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地球中低轨道通讯卫星星座概览——O3b星座系统
2018-09-21 / 阅读次数：2021
泉源 | 深夜空间局LASA
作者 | LASA鹏-韩慧鹏
O3b星座系统是全球第一个乐成投入商业运营的中地球轨道（MEO）卫星通讯网络，使用Ka频段卫星通讯手艺，提供具备光纤传输速率的卫星通讯主干网，主要面向地面网接入受限的种种运营商或集团客户提供高速、宽带、低本钱、低时延的互联网和移动通讯效劳。
生长历程
O3b星座系统由O3b网络互联网接入效劳公司开发，该公司是Greg
Wyler于2007年团结多家大型公司和银行建设，致力于为天下上信息落伍地区（主要是非洲、亚洲和南美等）的“其他30亿人”提供高速通讯毗连。其计划和看法提出后，获得了SES、Google等至公司的支持，并于2010年底获得了全额资助，至此O3b星座系统的主要效劳工具成为互联网效劳提供商、电信效劳提供商、大型企业、政府机构和军方用户等。
O3b星座的第一代卫星由泰雷兹·阿莱尼亚空间公司（TAS）承研，从2013年最先发射安排，每4颗卫星一组发射，8颗卫星一个编队运行，至今已发射4组次（划分为2013年6月25日、2014年7月10日、2014年12月18日和2018年3月9日），在轨卫星已有16颗。凭证简氏防务报道，前12颗卫星的研制和发射总本钱约为12亿美元，O3b公司于2015年再次融资4.6亿美元用于购置8颗卫星，妄想将第一代星座扩展至20颗卫星。
2013年首批4颗卫星发射入轨后，供电分系统和频率爆发器单位泛起故障，导致卫星在10年寿命期内效劳降级。为此，O3b公司申请了3.18亿美元的索赔。现在，O3b将其中2颗卫星设为待命模式，用作在轨备份。
O3b星座的前12颗第一代卫星均位于赤道上空、8062公里、险些零倾角的MEO轨道上，笼罩区仅在南北纬45°之间，牺牲了对中高纬度的笼罩，真正的切合了其名称“另外30亿人”，为处于赤道的许大都字鸿沟问题严重的地区带去了网络的接入。2014年9月1日，O3b公司正式在太平洋、非洲、中东和亚洲地区提供商业效劳，政府机构和美国军方是其重点用户。2018年3月新发射的4颗第一代卫星已于5月17日投入使用，使O3b卫星编队总容量增添38%，将笼罩区扩大到南北纬50°之间，可为南北纬50°～62°规模内的地区提供有限的效劳。
2016年11月，O3b公司向美国联邦通讯委员会（FCC）提出申请，妄想增添新的卫星进入美国市场运营。经由修改并添加了V频段（50-75GHz）申请后，2017年11月，O3b公司向FCC提出新的申请，妄想发射30颗新的MEO卫星进入美国市场运营。
2017年，SES公司收购O3b公司后，由波音卫星系统公司（BSS）研制22颗O3b星座第二代卫星（O3b
mPower），预计第二代卫星将于2020年以后最先发射安排，致力于通过卫星星座实现全球毗连。O3b第二代星座具有规� ？杀淠芰�，初期将由7颗高通量中轨卫星组网，设3万个宽带互联网效劳点波束，通讯总容量将达10Tb/s。通过此次收购，O3b星座可以融入SES的空间系统舰队，由此实现GEO与MEO融合的效劳系统，来提供更有针对性的网络接入。
2018年6月8日，FCC批准O3b使用26颗新增卫星在美销售卫星连通效劳的请求。新获授权将使O3b公司能够运营共计42颗中轨卫星。这些新增卫星将会兼用倾斜和赤道轨道，把O3b星座笼罩规模从现在的南北纬50度之间扩展到地球南北极，成为一个全球性系统。
系统规模
O3b第一代卫星均运行在相同的轨道面上，即8060×8072km高度、0.03°倾角的赤道上空MEO轨道。轨道周期为287.92分钟，主要笼罩地面南北纬45°之间的区域。整个星座并未对卫星数目举行限制，一样平常接纳8颗星一组的模式，可以按需增添卫星数目，实现在轨容量扩展。
O3b第一代星座系统将地面分为7个区域，每个区域10个用户波束，由12颗星组成的卫星星座总用户波束数为70。
O3b星座接纳的MEO轨道虽然不是同步轨道无法做到相对地面的静止，动态性相较于LEO系统却要低许多，因此可以阻止过于重大的系统与频仍的切换。O3b的卫星也通过相对简朴的卫星设计，降低了卫星的本钱，却可以提供凌驾1Gbps的毗连速率。
O3b星座无星间链路，因此实时通讯要求在全球多个所在布设地面站。现在，O3b系统已经在全球9个所在安排了地面信关站，划分是夏威夷，美国西南部、秘鲁、巴西、葡萄牙、希腊、中东、澳大利亚西部、澳大利亚东南部。测控站与部分信关站重叠，例如，美国本土、澳大利亚、希腊、秘鲁等地的信关站与测控站是合二为一的。地面信关站和测控站漫衍详见“生长历程”章节中的“O3b卫星系统地面笼罩规模图”。
O3b星座系统的营业应用涉及主干网、地面移动网干线、能源、海事和政府通讯等几大领域，系统划分针对差别的应用领域提供差别的速率和效劳。例如，针对政府通讯可以提供保密线路；针对地面移动网干线可以提供基站间通讯营业；在能源领域可以使用其低时延特征实现一些实时性要求较高的音视频通讯等营业，也可以提供大宗带宽用于远程资产监控，还能改善边远及海上油气田事情职员的业余生涯；海事应用主要针对游轮用户，可以为游客提供近似于陆地宽带的用户体验，流通运行种种社交软件、视频通讯软件。
卫星设计
第一代卫星由TAS公司研制，接纳“寿命延伸平台”（ELiTe），单星发射质量约700kg，功率1575W、设计寿命约10年。ELiTe平台是TAS公司面向中低轨小型卫星星座推出的主打平台，普遍应用于全球星第二代、铱星下一代等卫星星座，据报道，基于该平台研制的低轨卫星的数目凌驾110颗。
在平台方面，电源分系统接纳三结砷化镓太阳能电池和100Ah锂离子蓄电池；结构机构分系统接纳铝管作为支持结构、铝制蜂窝板作为面板；推进分系统接纳肼作为燃料，贮箱容量154kg，配备8个1N推力器。在有用载荷方面，卫星接纳弯管式透明转发体制，事情在Ka频段，上行频段规模为27.6~28.4GHz和28.6~29.1GHz，下行频段规模为17.8~18.6GHz和18.8~19.3GHz。
星上设置12个65W行波管放大器，事情带宽216MHz，对地面配备12副指向可控的蝶形天线，每副天线形成一个点波束，共计12个点波束，其中10个波束为用户波束，另外2个波束为信关站波束，每副天线的指向规模为±26°，跟踪地面牢靠位置，波束笼罩直径为700公里，可笼罩南北纬45度以内的地球外貌。每副天线接纳圆极化方法，通过极化复用方法（左旋圆极化和右旋圆极化）实现事情频带2×216MHz，信息速率高达2×800Mb/s。O3b星座系统的端到端时延约为150ms，当在链路上接纳TCP/IP协议传输信息时，单条TCP毗连的速率可以抵达2.1Mb/s。
现在，O3b公司正在起劲推广海事卫星通讯效劳，美国皇家加勒比游轮公司旗下的海上绿洲号和海上诱惑号已经装置了O3b的卫星通讯终端，系统测试最高单艘游轮的速率抵达700Mbit/s，时延仅为140ms左右，实现了其所宣称的“光纤的速率、卫星的笼罩”。
频谱妄想
O3b公司为第一代星座申请的频率资源为上行链路27.6～28.4GHz和28.6～29.1GHz，下行链路17.8～18.6GHz和18.8～19.3GHz，数据通讯与测控接纳统一频段。为了充分使用频谱资源，实现最大的系统容量，每一段频率都举行了频率复用。
地面终端
O3b定位于主干节点之间的高速传输，效劳的用户相对有限。作为宽带通讯卫星星座，其终端为典范的、成熟的VSAT终端，可以装置在舰船和牢靠修建物上。下面以海事终端为例先容其终端的相关指标。
O3bMaritime接纳了先进的自稳固跟踪天线、高速模子等手艺，为游轮和超等游艇提供高速通讯效劳。O3b公司提供端到端的治理式效劳，包括信关站装备、船载装备、站址勘探、装置和安排等等。别的，O3b公司的相助同伴还可提供全天时、全天候的监控和维护效劳。
O3b针对海事市场专门推出了波束跟踪效劳，在船舶正常的航行蹊径内，O3b卫星自动坚持跟踪，并包管船舶位于波束的中心。平均每隔两小时，船舶向O3b星座报告其精度和纬度的更新数据。若是船舶暂时改变航线，跟踪的波束也适时举行改变。
针对海事通讯，O3b有1.2m和2.2m两种口径VSAT终端，可实现前向350Mbit/s、返向150Mbit/s的标称速率。由ORBIT公司制造的OceanTRx
7-500终端的2.2m天线主要指标如下。
O3b系统典范VSAT终端指标
营业应用
现在，O3b公司妄想使用已有的16颗MEO卫星提供南北纬50°的宽带笼罩。
公司下设五大营业品牌：
✔ O3bTrunck，为地面电信运营商提供干线传输效劳；
✔ O3bCell，为地面无线网络运营商提供蜂窝网数据回程传输效劳；
✔ O3bEnergy，面向石油和自然气企业提供离岸平台的通讯效劳；
✔ O3bMaritime，面向古板海事市场用户提供宽带毗连；
✔ O3bGoverment，面向美国国防部、国防信息系统局，以及美国的友邦政府机构和非政府机构提供宽带效劳。
O3b系统效劳与应用
后续建设
后续22颗O3b星座第二代卫星包括12颗O3bN卫星(与赤道平面坚持零度倾角)和10颗O3bI卫星(与赤道平面坚持70度倾角)。第二代卫星将接纳更先进的卫星平台手艺，如使用全电推进手艺；每颗卫星发射重量预计约1200kg，比第一代卫星重500kg；卫星轨道高度稳固，但将新引入倾斜轨道，以实现近乎全球笼罩。
O3bN卫星将运行于赤道平面轨道，轨道高度8062公里，使用Ka和V频段，使每颗卫星的容量是第一代卫星的10倍以上，具有提供卫星宽带通讯的能力，支持海上、航空、移动回传、IP干线和混淆IP通讯。用户终端将位于北纬63度到南纬63度之间，通常由具有最佳视角（仰角）的活跃卫星提供效劳。
O3bI卫星运行于轨道高度亦为8062公里、倾斜角度为70度的两个圆形轨道面上，升交点赤经为0到180度。O3bI卫星将在每24小时中至少有75%的时间笼罩北纬70度到南纬55度间地区，还将一连笼罩美国50个州、波多黎各以及美属维京群岛。未来将在较高纬度装置特另外网关设施，以支持纬度更高地区的用户。与O3bN卫星类似，O3bI卫星也能提供宽带通讯能力，支持海上、航空、移动回传、IP干线和混淆IP通讯。
O3b第二代卫星的卫星控制中心位于卢森堡的贝茨多夫，备用设施位于美国弗吉尼亚州的马纳萨斯。网络运行控制中心位于马纳萨斯，其备用设施位于贝茨多夫。这些控制中心和遥测、跟踪和指挥（TT&C）地面站使用租用的地面线路或清静的Internet虚拟专网毗连。
在卫星有用载荷方面，O3b第二代卫星具有无邪的波束形成能力，可实时实现每颗卫星凌驾4000个波束的形成、调解、路由和切换，以顺应任何地方的带宽需要，性能将比第一代卫星显着提高。
其中，O3bN卫星将使用V频段，上行频率为47.5~50.2GHz和50.4~51.4GHz，下行频率为37.5~42.5GHz，如下图所示为O3bN在V频段的频率妄想。所有使命阶段中，TT&C操作将在Ka频段中完成。由于O3bN卫星使用数字信道化器，信道带宽在RHCP和LHCP时从卫星到地面偏向在37.5~42.5GHz间转变，从地面到卫星偏向在47.2~50.2GHz以及50.4~51.4GHz间转变。
其它信息
（1）O3b系统切换历程
O3b系统接纳双天线系统来实现用户终端在差别波束和差别卫星之间的切换，即先毗连后断开的方法，详细流程如下图所示。
（2）规避对GEO卫星系统爆发影响
为了阻止对GEO系统爆发影响，O3b系统也接纳了自动的波束避让。从而最洪流平的实现对现有和未来频段资源的使用。
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