高速率遥感卫星接收与处理系统的设计与实现.pdf

第 44 卷第 5 期2023 年 9 月Vol.44,No.5Sept.2023遥 测 遥 控Journal of Telemetry,Tracking and CommandWebsite：高速率遥感卫星接收与处理系统的设计与实现火雄成，宋云飞，赵兴，伯云龙，宁鑫鑫，赵波，王梁，吴意，程远，王德龙（陕西航天技术应用研究院有限公司，西安 710100）摘要：为成功接收搭载分米级分辨率的SAR（Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达）载荷低轨遥感卫星数据，验证卫星载荷工作状态和性能，本项目研发一套Ka/S双频段遥感卫星接收与处理机动站。针对窄波束高动态卫星跟踪、多通道高速率遥感数据星地传输的重难点，本文着重从窄波束高动态目标卫星跟踪、超高速高性能全数字解调以及高精度双模式自适应盲均衡等关键技术进行研究。通过试验验证技术路径正确、措施有效，可为后续相关系统研制提供技术参考。关键词：Ka/S频段；高速率；卫星接收；数据处理；车载机动站中图分类号：V557;TN919.5 文献标志码：A 文章编号：2095-1000(2023)05-0099-14DOI：10.12347/j.ycyk.20230427001引用格式：火雄成，宋云飞，赵兴，等.高速率遥感卫星接收与处理系统的设计与实现 J.遥测遥控，2023，44（5）：99112.Design and implementation of high-rate remote sensing satellite receiving and processing systemHUO Xiongcheng，SONG Yunfei，ZHAO Xing，BO Yunlong，NING Xinxin，ZHAO Bo，WANG Liang，WU Yi，CHENG Yuan，WANG Delong（Shaanxi Academy of AerospaceTechnology Application CO.,LTD,Xian 710100,China）Abstract:In order to successfully receive the low orbit remote sensing satellite data carrying the SAR payload with decimeter resolution,and verify the working state and performance of the satellite payload,this project developed a set of Ka/S dual band remote sensing satellite receiving and processing mobile station.Aiming at the key and difficulties of narrow beam high dynamic satellite tracking,multi-channel high-speed remote sensing data of satellite-to-ground transmission,this paper focuses on key technologies such as narrow beam high dynamic target satellite tracking,ultra fast and high-performance all digital demodulation,and high-precision dual mode adaptive blind equalization.It is verified that the technical path is correct and the measures are effective through experiments,which can provide technical reference for the subsequent development of related systems.Keywords:Ka/S band;High rate;Satellite reception;Data processing;Vehicle mobile stationCitation:HUO Xiongcheng,SONG Yunfei,ZHAO Xing,et al.Design and implementation of high-rate remote sensing satellite receiving and processing systemJ.Journal of Telemetry,Tracking and Command,2023,44(5):99112.引 言近年来，随着对地观测及遥感应用技术的快速发展，遥感卫星载荷的空间分辨率、辐射分辨率、光谱分辨率不断提高，星地链路传输通道带宽、数据量和数据率也越来越大，随之对地面接收系统的要求也越来越高1。现阶段，国内外对地观测卫星数据传输相当一部分仍然沿用 X 频段、QPSK/OQPSK/8 PSK、双圆极化频率复用等技术。但遥感卫星对地数传X频段(8 025 MHz 8 400 MHz)仅有375 MHz传输带宽2，即使采用高阶调制技术、频分多路和极化复用技术也无法满足传输遥感卫星日益增长的数据量需求。为了解决遥感卫星海量信息与星地数据传输能力之间的矛盾，国内外遥感星地传输任务正在由X频段向Ka频段扩展3,4，因此Ka频段星地收稿日期：2023-04-27 修回日期：2023-05-24第 44 卷第 5 期火雄成等，高速率遥感卫星接收与处理系统的设计与实现数据传输成为未来更好的选择1,5,6。国 际 电 联(International Telecommunication Union,ITU)规定的数据接收 Ka 频段(25.5 GHz27 GHz)可用带宽为X频段可用带宽的4倍，可大幅提高星地通道传输速率，为高分辨率对地观测系统提供超带宽数据传输通道。但由于Ka频段低轨遥感卫星具有窄波束、高动态、超高数据速率等特性，也对低轨遥感卫星地面接收系统捕获目标卫星、过顶持续跟踪、超高速高性能全数字解调等方面提出了更高的技术要求7。根据调研，目前我国绝大多数遥感卫星地面接收系统星地传输以左右旋双通道为主，速率在1 200 Mbps以下，且以固定站形态部署。同时，针对低轨遥感卫星Ka频段星地传输采用S频段跟踪引导Ka频段捕获的单脉冲跟踪体制。然而以上跟踪方式对Ka/S电轴一致性的要求极高，所以对Ka频段低轨遥感卫星的稳定跟踪尤其是过顶持续跟踪成为行业内的痛点。本次搭载SAR载荷的低轨遥感卫星星地之间采用左右旋双极化四路同时传输方式，数据速率为1 500 Mbps。鉴于任务卫星为低轨高动态遥感卫星，采用Ka/S双频段单脉冲跟踪体制就必须优化天线的窄波束跟踪能力，使其具备优良的Ka/S电轴一致性；星地左右旋双极化四路同时高速率传输，就需要地面接收系统具备优良的极化隔离度，同时基带设备具备超高速高性能全数字解调以及高精度自适应盲均衡能力。针对本次超高分辨率低轨SAR卫星的Ka频段星地高速率数据传输系统提出的窄波束高动态目标卫星跟踪、超高速高性能全数字解调以及高精度双模式自适应盲均衡等更高、更新的技术要求，本项目进行了深入的研究和实现。1系统方案设计Ka频段高速率遥感卫星接收与处理系统以机动站的形态部署，主要由数据接收车及数据处理车两大部分组成。其中数据接收车主要进行目标卫星的过境轨道计算，并生成任务下发给天线、基带设备，最后输出原始数据；数据处理车主要进行数据存储和处理，具备信息安全处理、去格式、解压缩、解包、SAR载荷数据处理和数据资源存储功能，最后输出卫星SAR载荷02级产品。1.1系统组成Ka频段高速率遥感卫星接收与处理系统由天伺馈分系统、接收信道与基带分系统、站控管理分系统、数据记录与处理分系统、载车分系统、综合保障分系统组成。系统组成与工作原理图如图1所示。图1系统组成与工作原理图Fig.1System composition and working principle diagram1002023 年 9 月遥 测 遥 控天伺馈分系统主要由 7.3 m 口径环焦天线、Ka/S双频组合馈源、馈线网络、倾斜轴式A-E座架、ACU、ADU、传动装置等组成，并通过Ka/S双频段单脉冲单通道跟踪体制完成自动跟踪卫星，接收Ka频段数传信号。接收信道与基带分系统主要由LNA、下变频器、解调器等组成。主要对Ka/S频段信号进行低噪声放大和下变频，对41 500 Mbps载荷数据进行高速解调处理。站控管理分系统主要由站控管理软件和服务器组成。根据任务计划，自动控制全站完成任务，对全站设备进行统一监控管理，并完成与外部的信息交互；过程中生成业务运行时间表、轨道预报数据、设备宏配置参数等8。数据记录与处理分系统主要由数据记录与传输软件、数据预处理软件（信息安全处理、去格式、解压缩）、SAR载荷数据处理软件、服务器和存储盘阵组成。主要完成对接收数据的信息安全处理、去格式、解压缩、解包、SAR载荷数据处理，最终输出 SAR载荷 02级产品数据。同时对接收数据进行记录，并在线自动滚动存储管理，在需要时对原始数据回放处理。车载分系统主要由车载平台、电动支腿、防雷接地设备、车载消防设备组成。作为系统平台支撑，提供安装部署环境，具有一定的机动性。综合保障分系统主要由时统设备、交换机、供电设备、测试设备等组成。主要为系统提供时频信号、内外部网络互联接口、电力保证、环境温湿度保证。1.2工作流程Ka频段高速率遥感卫星接收与处理系统工作流程如图2所示。系统工作流程说明如下：站控管理分系统接收任务计划和轨道信息，进行轨道计算，生成接收卫星任务计划和宏配置信息下发接收信道与基带分系统、天伺馈分系统；接收信道与基带分系统、天伺馈分系统接收任务宏配置信息，完成设备调整，具备接收状态；跟踪设备接收信号并进行处理，计算跟踪控制参数并使天线对准卫星；天伺馈分系统接收卫星数传射频信号，发送给接收信道子系统进行低噪声放大和下变频，再将中频信号传送给调制解调子系统进行解调，生成卫星原始数据；图2系统工作流程图Fig.2System workflow diagram101第 44 卷第 5 期火雄成等，高速率遥感卫星接收与处理系统的设计与实现 解调后卫星原始数据通过光纤发送到数据处理车的数据记录与传输子系统进行记录，同时发给数据预处理子系统和SAR载荷数据处理子系统进行卫星数据实时处理；记录的卫星载荷原始数据可以进行事后回放，辅助系统开展故障排除和测试任务。2关键技术研究2.1窄波束高动态低轨卫星跟踪2.1.1 天线跟踪体制设计本系统天线口径为7.3 m，Ka频段数传频率范围为 25 GHz27.5 GHz，S 频段遥测频率范围为2.2 GHz2.3 GHz。由此根据公式：0.5=70D=70cDf（1）由公式(1)计算得：Ka频段半功率波束宽度为0.11；S频段半功率波束宽度为1.25。鉴于Ka频段波束宽度非常窄，再加上轨道预报偏差、指向精度误差、系统时间误差的叠加79，若通过程序跟踪方式，天线电轴指向难以满足Ka频段的指向捕获及数传信号接收要求。尤其，Ka频段低轨遥感卫星数传接收链路具备带宽宽、动态范围大、线性度高、带内平坦度要求高的特点10，为保证数传信号的高质量接收，Ka频段必须具有跟踪引导能力或高精确度自跟踪能力11。为实现该系统天线在窄波束高动态条件下对低轨卫星实时跟踪，尤其是保证卫星过顶连续跟踪，本系统采用Ka/S双频段单脉冲跟踪体制，即“程序引导+S频段跟踪后转Ka频段捕获”跟踪方案。倾斜轴的倾斜角度设计低轨卫星运动速度很快，特别是在过顶时距离天线最近，此时天线方位理论速度无限大12，要保证对卫星进行连续跟踪，信号高质量接收，对大口径天线系统的动态性能要求很高。为保证天线过顶跟踪不丢失目标卫星，本系统采用倾斜轴式A-E型座架，针对倾斜轴的倾斜角度设计论证如下：倾斜角度大小、方位的最大速度与卫星高度有关，根据公式(2)计算倾斜角度：A=VstgEmaxh（2）其中，卫星运行速度Vs=KRe+h(引力常数 K=3.9861014 m3/s2，地球平均半径Re=6 371 km)；h为卫星距地高度(取 300 km)；Emax为过顶时的仰角；A为方位角速度的弧度值。根据公式(2)，如果方位最大速度取值 Amax=20/s，则Emax=85.77。则卫星过顶跟踪时，最小倾角为90-85.77=4.23，所以理论上倾角大于4.23就能满足过顶跟踪需求。故本系统在开展天线仰角大于 83的过顶跟踪任务时，天线倾斜角预置7，完全可以跟踪轨道高度300 km以上的卫星。天线跟踪流程设计基于天线Ka/S双频段单脉冲跟踪体制，若要保证天线在目标卫星过顶时跟踪不丢失，除了天线具备优良的Ka/S电轴一致性外，天线跟踪捕获流程及切换策略也至关重要13,14。天线跟踪流程说明如图3所示。图3天线跟踪流程图Fig.3Antenna tracking flowchart1022023 年 9 月遥 测 遥 控2.1.2 Ka/S频段组合馈源设计本系统天线需要同时接收Ka/S频段左右旋信号，并保证实时自跟踪目标卫星。考虑到Ka频段与S频段频差较大，且要求Ka频段具备较高增益，并能在Ka/S频段都形成差模自跟踪，故天线采用Ka/S双频五喇叭组合馈源，S频段四喇叭阵列均分在Ka频段馈源外围15，以此将Ka频段与S频段分开，保证 Ka/S 双频段同时工作，实现对窄波束、高动态目标卫星的“S频段跟踪后转Ka频段捕获”跟踪策略，并接收Ka数传信号。其中，Ka频段馈源选用波纹喇叭，波纹喇叭具有工作频带宽、电压驻波比低、辐射方向图旋转对称性好、交叉极化电平低等特点，非常适合在高性能天线中使用。Ka频段馈源网络最终输出Ka频段和、差信号及跟踪信号；S频段用于跟踪引导，为了提高馈源的性能，S频段馈源采用波导形式馈源组阵单元，上下两个S频段馈源形成俯仰差波束，左右两个S频段馈源形成方位差波束，并通过电桥形成1路差信号，经过放大后提供给跟踪接收机，同时S频段馈源形成2路和波束。Ka/S双频段组合馈源设计原理图如图4所示。同时，本系统天线方位机构设计最大速度为21.5/s，俯仰机构设计最大速度为10.5/s，以确保在天线过顶跟踪时有足够转动余量；车载底盘一体化嵌装四个调平机构和精度为0.05的电子水平仪以保证座架高精度调平。综上所述，通过选用高精度调平的统型化倾斜轴式A-E座架16，高可靠性伺服机构，采用Ka/S双频段单脉冲跟踪体制，当天线过顶仰角大于83时预置天线倾斜轴为7，同时优化S频段跟踪引导Ka频段捕获跟踪流程，以此满足窄波束高动态低轨卫星过顶跟踪要求。本项目天线座架如图 5所示。2.2超高速高性能全数字解调针对本系统中频1 500MHz、符号率500 Msps的输入信号，根据带通采样定理可将AD采样时钟定为2 000 MHz完成信号的采样。但对于采样数据高达2 000 MHz的依托时钟，受FPGA内部数字信号处理时钟限制无法直接处理，而须采用多路并行方式。同时，多路并行处理方式必然会增加解调环路的延迟，一方面会加大环路的波动，会导致解调损失增大；另一方面因延迟的增加也会减小环路的实时响应能力，从而对环路的跟踪能力造成影响，进而无法达到系统所要求的捕获范围及多普勒频偏的跟踪能力17。针对超高速高性能数字中频解调技术难点，图4Ka/S频段组合馈源原理图Fig.4Schematic diagram of Ka/S band combined feed103第 44 卷第 5 期火雄成等，高速率遥感卫星接收与处理系统的设计与实现本系统高速全数字解调器专门设计为 8路数据并行，每路依托时钟降为 250 MHz的 APRX 并行解调结构，从而实现稳定锁定、大范围捕获、强大跟踪能力。传统APRX结构采用并行+频域的信号处理方式完成高速解调操作，其中引入频域以完成解调中必需的低通滤波工作。传统APRX结构虽然能够较好地完成高码率中频信号的正常解调操作，但却很难满足宽码率范围(10 Msps500 Msps)、宽输入信噪比范围(Eb/No=130 dB)的接收要求。主要考虑到：针对低码率 10 Msps 的中频信号，2 000 MHz采样的APRX结构中的 FFT和 IFFT操作至少需要512点，再加上8路并行要求，将需要很多器件资源，已经不适合在FPGA内实现；针对输入低信噪比(BPSK、QPSK、OQPSK：5 dB；8 PSK：8 dB)的中频信号，APRX所采用的先载波恢复后码元同步的结构中，鉴相模块会因为所采用基带数据中噪声过多的原因而不断相位翻转，造成解调异常。针对上述情况，本系统高速全数字解调器设计为“降采样+先码元同步后载波恢复”的改进型APRX结构，如图6所示。2.3高精度双模式自适应盲均衡无线通信中，由于信道、发送端或接收端滤波器等的多径传输、信道衰落、幅频特性不平坦、群时延特性不平坦和放大器的非线性，在接收端会产生较大的码间串扰(Inter Symbol Interference，简称 ISI)，从而增大通信误码率。为了克服 ISI，提高接收性能，在接收端一般需要采用均衡技术18。均衡完成对信道特性的补偿，即接收端的均衡器产生与信道特性相反的特性，从而减小或消除ISI19。但是，在实际应用中设计一款性能优良的均衡器，仍是基带设备研制的重难点。一方面，由于卫星信道特性是不可预知的20，均衡器所采用的系数必须根据信道环境“自适应”变化器；另一方面，由于卫星数据内容是不可知的，均衡过程必须采用“盲”的方式进行。因此，要求均衡器在无辅助数据训练的情况下，自适应跟踪信道特性变化，完成信号失真的校正21。在本系统均衡器设计过程中，基于“自适应”和“盲”的两个需求，常规均衡器已经无法满足接收信号的失真校正要求。首先，一些精度较高的均衡器(如LMS均衡器)无法应对“盲”的需求，因为在无辅助训练的情况下，极易收敛到性能较差的局部收敛点或完全错误的假锁点，无法正常工作22；其次，一些跟踪精度相对低的均衡器(如CMA均衡器)虽然能在无辅助训练的情况下收敛到全局收敛点，但会因为其收敛精度较低23，反馈信号的波动一般较大(只有较大的反馈波动才能使得其跳出可能存在的局部收敛点进入全局收敛点)，在“自适应”过程中很难完成高性能的信号失真校正。针对以上情况，本系统需要设计一款既能稳健收敛到全局收敛点，又能很高精度锁定的自适应盲均衡器18。2.3.1 均衡算法的工程实现性比较目前常用的 LMS(Least Mean Square，最图5天线座架实物图Fig.5Photo of antenna mount图6改进型APRX解调结构图Fig.6Improved APRX demodulating structure diagram1042023 年 9 月遥 测 遥 控小均方)算法、RLS(Recursive Least Square，递推最小 二 乘 法)算 法 和 CMA(Constant Modulus Algorithm，恒模算法)算法等，LMS算法是一种自适应信号处理算法24，实现最为简单，算法复杂度最低。RLS较LMS算法的收敛速度快，但须以高复杂度的算法为代价，尤其RLS算法中涉及矩阵运算，在处理高速遥感卫星海量数据时RLS算法的复杂度会导致硬件乘法资源严重不足。CMA算法主要用于QAM制式的调制方式，且只限于以信号的模为恒量进行调整系数，而针对CMA的相位旋转问题，改进算法RC-CMA的复杂度太高，可是RC-CMA算法又不具备CMA所具有的良好的收敛特性。因此，综合考虑以上常用算法的性能以及FPGA实现的难易程度，采用CMA或LMS算法具有实现高速数传工程可行性。2.3.2 均衡算法的性能比较通过 Matlab仿真验证，主要从“均衡前后的星座图对比、均衡收敛速度、均衡收敛误差”三个方面对比CMA、RLS和LMS三种算法的性能，QPSK信号均衡前后星座图对比如图7所示，均衡误差曲线对比如图8所示。8 PSK信号均衡前后星座图对比如图 9所示，均衡误差曲线对比如图10所示。根据以上分析可知：针对 QPSK 和 8 PSK 信号，CMA，RLS，LMS 均衡均减少了码间串扰，明显改善了星座图，其中RLS和LMS均衡后星座图相较 CMA好；对比 CMA、RLS和 LMS均衡收敛误差曲线，RLS要较CMA和LMS收敛快，误差更小。图7QPSK信号均衡前后星座图Fig.7Constellations before and after QPSK signal equalization105第 44 卷第 5 期火雄成等，高速率遥感卫星接收与处理系统的设计与实现针对上述技术现状，本系统设计了一种新型双模式自适应盲均衡器(DMEQU)，如图 11所示。该新型均衡器结合CMA均衡器的高稳健性和LMS均衡器的高性能，并在此基础上加入额外的切换控制机制。在均衡初期，由于均衡系数往往离全局收敛点较远，使用CMA可以使其快速收敛到全局收敛点，并避免陷入局部收敛点；当检测到输出MSE较小时，则认为系数已完成全局收敛，并切换为LMS均衡器，以完成精度更高的收敛，获得更好的均衡性能。采用这种新型盲均衡器，可图 8QPSK信号均衡误差曲线Fig.8QPSK signal equalization error curve图98 PSK信号均衡前后星座图Fig.9Constellations before and after 8 PSK signal equalization1062023 年 9 月遥 测 遥 控以在避免局部收敛或假锁的同时，保证失真信号的高性能校正。3试验及验证本次研制Ka频段高速率遥感卫星接收与处理系统，针对窄波束高速率低轨卫星跟踪、超高速高性能全数字解调、高精度双模式自适应均衡等关键技术进行攻关，并逐一进行了试验验证。3.1馈源性能验证考虑到本系统接收的低轨卫星数传频段为25 GHz27.5 GHz，半功率波束宽度很窄，若要保证天线在卫星过顶时连续跟踪、高质量接收数据，须具备跟踪引导能力或高精确度自跟踪能力，故本系统天线采用了“程序引导+S频段跟踪后转Ka频段捕获”跟踪方案，从而选用Ka/S双频段组合馈源。鉴于此，通过高增益、低驻波、良好电轴一致性、对称性好的方向图、低电平交叉极化等指标去保证馈源优良性能，并开展馈源性能试验验证，如图12所示。通过天线馈源方向图测试，整理0.5波束宽度、增益、第一旁瓣电平、差波束零深等天线馈源性能参数如表1所示。根据上表1天线馈源性能测试结果，本系统天线S频段0.5=1.31，增益为41.78 dB，第一旁瓣电平为-18.33 dB，差波束零深为38.47 dB；Ka频段0.5=0.104，增益为 63.59 dB，第一旁瓣电平为-14.54 dB，差波束零深为 31.85 dB。均满足系统要求的第一旁瓣电平-14 dB，差波束零深30 dB的技术要求和实际任务需求。3.2超高速高性能全数字解调性能验证针对数据接收的高数据速率、宽码率范围、宽输入信噪比范围的要求，高速全数字解调器设图108 PSK信号均衡误差曲线Fig.108 PSK signal equalization error curve图 11双模式自适应盲均衡器原理图Fig.11Schematic of the dual-mode adaptive blind equalizer图 12天线测试方向图Fig.12Antenna test directional pattern107第 44 卷第 5 期火雄成等，高速率遥感卫星接收与处理系统的设计与实现计为“降采样+先码元同步后载波恢复”的改进型APRX结构。本系统改进型APRX解调结构的高速全数字解调器对解调方式为 QPSK、8 PSK、16 QAM、16 APSK，码率范围为10 Msps500 Msps，信噪比范围为135 dB的中频信号进行解调性能验证。其中数据码速率为500 Msps时，不同解调方式下的测试结果如图13所示：根据测试验证，中频 1 500 MHz、带宽 1 000 MHz内信号经改进型APRX解调结构解调处理后星座图收敛性良好，该款改进型APRX解调结构满足接收超高数据速率、宽码率范围、宽输入信噪比范围信号要求。同时，通过使用本系统改进型APRX解调结构表 1天线馈源性能测试结果Table 1Test results of antenna feed performance频率/MHz2 2002 2502 30025 00026 00027 00025 00026 00027 000测试结果极化RHCPRHCPRHCPRHCPRHCPRHCPLHCPLHCPLHCPS频段Ka频段半波束宽度测试/Az1.371.301.270.110.100.100.110.110.101.310.104El1.371.301.230.110.100.100.110.100.10增益测试/dB41.4641.8742.0163.5063.7863.6863.4263.5263.6441.7863.59第一旁瓣测试-电平/dBAz左-19.16-18.34-19.50-15.17-15.00-14.00-15.84-14.83-15.00-18.33-14.54Az右-19.33-17.67-18.33-14.83-15.17-14.50-14.22-14.83-14.0El上-18.33-17.17-17.67-14.83-14.84-14.66-14.00-14.33-14.33El下-18.16-18.00-18.34-14.17-14.04-14.16-14.03-14.16-14.13差波束零深测试/dBAz37.8336.3439.8330.3431.3332.0031.3631.5030.8338.4731.85El44.3332.0040.532.6632.0031.5030.5031.1637.00图 13超高速高性能全数字解调测试验证图Fig.13Test results of ultra high-speed and high-performance all digital demodulation1082023 年 9 月遥 测 遥 控的高速全数字解调器，接收任务卫星41 500 Mbps超高速数据，在8 PSK解调体制下进行验证，试验验证结果如图14所示。通过任务试验验证，本系统高速全数字解调器设计的改进型APRX解调结构，可以很好地解决超高速高性能中频数字解调、高/低信噪比稳定接收一系列问题。3.3高精度双模自适应盲均衡性能验证针对卫星接收信道“自适应”和“盲均衡”的特性，本系统高速全数字解调器设计了一种兼具CMA均衡器高稳健性和LMS均衡器高性能的新型双模式自适应盲均衡器。对该新型均衡器在解调方式为 QPSK/8 PSK/16QAM/16APSK，码速率分别为600 bps、900 Mbps、2.0 Gbps，成型系数为0.35的测试条件下开展了性能测试，在盲均衡功能关闭和开启测试截图如图15所示。同时，通过实际测试均衡器打开后的Eb/N0值，在误码率为1E-7时的解调损失如表2所示。综合上述测试结果，通过关闭和开启盲均衡功能，双模自适应盲均衡器可对高达500 sps符号速率的数传信号性能进行提升，使解调性能完全满足任务要求。图148 PSK 500 Msps任务接收频谱及解调星座图Fig.14Spectrum and demodulation constellation diagram of 8 PSK 500 Msps receiving task图 15盲均衡器关闭和开启测试图Fig.15Test results of blind equalizer109第 44 卷第 5 期火雄成等，高速率遥感卫星接收与处理系统的设计与实现3.4系统性能验证任务卫星在轨测试期间，该Ka/S双频段遥感卫星接收与处理机动站在华北地区持续开展接收和处理任务。通过对原始数据进行去格式(拆帧)、解压缩处理，正确解析出辅助数据帧和回波数据帧；然后利用辅助数据和回波数据成功生成了SLC(单视复数)影像，最终输出02级SAR成像产品。经任务验证，证明本系统技术路径正确、可行。本系统实时处理任务记录及成像图像如表 3表 2均衡器打开后性能测试表Table 2Test results of Blind Equalizer performance调制体制QPSK8 PSK16 QAM16 APSK理论(Eb/N0)/dB11.314.715.215.8实测(Eb/N0)/dB11.715.1515.516.2解调损失/dB0.40.450.30.4表 3系统性能测试结果Table 3Test results of system performance序号12时间2021-01-25，23:532021-01-25，23:572022-04-12,13:262022-04-12,13:34拍照区域某区域某海岸区域原始数据量/GB通道1：35.860通道2：35.246通道3：34.982通道4：35.389通道1：69.187通道2：67.585通道3：63.216通道4：59.927帧数35 019 53134 419 92234 162 10934 559 57067 565 43066 000 97761 734 37558 522 461有效数据量/GBSAR 1：11.225SAR 2：11.217SAR 3：11.301SAR 4：11.313SAR 5：11.578SAR 6：11.492SAR 7：11.563SAR 8：11.523SAR 9：11.526SAR 10：11.539SAR 11：11.575SAR 12：11.493SAR 13：11.502SAR 14：11.547SAR 15：11.5323SAR 16：11.559SAR 1：13.971SAR 2：13.972SAR 3：13.971SAR 4：13.970SAR 5：13.565SAR 6：13.492SAR 7：13.533SAR 8：13.507SAR 9：12.492SAR 10：12.487SAR 11：12.489SAR 12：12.483SAR 13：10.859SAR 14：10.882SAR 15：10.863SAR 16：10.962SAR图像图16(a)图16(b)图16(c)图16(d)1102023 年 9 月遥 测 遥 控所示。本系统实际任务处理记录对应的成像图像如图16所示。4结束语本文设计的Ka/S双频段高速率遥感卫星接收与处理系统通过采用“程序引导+S频段跟踪后转Ka频段捕获”跟踪方案、“降采样+先码元同步后载波恢复”的改进型 APRX 并行解调结构、兼具CMA均衡器高稳健性和LMS均衡器高性能的新型双模式自适应盲均衡器等技术路径，在国内业界首次实现同时接收和处理4路1 500 Mbps超高速遥感数据，成功完成了对分米级高分辨率SAR载荷低轨遥感卫星工作状态和性能的验证工作。参考文献1 王中果,汪大宝.低轨遥感卫星Ka频段星地数据传输效能研究J.航天器工程,2013,22(1):72-77.WANG Zhongguo,WANG Dabao.Research on transmission effectiveness of remote sensing data from LEO satellite to earth at Ka-bandJ.Spacecraft Engineering,2013,22(1):72-77.2 International Telecommunications Union.Radio regulations(2012)S.Switzerland:International Telecommunications Union,2012.3 朱维祥,穆伟,王万玉,等.Ka频段遥感卫星数据接收系统跟踪性能测试新方法J.电讯技术,2015,55(5):560-563.ZHU Weixiang,MU Wei,WANG Wanyu,et al.A new tracking performance test method for ka-band remote sensing satellite data receiving systemJ.Telecommunication Engineering,2015,55(5):560-563.4 ROSELL J,MARTELLUCCI A,ACOSTA R,et al.26 GHz data downlink for LEO satellitesC/6th European Conference on Antennas and Propagation,2012:111-115.5 TOPTSIDIS N,ARAPOGLOS P D,BERTTNELLI M.Link adaptation for Ka-band low earth orbit earth observation systems:A realistic performance 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