2022-09-11
 
天线支持先进的卫星通信测试
2022年09月11日  

麻省理工学院林肯实验室大楼的屋顶上有一个38英尺宽的圆顶状无线电天线罩。在气候控制的环境中,一个钢结构支撑着一个20000磅、直径20英尺的卫星通信(SATCOM)天线,免受新英格兰天气的影响。天线鈥攃称为多频段测试终端(MBTT)鈥攃每秒旋转15度,在24秒内完成一次旋转。在这种速度下,MBTT可以检测和跟踪中、低地球轨道上的卫星(中、低是指卫星绕地球轨道的高度)。

在2017年安装MBTT之前,实验室依靠各种小型天线进行卫星通信测试,包括空中Ka波段测试终端(OTAKAT)。与直径近8英尺的OTAKaTT天线相比,MBTT的灵敏度高出7倍。与其前身不同的是,正如其名称所示,MBTT的设计可以轻松地重新配置,以支持军用和商用卫星卫星通信系统使用的多个射频(RF)频段。

“作为比OTAKaTT更大、更强大、更灵活的测试资产,MBTT是实现先进卫星通信技术发展的游戏规则改变者,”林肯实验室高级卫星通信系统和运营组的技术人员Brian Wolf说。

Wolf于2017年参与了MBTT的安装和初步调试。随后,他领导MBTT通过了与美国陆军空间和导弹防御司令部的严格认证过程,该过程于2019年完成,证明天线的发射和接收性能足以在宽带全球卫星通信(WGS)系统上运行。WGS是由美国国防部拥有和运营的10颗卫星组成的星座,在地球上的各个点之间提供高数据速率连接。自2019年以来,Wolf一直担任MBTT项目的首席研究员,支持美国航天部队受保护的反干扰战术卫星通信(PATS)能力的开发。

“PATS正在开发通过WGS、商用转发器卫星和具有专用机载PTW处理的新国防部卫星提供受保护战术波形或PTW服务的能力,”Wolf说。

正如Wolf所解释的,波形是两个调制解调器之间通信时传输的信号,而PTW是一种特殊的波形,旨在提供高度安全、抗干扰的通信。干扰是指通信信号受到干扰时鈥攅它是由友军意外(例如,他们可能错误配置了卫星通信设备并以错误的频率进行传输)或敌方有意阻止通信。林肯实验室于2011年开始开发PTW,为初步设计和系统架构做出了贡献。在此后的几年中,该实验室参与了原型设计和测试工作,以帮助行业成熟的调制解调器处理波形。

Wolf说:“我们的原型PTW调制解调器已被部署到全国各地的工业现场,因此供应商可以在开发将在现实世界中部署的PTW系统时对其进行测试。”。预计2024年,WGS上PTW服务的初始运行能力。

工作人员最初将MBTT设想为PTW的测试资产。MBTT的正下方是一个PTW开发实验室,研究人员可以直接连接天线进行PTW测试。

PTW的设计目标之一是在与卫星通信相关的广泛射频频段上操作的灵活性。这意味着研究人员需要一种方法来测试这些波段的PTW。MBTT被设计为支持卫星通信的四个常用频段,这些频段的频率范围从7 GHz到46 GHz:X、Ku、Ka和Q。然而,MBTT在未来可以通过设计额外的天线馈源来支持其他频段,该设备将天线连接到射频发射机和接收机。

为了在不同支持的射频频段之间切换,MBTT必须重新配置新的天线馈源,该天线馈源向天线盘发射信号并从天线盘收集信号,以及射频处理组件。不使用时,天线馈电和其他射频组件存储在MBTT指挥中心,位于天线主平台下方。这些饲料大小不一,最大的有6英尺长,重近200磅。

为了将一个馈电换成另一个馈电,天线罩内的起重机用于提升、解开和移除旧馈电;然后,第二台起重机将新进料提升到位。不仅需要更换天线前部的馈电,还需要更换天线后部的所有射频处理组件鈥攕uch作为用于提升卫星信号的高功率放大器和用于将RF信号转换为更适合数字处理的较低频率的下变频器鈥攁lso需要更换。一组熟练的技术人员可以在4到6小时内完成此过程。在科学家进行任何测试之前,技术人员必须校准新饲料,以确保其正常运行。通常,他们将天线指向已知以特定频率广播的卫星,并收集接收测量值,然后将天线直接指向自由空间以收集传输测量值。

自安装以来,MBTT已支持涉及PTW的广泛测试和实验。在2015年至2020年的受保护战术服务现场演示(PTW调制解调器原型制作工作)期间,实验室对多颗卫星进行了测试,包括EchoStar 9商用卫星(在全国范围内提供宽带卫星通信服务,包括卫星电视)和国防部运营的WGS卫星。2021,实验室使用其PTW调制解调器原型作为终端调制解调器,对受保护的战术企业服务进行空中测试鈥攁 波音公司正在PATS项目下开发陆基PTW处理平台鈥攚通过Inmarsat-5卫星。实验室再次使用Inmarsat-5测试了一个原型企业管理和控制系统,以实现弹性、不间断的卫星通信。在这些测试中,飞行在737飞机上的PTW调制解调器原型通过Inmarsat-5传回MBTT。

“Inmarsat-5提供适用于PTW的军用Ka波段转送服务,以及名为全球快线的商业Ka波段服务,”Wolf解释说。“通过飞行测试,我们能够演示跨多条卫星通信路径的弹性端到端网络连接,包括军用Ka波段的PTW和商业卫星通信服务。这样,如果一条卫星通信链路工作不正常鈥攎可能是因为用户太多,带宽不够,或者有人试图干扰鈥攜您可以切换到备份辅助链路。”

在2021的另一次演示中,实验室将MBTT用作模拟干扰源,以测试O3b上的PTW,O3b是SES公司拥有的一个中等地球轨道卫星星座。正如Wolf所解释的,SES提供了许多自己的终端天线设备,因此,在这种情况下,MBTT作为模拟各种干扰的测试仪器很有帮助。这些干扰从配置错误的用户以错误的频率发射到模拟其他国家可能部署的先进干扰策略。

MBTT还支持由航天系统司令部领导的国际外联工作,该司令部是美国航天部队的一部分,旨在将PATS能力扩展到国际合作伙伴。2020年,该实验室使用MBTT在天网5C上演示了X波段的PTW,这是一颗为英国武装部队和北大西洋公约组织联盟部队提供服务的军用通信卫星。

“当一个国际合作伙伴说,“PTW很好,但它能在我的卫星或终端天线上工作吗?”“Wolf解释道,“天网测试是我们首次在X波段上使用PTW。”

MBTT通过光纤连接到林肯实验室的研究设施,还支持非PTW测试。工作人员测试了抑制或消除干扰的新信号处理技术、信号检测和地理定位的新技术,以及将PTW用户连接到国防部其他系统的新方法。

在未来几年,该实验室期待着与国防部的更多用户社区进行更多的测试。随着PTW达到运行成熟度,MBTT作为参考终端可支持供应商系统的测试。随着带有机载PTW处理的PTS卫星进入轨道,MBTT将有助于早期在轨检查、测量和表征。

“这是一个参与这项工作的激动人心的时刻,因为供应商正在基于我们开发的概念、原型和架构开发真正的卫星通信系统,”Wolf说。

这篇文章由麻省理工学院新闻(web.MIT.edu/newsoffice/)转载,这是一个广受欢迎的网站,报道有关麻省理工大学研究、创新和教学的新闻。

免责声明: 本文仅代表作者本人观点,与中国机器人网无关。本网对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考,并请自行承担全部责任。本网转载自其它媒体的信息,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。
客服邮箱:service@cnso360.com | 客服QQ:23341571