一颗卫星在上天之前都经历了什么

航天业正在面临自最初的太空竞赛以来最激烈的竞争，许多公司都在加速发展太空探索能力，希望在抵抗新风险的同时，实现更大规模和更低成本。

无论是高通量卫星 (HTS) 微波有效载荷，还是遥测、跟踪和控制(TT&C)，每一颗卫星及其子系统都要经过及其严格的测试与验证，才能确保在执行任务期间，始终如一地正常运行。

今天小编带大家了解一下，一颗卫星在它上天之前，都经历了什么？

一、设计和仿真

通过仿真确保

从规划到运营一帆风顺

卫星任务需要克服一系列特殊的链路预算障碍。这些障碍包括多普勒频移、大气畸变、时延、极端温度波动、大功率电平驱使放大器进入到非线性区域，以及太空环境极其恶劣的条件。卫星任务必须一次成功，否则就是失败。在这样瞬息万变的环境下对卫星通信系统进行数字建模，可缩短设计时间并加快制造速度，同时增加任务的成功率并降低生产成本。

轨道与通信生命周期仿真

您可以将Keysight PathWave系统设计软件(SystemVue)的电子系统级(ESL)设计工具与AGI的系统工具套件(STK)软件集成在一起，以便工程师在瞬息万变的空间环境中精确地仿真和验证信号。

PathWave 系统设计软件使用

从 STK 导入的信道动力学数据进行仿真

二、设计优化

通过硬件半实物测试

加速创新

新一代卫星星座支持高容量、低时延的网络。这样的网络将需要更高频率和更大带宽，以便在全球范围内实现不间断的连接。在做完系统仿真之后，通过硬件半实物测试，加速您的设计进程。这个时候，需要使用测试设备的辅助在半实物(HIL)测试期间完成从数字模型到硬件模型的转化。

PathWave 系统设计软件的快速开发周期

定制调制分析

航空航天、国防和卫星通信中采用的新型专有调制格式定义了具有独特几何形状甚至非对称形式的信号。新发射机必须通过调制质量、增益和平坦度等测量来彻底进行表征。

使用89600 VSA 作为参考接收机来计算误差矢量幅度 (EVM)、频率误差等参数，在符号比特和 IQ 或时域之间使用耦合标记，以评估解调后的比特。

使用 VSA 执行定制 IQ 调制分析

用于卫星测试的宽带信号分析

诸如Ka、V 和 W频段HTS系统之类的宽带通信应用支持高数据速率。表征这类应用中采用的放大器可能会遇到独特的困难。EVM、噪声功率比 (NPR)、增益压缩和相位失真等指标可以很好地指示元器件在系统中的性能。在工作功率和温度范围内评测这些结果可以让您更深入地了解放大器的性能。该解决方案以适中的价格提供高动态范围的宽带信号分析能力。

宽带信号分析测试

深入了解相位噪声

通信卫星转发器，无论是弯管式还是数字再生式，都会给接收到的信号带来少量的噪声。卫星收发信机在频率转换阶段会将本地振荡器的相位噪声转移到混频器的输出信号上，这会降低信噪比并增加比特误码率(BER)。因此，在接收小功率信号时，相位噪声是非常重要的参数。

N5511A 相位噪声测试系统。

50 kHz 至 40 GHz

调制失真应用

在卫星通信系统中，大功率放大器和低噪声放大器是传输链向天线提供所需功率的关键环节。为了尽量提高效率，行波管放大器(TWTA)和固态功率放大器等大功率放大器通常会被驱动至接近饱和功率，尤其是在轨道卫星中。在将这些器件驱动至高功率电平时，器件会出现非线性特性导致调制信号失真，因而有无法识别的风险。功率放大器(PA)的非线性响应会直接影响解调中的BER。除了信道中的BER较差之外，非线性特性造成的频谱再生还会在相邻信道中产生不必要的功率，导致无法进行载波聚合。因此，了解射频链路的线性特性对于确保卫星通信的质量非常关键。

三、系统集成和仿真

测试整个通信系统

地球静止轨道 (GEO) HTS 卫星系统和新太空低地球轨道 (LEO) 星座的商业潮流给元器件和系统级卫星测试带来了新的挑战。为了利用卫星中的更高频率和更大带宽，我们需要进行更复杂的测试和表征，才能确保元器件和系统满足苛刻的太空要求。卫星元器件和系统的设计、验证和制造离不开各种测试场景，对于这些测试场景而言，频谱分析和信号生成是构成强大测试系统的基础。

Keysight M9384B

和 M9383B VXG 微波信号发生器

卫星运营商目前面临的一项挑战是如何在可用频谱带宽内以更高的速度向更多用户传输更多数据。为了克服这一挑战，运营商采用了高阶正交频分复用 (OFDM) 和更复杂的调制技术。随着调制变得更加复杂，在时域或频域中查看波形并诊断信号质量问题也变得越来越困难。因此，调制精度测量是在系统级表征数字调制信号的最佳选择。借助PathWave矢量信号分析(89600 VSA)软件，您可以测量超过 75 种信号标准和调制类型，包括卫星通信。

是德科技产品支持您生成和分析直接广播卫星系统中常用的视频信号。这些信号包括DVB-S/S2/S2X，以及从直流到 V 频段和其他频段的标准或定制通信信号，例如定制IQ、OFDM 和 5G 信号。这些工具是测试整个卫星系统所必需的。您可以使用同一产品执行数字系统验证，从而调试广泛的信号，无论是控制器区域网络总线上的传感器数据，还是数字信道化或再生卫星中的尖端、LVDS或SpaceWire/SpaceFibre信令。

Keysight PathWave VSA (89600)

定制 IQ 分析软件

在发射之前测试卫星系统的功能性能

卫星、航空航天和机载无线电设备必须满足严格的可靠性要求。这些通信链路一旦发生故障，可能会丢失性命攸关的数据。测试条件需要尽量模仿这些无线电设备的运行环境，不仅在链路级别，也包括多链路网络级别。

PROPSIM 卫星信道仿真解决方案可以在实验室创建针对当前和未来的卫星与航空通信系统的逼真测试条件。创建动态场景并对整个卫星网格星座进行建模，可以将测试标准推向其轨道高度。

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在实验室仿真极端的射频传播信道条件：

- 大时延多普勒

- 可变时延

- 多径

- 路径损耗和雨衰

使用 PROPSIM 在开发过程的早期发现并解决问题，从而缩短研发周期。

Keysight PROPSIM 卫星信道仿真器

四、生产

可靠的制造流程

在卫星部署之后，对在轨航天和卫星器件进行维修不仅成本高昂，而且非常困难，实际上不太可能实现。因此，在整个生产过程中（尤其是在生产规模扩大时）维持最高的质量水平至关重要。

建立与生产速度相匹配的生产流程以及测试流程，都是生产中至关重要的环节。

五、环境测试

热真空舱测试

航天应用中使用的设备经过了严格的环境测试，证明其可以在极端的发射和太空条件下生存。精确地仿真太空的极端环境条件需要在热真空(TVAC)舱内对卫星进行测试。测试要全天候运行几个月的时间。热真空舱测试通常是进行的最终测试，也是最复杂、成本最高的测试。要想测试获得成功，通常需要在测试前6到18个月就进行详细的规划。在热真空舱中进行测试，每天的成本可能就高达100万美元，因此必须确保所有测量都准确无误。热真空测试有助于发现可能存在的问题，例如可能给卫星环境造成污染的设备或材料排气、材料过热导致的设计缺陷，以及可能在低压环境中引起问题的电晕（金属蒸气电弧）效应。

由于卫星测试任务极为繁复，除了以上介绍的内容，卫星在发射之前还要考虑进行测试和验证的内容包括：

相控阵天线的测试、太阳能电池阵列仿真、卫星功率和数据总线测试等等 。

责任编辑：haq