收鏈路具有一致的特性，包括幅頻特性、相頻特性（含群時(shí)延特性）等。但實(shí)際上，地面接收系統(tǒng)的信道設(shè)備，如變頻器、電纜、低噪聲放大器、濾波器等都具有不同程度的幅頻特性、相頻特性不平坦以及非線性，從而導(dǎo)致傳輸?shù)拇a間干擾。隨著碼速率的提高，接收鏈路的相位噪聲、幅頻特性對(duì)系統(tǒng)誤碼性能的影響也增大。考慮到衛(wèi)星信道的群時(shí)延特性變化較大，對(duì)幅頻自動(dòng)均衡問(wèn)題，需要采用高速的自適應(yīng)盲均衡技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。

針對(duì)上述問(wèn)題，我們分析計(jì)算和仿真研究了相位噪聲、幅頻特性等對(duì)系統(tǒng)誤碼性能的影響，制定了詳細(xì)的技術(shù)方案及關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)需求，并利用現(xiàn)有地面接收系統(tǒng)，試驗(yàn)驗(yàn)證接收鏈路在不同群時(shí)延情況下國(guó)內(nèi)外自適應(yīng)盲均衡器對(duì)系統(tǒng)誤碼性能的改善能力。

（3）高碼速數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸試驗(yàn)研究

目前，國(guó)內(nèi)外遙感衛(wèi)星地面接收系統(tǒng)均采用ECL差分輸出的方式傳輸中頻數(shù)字信號(hào)，其缺點(diǎn)是不適合長(zhǎng)距離高碼速數(shù)據(jù)的傳輸。隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展及數(shù)字高碼速調(diào)制解調(diào)設(shè)備技術(shù)發(fā)展，使得利用網(wǎng)絡(luò)取代以前的中頻數(shù)據(jù)切換開(kāi)關(guān)成為可能。網(wǎng)絡(luò)傳輸具有傳輸距離長(zhǎng)、碼速率高等優(yōu)點(diǎn)，將成為新的發(fā)展趨勢(shì)。我們搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸高碼速中頻數(shù)字信號(hào)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）硬件設(shè)備體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)設(shè)備體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以為各接收站建立一個(gè)良好的設(shè)備架構(gòu)。如圖2所示，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮了與已有系統(tǒng)的兼容性及未來(lái)發(fā)展的可擴(kuò)展性，采用模塊化、一體化開(kāi)放式體系架構(gòu)的設(shè)計(jì)思路，為高速數(shù)據(jù)接收站建立了一個(gè)良好的體系結(jié)構(gòu)。

設(shè)計(jì)中規(guī)范設(shè)備的硬件接口，提升設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化程度；各接收站配置射頻開(kāi)關(guān)矩陣、中頻均衡開(kāi)關(guān)矩陣、數(shù)據(jù)分配單元及合理的電平分配，實(shí)現(xiàn)射頻統(tǒng)一、中頻統(tǒng)一及統(tǒng)一基帶數(shù)據(jù)接口，既可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備可根據(jù)任務(wù)需要靈活配置，又可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備共享，提高設(shè)備利用率，同時(shí)便于系統(tǒng)擴(kuò)展；新研設(shè)備與成熟的標(biāo)準(zhǔn)同類(lèi)設(shè)備采用相同接口，在保證系統(tǒng)先進(jìn)性的同時(shí)增加系統(tǒng)的適應(yīng)性、降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

各接收站配置相同的光傳輸設(shè)備、各類(lèi)開(kāi)關(guān)矩陣、下變頻器、解調(diào)設(shè)備及數(shù)據(jù)記錄設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)各站備件的共享，節(jié)省維護(hù)運(yùn)行成本。

圖2 硬件設(shè)備體系結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Architecture diagram of the hardware

（2）軟件體系結(jié)構(gòu)

為了提高系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行管理能力，使系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)充性，應(yīng)用軟件采用多層體系結(jié)構(gòu)，體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格為C／S結(jié)構(gòu)與B／S結(jié)構(gòu)相結(jié)合，包含支持業(yè)務(wù)管理及數(shù)據(jù)處理顯示的C／S結(jié)構(gòu)，并通過(guò)WEB向外提供地面數(shù)據(jù)接收站信息查詢(xún)服務(wù)（B／S結(jié)構(gòu)），為用戶(hù)提供全面的、集中的任務(wù)管理與設(shè)備監(jiān)控功能，并實(shí)現(xiàn)地面數(shù)據(jù)接收站的遠(yuǎn)程管理與監(jiān)控功能。

應(yīng)用軟件分為數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)（或功能）層及表示層。

4.2 天饋結(jié)構(gòu)及技術(shù)方案設(shè)計(jì)

依據(jù)頻率復(fù)用相關(guān)技術(shù)需求，及頻率復(fù)用關(guān)鍵技術(shù)研究和試驗(yàn)結(jié)果，我們對(duì)天饋結(jié)構(gòu)及技術(shù)方案進(jìn)行了深入細(xì)致的分析研究、設(shè)計(jì)。具體結(jié)構(gòu)及技術(shù)方案設(shè)計(jì)如下。

（1）雙反射面天線

采用結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的雙反射面天線，并嚴(yán)格控制雙反射面天線的制造公差，確保雙反射面天線本身產(chǎn)生的交叉極化分量在-35 dB以下。拋物面天線焦平面歸一化交叉極化分量與拋物面的焦距F對(duì)其口徑D之比的平方成反比［4］，因此在綜合考慮副反射面的位置、口徑，以及結(jié)構(gòu)情況等后，選用焦徑比（F／D）大的結(jié)構(gòu)有利于降低交叉極化分量。

（2）S／X饋源

如圖3所示，采用五喇叭體制的S／X組合饋源，這種體制饋源的兩個(gè)頻段的信號(hào)之間不直接產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，避免了雙頻共用喇叭形式中出現(xiàn)的對(duì)X頻段信號(hào)影響問(wèn)題。中間為X頻段喇叭，采用在寬頻帶內(nèi)具有近乎軸對(duì)稱(chēng)的輻射方向圖、較低的旁瓣、優(yōu)良的反射特性和極低的交叉極化性能的波紋喇叭［4-5］。外圍的4個(gè)S頻段切角喇叭通過(guò)組合產(chǎn)生S頻段所要求的和差信號(hào)。為減小對(duì)S頻段指標(biāo)的影響，及減小S饋源體積，S頻段的饋源組合網(wǎng)絡(luò)采用帶狀線形式；X喇叭采用高性能小張角的波紋喇叭。

圖3 S／X饋源結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Feed structure diagram of Sband and X band

（3）X頻段饋源

高性能小張角的波紋喇叭、高性能寬頻帶跟蹤模耦合器、高精度移相器的設(shè)計(jì)是X頻段饋源實(shí)現(xiàn)低圓極化軸比的關(guān)鍵。波紋喇叭的設(shè)計(jì)首先綜合考慮S／X雙頻天線的效率和旁瓣特性，優(yōu)化設(shè)計(jì)X頻段波紋喇叭對(duì)副面邊緣的照射角；其次優(yōu)化設(shè)計(jì)波紋槽參數(shù)，以便有效地抑制波紋喇叭中對(duì)交叉極化影響較大的高次模。跟蹤模耦合器的耦合孔采用角對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)，并優(yōu)化設(shè)計(jì)波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)尺寸以及耦合孔的分布和間距；為加工方便耦合孔選用小圓孔。高精度移相器的設(shè)計(jì)在綜合分析技術(shù)需求、各類(lèi)移相器的性能及加工、安裝、調(diào)試等因素后，采用介質(zhì)加載移相器，相移偏差δ控制在｜90°±1.8°｜。

4.3 高碼速數(shù)據(jù)接收鏈路體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)方案設(shè)計(jì)

依據(jù)高碼速數(shù)據(jù)接收鏈路相關(guān)技術(shù)需求及其相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)研究和試驗(yàn)結(jié)果，我們對(duì)高碼速數(shù)據(jù)接收鏈路體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)方案進(jìn)行了深入細(xì)致的分析研究、設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)如下。

（1）變頻方案

采用一次變頻方案，中頻頻率及帶寬設(shè)計(jì)為1 200±350 MHz。

（2）X數(shù)據(jù)下變頻器

X數(shù)據(jù)下變頻器是實(shí)現(xiàn)星地高速數(shù)傳接收的重要設(shè)備，也是高性能寬帶信道技術(shù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵設(shè)備。針對(duì)低軌衛(wèi)星高速數(shù)據(jù)接收的特點(diǎn)，選取群時(shí)延較小的濾波器，使1 GHz信息帶內(nèi)的群時(shí)延波動(dòng)不超過(guò)3 ns；變頻器本振源選用RS信號(hào)源，其1 kHz相噪優(yōu)于-100 dBc／Hz，100 kHz相噪優(yōu)于-120 dBc／Hz，以改善接收鏈路因噪聲相位抖動(dòng)造成的解調(diào)損失。

（3）高碼速調(diào)制解調(diào)器

采用全數(shù)字通用型高碼速調(diào)制解調(diào)器（QPSK達(dá)到10～640 Mbit／s），具備BPSK、UQPSK、QPSK、S／OQPSK、8PSK等多種調(diào)制／解調(diào)方式，及VITERBI、RS和TCM編譯碼功能；解調(diào)損耗小于1.0 dB，具有幀同步、數(shù)據(jù)記錄功能，及ECL、千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)輸出能力。

（4）幅度、相位均衡

采用中頻均衡器對(duì)高碼速寬帶接收鏈路的幅頻特性進(jìn)行均衡，采用自適應(yīng)盲均衡器對(duì)高碼速寬帶接收鏈路的相頻特性（含群時(shí)延特性）進(jìn)行自動(dòng)均衡，改善接收鏈路的幅頻特性、相頻特性不平坦以及非線性而導(dǎo)致傳輸?shù)拇a間干擾。盲信道均衡不僅實(shí)現(xiàn)多徑傳輸、信道衰落等的均衡，也可均衡接收信道中的電路不理想特性（如幅頻特性不平坦和群時(shí)延特性不平坦）。

（5）高碼速數(shù)據(jù)的傳輸設(shè)計(jì)

解調(diào)后的高碼速數(shù)據(jù)可經(jīng)ECL接口、千兆以太網(wǎng)輸出給記錄設(shè)備。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸具有傳輸距離長(zhǎng)、碼速率高等優(yōu)點(diǎn)，將成為新的發(fā)展趨勢(shì)。

5 系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)

系統(tǒng)的主要技術(shù)特點(diǎn)如下。

（1）采用新技術(shù)，提升系統(tǒng)的技術(shù)先進(jìn)性和可擴(kuò)展性

1）在寬頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)了低軸比，具備接收雙頻率復(fù)用（4下行通道）的衛(wèi)星信號(hào)；

2）采用1.2 GHz中頻、高碼速低損耗的數(shù)據(jù)解調(diào)器、盲均衡技術(shù)，具備接收更高碼速的衛(wèi)星信號(hào)；

3）采用設(shè)備“即插即用”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)接收站信道和解調(diào)設(shè)備的零代碼的接入，提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

（2）采用一體化設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)可靠性和設(shè)備利用率，降低運(yùn)行維護(hù)成本

1）通過(guò)射頻開(kāi)關(guān)矩陣、測(cè)試開(kāi)關(guān)、中頻均衡分配單元、DPS對(duì)多套接收系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)拆分／重組，使地面接收站設(shè)備具備矩陣切換能力；

2）統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì)各設(shè)備的物理接口、電氣接口，具有站內(nèi)、站間互為備份的能力；

3）通過(guò)站級(jí)的控制與管理對(duì)全站設(shè)備進(jìn)行組織調(diào)配和控制管理，并統(tǒng)一負(fù)責(zé)對(duì)外信息交互，從而使全站形成一個(gè)有機(jī)的運(yùn)行整體。

（3）自動(dòng)化運(yùn)行管理、測(cè)試與故障診斷，大幅提高系統(tǒng)自動(dòng)化水平

1）軟件采用C／S與B／S結(jié)合的多層體系結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)軟件的多重、靈活部署，同時(shí)可提高軟件的可靠性和可擴(kuò)充性；

2）采用基于規(guī)則的任務(wù)分配方式，實(shí)現(xiàn)全接收站衛(wèi)星任務(wù)對(duì)天線及共享設(shè)備的自動(dòng)動(dòng)態(tài)分配；

3）自動(dòng)化測(cè)試采用基于計(jì)劃的驅(qū)動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)／多組測(cè)試的自動(dòng)化執(zhí)行；

4）系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)日常操作的全自動(dòng)化，可實(shí)現(xiàn)全站的無(wú)人操作管理。

6 系統(tǒng)測(cè)試

已完成3套頻率復(fù)用高碼速率遙感衛(wèi)星地面接收系統(tǒng)的研制、安裝調(diào)試、測(cè)試驗(yàn)收工作，并已投入運(yùn)行，系統(tǒng)工作正常。系統(tǒng)主要指標(biāo)測(cè)試結(jié)果如下：

（1）系統(tǒng)G／T值：大于等于36 dB／K（X頻段），大于等于22.5 dB／K（S頻段）；

（2）軸比：小于等于0.5 dB（X頻段，頻率7.95～8.95 GHz，波束中心±0.02°范圍）；

（3）跟蹤精度：優(yōu)于1／10半功率波束寬度（X、S）；

（4）調(diào)制／解調(diào)方式：QPSK、S／OQPSK、8PSK；

（5）數(shù)據(jù)接收碼速率：10～640 Mbit／s（QPSK、S／OQPSK），10～960 Mbit／s（8PSK）；

（6）群時(shí)延：3 ns／7 950～8 950 MHz；

（7）帶內(nèi)平坦度：小于±1.5 dB／全頻段（均衡以后），小于±0.5 dB／50 MHz（均衡以后）；

（8）誤碼性能：在BER=10-4～10-7范圍內(nèi)，Eb／N0偏離理論值：小于等于2.0 dB（QPSK、S／OQPSK），小于等于2.5 dB（8PSK）；

（9）盲均衡性能：對(duì)450Mbit／s的OQPSK無(wú)噪聲信號(hào)，當(dāng)引入的信道失真折合Eb／N0為9.4 dB時(shí)，均衡器能提供2 dB增益，將解調(diào)BER從1.8×10-5減小到1×10-7以下。

測(cè)試和運(yùn)行結(jié)果表明：系統(tǒng)主要性能指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，滿足頻率復(fù)用高碼速數(shù)據(jù)接收的技術(shù)需求，已成功接收Z(yǔ)Y-3衛(wèi)星數(shù)據(jù)（頻率復(fù)用、碼速率450 Mbit／s×2）。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文所設(shè)計(jì)的頻率復(fù)用高碼速率遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)已應(yīng)用于“陸地觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)全國(guó)接收站網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目”建設(shè)工程中，系統(tǒng)主要性能指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，并已成功接收了國(guó)內(nèi)首顆雙圓極化頻率復(fù)用遙感衛(wèi)星（“資源三號(hào)”衛(wèi)星，雙圓極化頻率復(fù)用、碼速率450 Mbit／s×2）數(shù)據(jù)的接收。

系統(tǒng)的研制實(shí)現(xiàn)了寬頻帶低軸比X／S組合饋源，通用型全數(shù)字高性能低損耗、高碼速調(diào)制解調(diào)器等關(guān)鍵設(shè)備研制、工程化，促進(jìn)了衛(wèi)星地面接收系統(tǒng)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，且其技術(shù)指標(biāo)已達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平。

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WANGWan-yu was born in Dangtu，Anhui Province，in 1962.He received the M.S.degree in 1990.He is now a senior engineer of professor and also the instructor of graduate students. His research direction is signal and information processing.

Email：wywang＠ceode.ac.cn

張寶全（1966—），男，河北人，1988年獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為高級(jí)工程師、碩士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)樾盘?hào)與信息處理；

ZHANG Bao-quan was born in HebeiProvince，in 1966.He received the B.S.degree in 1988.He is now a senior engineer and also the instructor of graduate students.His research direction is signal and information processing.

劉愛(ài)平（1960—），女，北京人，1982年獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為研究員，主要研究方向?yàn)楹教鞙y(cè)控及信號(hào)與信息處理；

李娟妮（1979—），女，陜西人，2002年獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為工程師，主要從事天線及微波技術(shù)研究；

LIJuan-niwas born in Shaanxi Province，in 1979.She received the B.S.degree in 2002.She is now an engineer.Her research concerns antenna andmicrowave.

李凡（1981—），男，北京人，2004年獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為工程師，主要研究方向?yàn)樾盘?hào)與信息處理；

LIFan was born in Beijing，in 1981.He received the B.S. degree in 2004.He is now an engineer.His research direction is signal and information processing.

王強(qiáng)（1983—），男，北京人，2006年獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為工程師，主要研究方向?yàn)樾盘?hào)與信息處理。

WANGQiang was born in Beijing，in 1983.He received the B.S.degree in 2006.He is now an engineer.His research direction is signal and information processing.

Design of Data Receiving System for Frequency Reuse High Data Rate Remote Sensing Satellites

WANGWan-yu1，ZHANGBao-quan1，LIU Ai-ping2，LIJuan-ni3，LIFan1，WANG Qiang1
（1.Center for Earth Observation＆Digital Earth，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100094，China；2.Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China；3.The 39th Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Xi′an 710065，China）

To solve the key technologies of dual circular polarization frequency reuse and high data rate reception，this paper analyses themain factors that affect the system cross-polarization discrimination and the error performance of high data rate receiving link，proposes the architecture and design of antenna and feed，high data rate receiving link.Accordingly designed and realized system has successfully

ZY-3 satellite（China′s first remote sensing satellite with dual circular polarization frequency reuse and data rate of 450 Mbit／s×2）data.

remote sensing satellite；data receiving system；dual circular polarization；frequency reuse；high data rate；blind equalization

ngwas in Beijing，in 1960.She received the B.S. degree in 1982.She is now a professor.Her research concerns TT＆C，signal and information processing.

TN927

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2012.04.001

王萬(wàn)玉（1962—），男，安徽當(dāng)涂人，1990年獲碩士學(xué)位，現(xiàn)為研究員、碩士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)樾盘?hào)與信息處理；

1001-893X（2012）04-0423-06

2012-03-31；

2012-04-17