对我国卫星通信产业技术发展的观察和思考

+ 西安航天恒星科技实业（集团）公司 副总经理 杨 恪

对我国卫星通信产业技术发展的观察和思考

+ 西安航天恒星科技实业（集团）公司 副总经理 杨 恪

卫星及其应用产业主要包括卫星制造、发射、运营以及地面设备制造和服务，作为我国战略性新兴产业的重要组成部分，卫星及其应用产业在国民经济的各个领域发挥着日益重要的作用，并迅速向传统产业渗透，呈现出较高的成长性和较强的产业融合性。预计到“十二五”末，我国将有上百颗卫星在轨运行，从而形成较完备的应用卫星体系，为卫星应用产业快速发展奠定良好的基础。可以预期，未来相当长一段时间都将是我国卫星应用的高速发展期，其中卫星通信、卫星导航、卫星遥感则是卫星应用产业的三大支柱。本文结合西安航天恒星科技实业（集团）公司近年来在以上主流方向的业务开展情况，重点分析了我国卫星通信，尤其是移动卫星通信的一些发展思路。

一、卫星宽带多媒体通信是不可或缺的通信手段

我国卫星通信始于上世纪七十年代，1972年我国首次组建了卫星地球站。上世纪八十和九十年代是我国卫星通信产业的高速发展期，其中VSAT卫星通信的发展尤为快速。从1993年VSAT通信业务向社会开放经营至今，VSAT卫星通信系统以其独特的方式在我国信息通信领域里扮演着越来越重要的角色，其网络建设已经遍布全国各地。VSAT专用网络成为许多大型企业、商业团体、金融机构、新闻单位拓展业务的神经中枢。在公众电信网络中，对于远距离的小容量通信，以及地面蜂窝网或寻呼系统的组网方面，VSAT系统也发挥了重要的作用。

进入21世纪后，国内卫星通信产业曾经历过一个衰落期，造成这种情况的原因主要来自两方面：

1）以光纤为主导的地面固定网络和移动通信网络的迅猛发展对卫星通信产生很大冲击，挤压了卫星通信应用市场；

2）就卫星通信系统本身而言，我国还没有形成一个完整的涵盖开发、研制到生产的产业链。卫星通信终端尤其是室内单元设备、网管系统基本采用国外产品，卫星通信网络规模小，用户量少和业务单一是主要制约因素。

尽管如此，和地面网络相比，卫星通信仍有自己无可比拟的优势，这些优势可以归纳为：

1）不受地域限制，覆盖面积大，服务范围广；

2）网络建设速度快，成本相对较低；

3）网络路由简洁，抗毁性强，适合应急和军事通信使用。

因此，卫星通信作为地面通信的补充和备份，仍然是国家信息基础设施不可缺少的组成部分，有着地面通信网络不可替代的作用。随着近几年国家各种应急突发事件的频发，卫星通信在我国又进入了一个相对平稳的发展期。在这种形势下，卫星通信的宽带化和移动化，以及对多媒体业务的支持，无疑会更好地支撑卫星通信业务的开展。

二、移动卫星通信面临更多发展契机

卫星通信中完整的地面站系统有至少一个中心站和若干远端站，中心站一般是固定站，远端站可能是固定站，也可能是“静中通”、“动中通”或便携站等移动终端。

从地面站配置的卫星调制解调器来看，国内几乎所有运营商和系统集成商所选用的设备全部来自国外。这些国外厂商主要包括美国的休斯、卫讯、iDirect和ComTech、以色列的吉莱特、德国的诺达。和公共电信网络不同的是，全球范围内没有统一的卫星通信协议标准，主流的卫星调制解调器设备厂商都是各自定义自家的卫星通信协议，一旦中心站选用了某个厂商的卫星调制解调器，其余远端站也必须配置该厂商的卫星调制解调器，采用不同厂商调制解调器设备的卫星通信网络无法互联互通。卫星通信协议标准的不统一和国外厂商的先期进入导致国产卫星调制解调器短期内在民用市场上难以匹敌国外设备，国产卫星调制解调器更多的需求来自军方市场。

但在移动卫星通信业务方面，国内厂家面临更多的机遇。陆地部分的移动卫星通信业务对“静中通”、“动中通”和便携站仍有持续增长的市场需求，我国在上世纪90年代末已有自行研制的“动中通”移动卫星通信系统，经过十多年的发展，国内的相关院所无论在“动中通”系统的天线自动对星技术还是载体结构方面都取得了长足发展，产品完全能满足市场需要。移动卫星通信在海洋通信中则有更广泛的市场，基站信号远海无法覆盖，近海岛屿和地区无法无缝覆盖，国际海事卫星资费昂贵，北斗导航设备只能提供短报文服务，这些都为移动卫星通信在海洋通信中提供了广阔的市场前景。

卫星通信系统由空间的通信卫星和地面站组成，卫星通信“抗毁性”好主要针对通信卫星不易遭受攻击而言，而地面站部分也必须考虑站点的机动灵活，特别是中心站采用大口径天线，通常都为固定站，容易成为攻击目标，一旦地面中心站被毁，卫星通信的“抗毁性”就无从谈起。因此移动卫星通信业务的发展除了常规的“动中通”和便携站，还需考虑可移动中心站。此外，双频“动中通”（同一副天线可工作在两个不同频段，通常为Ku和Ka频段）也是移动卫星通信新的发展方向，双频“动中通”支持移动终端访问不同频段的卫星转发器，进一步增强了卫星通信的稳健性。移动卫星通信的这些新概念和新方向为我国的卫星通信设备制造商提供了更多发展契机。

三、移动卫星通信业务促进新型结构地面天线的发展

天线是卫星通信系统中室外单元的主要组成部分，移动卫星通信业务的发展带动了新型结构天线的研制和生产。以“动中通”为例，早期的“动中通”和目前常规的“动中通”采用窄波束反射面天线并把它安装在一个三维机械稳定平台上，靠稳定平台和伺服系统保证天线波束时时对准卫星，由于采用反射面天线，这种“动中通”体积大，高度高，车载往往超高。较新的“动中通”则采用平板相控阵天线实现二维跟踪，尽管平板相控阵天线的扫描范围一般只有120度，但在利用激光陀螺或光纤陀螺等敏感元件并附加精密机械伺服控制系统后，平板相控阵天线能实现有效的全方位跟踪。而且系统反应速度很快,跟踪效果更好。

图1和图2分别是航天恒星科技实业（集团）公司已研制的0.6米Ku频段平板“动中通”样机和0.6米反射面型Ku/Ka双频动中通样机的示意图。从中可以看出，平板“动中通”的体积和高度都更小。

如前所述，移动卫星通信业务中现已出现对移动型中心站的需求，无论C频段还是Ku频段，中心站天线直径通常都在3.7米以上，而口径1.8m以上的固面天线重量已经非常大，即使分片包装，运输、安装和拆卸仍然相当复杂。航天恒星科技实业（集团）公司最近提出一种利用伞状天线构建快速机动型地面站的方案并已研制成功4.2米和6.2米两种尺寸的伞状天线，该方案利用了伞状天线可快速展开收拢、体积更小、重量更轻、收拢后便于隐蔽运输的特点。伞状天线最早是作为星载可展开天线来使用的，其反射面由天线肋和反射网组成，美国、欧洲部分国家和以色列的一些卫星上都曾使用到伞状天线。图3是航天恒星科技实业（集团）公司4.2米伞天线展开的实物图，该天线现已投放市场并获得了用户订单。

伞天线是将空间天线技术转换为地面应用以适应移动卫星通信业务蓬勃发展的成功案例。其成功启示了研究人员空间技术向地面转换是加速移动卫星通信业务的一条捷径，充气式便携地面天线是对此的又一良好印证，该天线于2012年3月在华盛顿举办的2012美国卫星通信展会上由美国GATR公司正式推出，一经露面就引起了高度关注，被认为是移动卫星通信领域创新力十足的一款产品。充气天线如图4所示，它由反射面、球体透波罩、馈源、充气机、安装平台等构成，球体透波罩由柔性薄膜缝合制成，具有强透波性。球体透波罩内部的抛物反射面由薄膜材料缝合粘结形成，薄膜上有导电性金属薄膜涂层。在用充气机对透波罩上半部分和下半部分进行充气后，由两面压力差形成内部的抛物反射面。

充气式便携天线最大的特点是实现了大口径天线的便携化，传统固面便携天线的口径不能大于1米。而GATR公司在2012年3月的这次展会上，展出了直径为2.4米的充气地面天线，这种2.4米的天线能用于C、X、Ku和Ka频段的便携卫星通信。航天恒星科技实业（集团）公司在2013年年底也研制成功了直径1.8米的C频段充气式便携天线，在研制过程中，我们也深刻体会到，星载天线技术向地面应用转化的过程中，并非简单的原样复制，也需要解决地面应用过程中产生的新问题，例如充气式地面天线不考虑星载充气天线所要求的材料硬化过程和抗辐射能力，但必须保证球体罩和内部反射面材料的气密性，这需要专门的裁剪和粘接工艺来保障。

四、结语

卫星通信是卫星应用产业的主打方向之一，也是航天商业化的热点领域。随着国家加大和加快对战略性新兴产业的培育，我国卫星通信设备的自主研发能力和产品技术更新能力正在日益提升，在移动卫星通信领域，这种提升趋势尤为明显。尽管目前我们和国际先进的卫星通信设备制造上还有一定的差距，但借助我国航天科技多年的技术积累，在传统的卫星通信业务领域迎头赶上，在一些新的业务领域或技术方向上实施超越指日可待，星地一体的自主化卫星通信系统对于保障国家安全，促进国民经济的健康发展无疑将发挥巨大作用。