随着虚拟化技术的进步,云计算公司和卫星运营商越来越多地联手降低成本,改善网络接入。地面站是什么?目前有哪些优秀的地面站网络公司?本文将为大家一一分析。

一、地面站

地面站是什么?

地面站、地面站或地球终端是一种地面无线电台,设计用于与航天器(构成航天器系统地面部分的一部分)进行行星外通信,或接收来自天文射电源的无线电波。地面站可以设在地球表面,也可以设在大气中地面站通过发射和接收超高频(SHF)或极高频(EHF)波段(例如微波)的无线电波与航天器通信。当一个地面站成功地向航天器发送无线电波(反之亦然)时,它就建立了一个通信链路。地面站的主要通信设备是抛物面天线。

地面站可以有固定的位置,也可以有流动的位置。《国际电信联盟(ITU)无线电条例》第1条第3节描述了各种类型的固定和移动地面站及其相互关系

专门的卫星地面站用于与卫星——主要是通信卫星——进行通信。其他地面站与载人空间站或无人太空探测器通信。主要接收遥测数据的地面站、跟踪太空任务的地面站或非静止轨道卫星的地面站称为地面跟踪站、空间跟踪站或简称跟踪站。

当航天器或卫星在地面站的视线范围内时,地面站就能看到航天器。宇宙飞船可以同时与多个地面站通信。

卫星地面站的分类

地面站的基本作用是向卫星发射信号,同时接收由其它地面站经卫星转发来的信号。根据卫星通信系统的性质和用途的不同,可有不同形式的地面站。如:按站址的固定与否、G/T值的大小、用途、天线口径以及传输信号的特征等多种方法来分类。

1) 按站址特征分类:可分为固定站、移动站(如舰载站、机载站和车载站等)、可拆卸站(短时间能拆卸转移地点的站)。在固定站中又可分为大型标准站和小型非标准站,前者多用于国际通信和国内大城市间的通信,而后者多用于国内中、小城市或军事通信;移动式地面站特别是车载站,由于它机动灵活,在军事通信中有广泛的应用。

2) 按G/T值分类:地面站性能指数G/T值是反映地面站接收系统的一项重要技术性能指标。其中G为接收天线增益,T为表示接收系统噪声性能的等效噪声温度。G/T值越大,说明地面站接收系统的性能越好。

3) 按用途分类:可分为民用、军用、广播、航海、实验等地面站。

4) 按天线口径分类:可分为1米站、5米站、10米站以及30米站等等。

5) 按传输信号的特征分类:可分为模拟通信站和数字通信站。

通讯端口

电信端口 telecommunications port /teleport ,是卫星地面站,其功能是将卫星或以地心为中心的轨道网络与地面电信网络(如因特网)连接起来。

teleport 可以在其他电信功能(如上传计算机程序或通过上行链路向卫星发出命令)中提供各种广播服务

1984年5月,达拉斯/沃斯堡传送站成为美国第一个开始运作的teleport

地面综合设施

在联邦标准1037C中,美国总务管理局将地球终端复合体定义为将地球终端(地面站)集成到电信网络中所必需的设备和设施的组装。FS-1037C现已纳入ATIS电信术语表,该术语表由国际电信行业解决方案联盟(ATIS)维护,这是一个面向商业的非政府组织。电信行业协会也承认这一定义。

卫星通信标准

国际电信联盟无线电通信部门(ITU- r)是国际电信联盟的一个部门,它编纂通过多国讨论商定的国际标准。从1927年到1932年,国际无线电咨询委员会管理着现在由ITU-R管理的标准和规章。

除了ITU-R规定的标准之外,每个主要卫星运营商都提供地面站必须满足的技术要求和标准,以便与运营商的卫星通信。例如,国际通信卫星组织发布了国际通信卫星地面站标准(IESS),其中根据抛物面天线的能力对地面站进行了分类,并预先批准了某些天线型号欧洲通信卫星组织发布了类似的标准和要求,如欧洲通信卫星地球站标准(EESS)

Teleport(最初被称为Telecommunications Satellite Park)的创新是由Joseph Milano在1976年构思和开发的,作为国家研究委员会研究的一部分,名为“Telecommunications for Metropolitan Areas: Near-Term Needs and Opportunities”。

地面站电气性能的基本要求

1、工作频率范围

这是指地面站的射频工作范围。如:工作在6/4GHz的卫星地面站,在FDMA(频分多址)系统中,应在5.925~6.425GHz的上行频率范围内,按系统的分配选取其中一个或若干个频率作为本站的上行发射频率;而在3.700~4.200的上地频率范围内,根据通信需要,接收卫星转发的一个或若干个射频信号。此外,还应考虑必要时载频的更换。用于TDMA(时分多址)的地面站,因所有站的射频相同,只需满足通信信道的频带要求(取决于系统的信号传输速率)即可。

2、性能指数G/T值

卫星转发器的功率由于受到各种因素的限制还不能任意加大的情况下,对地面站的G/T值就要求比较高了。为此一方面要使地面天线有足够大的增益G,另一方面要求整个接收系统引入的噪声(通常以系统的噪声温度T表示)应尽可能地小。G/T值代表了接收地面站的性能,故称为地面站性能指数。

3、射频能量的扩散

当传输电话信号时,要求轻负荷时的射频能量不超过规定值,以减小交调噪声干扰。

4、干扰波辐射

由地面站产生的干扰波,会对其它地面站和地面微波通信系统造成干扰。因此,对于多载波工作所的引起的交调分量应濒于2dBW/4KHz,总的带外辐射应小于4dBW/4KHz。

主要的地面站及地面站终端

活跃的国际地面站网络

二、地面站网络公司

随着虚拟化技术的进步,云计算公司和卫星运营商越来越多地联手降低成本,改善网络接入。

2021年5月13日,谷歌宣布与SpaceX建立新的合作伙伴关系,将其服务连接到Starlink卫星网络。他们将合作建立向企业提供高速数据所需的基础设施,包括对云和宽带互联网基础设施的安全访问。

根据这一合作关系,SpaceX将在谷歌数据中心内建造Starlink地面站。地面站将连接到谷歌的光纤网络,为发射到轨道上的1500多颗Starlink卫星提供安全、低延迟的数据传输,这些卫星可以通过谷歌云向农村和偏远地区提供服务。迄今为止,SpaceX已经向低地球轨道发射了大约1625颗互联网卫星,已经在向美国和国外的用户提供测试服务。谷歌数据中心将帮助SpaceX的Starlink网络在任何地点(包括偏远地区)实现全球互联网和云服务。谷歌代表在周四的新闻中表示:“覆盖面广的组织,如公共部门机构、网络边缘企业或在农村或偏远地区运营的企业,通常需要访问云中运行的应用程序,或访问分析、人工智能或机器学习等云服务。Starlink低轨卫星星座的连接为这些组织提供了一条快速、安全地向分布在不同国家和大陆的团队提供数据和应用程序的途径。”这项面向企业客户的新业务预计将在2021年下半年推出。

Starlink与谷歌的合作看起来比去年10月宣布的与微软的联盟更具整合性,微软也想利用卫星来扩展云服务。微软表示,Starlink将支持其新的以空间为中心的模块化云业务——AzureSpace,该业务将提供可部署在世界任何地方的移动云计算数据中心。 去年9月,微软推出了一项名为Azure Orbital的“地面站即服务”业务,以与AWS地面站竞争,AWS地面站是亚马逊云计算分支——亚马逊网络服务(AWS)的一部分。与此同时,亚马逊正在开发自己的低轨宽带星座“柯伊伯计划”。虽然“柯伊伯计划”还没有发射一颗卫星,但亚马逊已经拨出100亿美元加速开发。

SES

SES公司运营的中轨O3b互联网卫星也支持类似Azure Orbital的举措,支持使用天基数据但不愿意投资地面基础设施直接处理和分析数据的用户。SES正与微软联合投资Azure Orbital地面站和MEO网关,主要针对地球观测市场。这家总部位于卢森堡的公司在2019年成为第一家实现ONAP的卫星运营商,ONAP是一个开源平台,电信公司通过这个平台使用Azure云服务上的网络功能虚拟化(NFV)技术来实现网络自动化。

2021年4月,SES宣布与全球主要基础设施服务提供商达成协议,以建立其最初的八个O3b mPOWER卫星地面站。这些先进技术的卫星地面站已经开始建设,将于今年下半年投入使用。这八个站点将提供遥测,跟踪和控制功能,以实现SES对中地球轨道(MEO)星座的管理。

其中两个卫星地面站分别位于澳大利亚新南威尔士州的达博(由Pivotel运营)和希腊的Thermopylae(由OTE运营)。其他地点包括澳大利亚珀斯的Merredin;亚利桑那州凤凰城;智利; 阿拉伯联合酋长国;塞内加尔,以及SES在夏威夷的自己的卫星地面站。

八个站点中的四个站点将与Microsoft的Azure数据中心在同一地点并运行。在八个TT&C网关中,有四个与Microsoft Azure数据中心并置在一起,这说明了SES与Microsoft的深厚合作伙伴关系。Microsoft为了使他们的客户能够享受无缝的云体验,需要轻松访问高性能网络。通过将Microsoft数据中心与SES O3b mPOWER网关并置,一站式连接可为客户提供更好的体验,并将云扩展到网络边缘。

Leaf space

Leaf Space是一家意大利初创公司。自Leaf Space于2014年成立以来,该公司一直致力于开发强大的地面站服务和技术,目标是创建现代航天市场上可用的最高效,最有价值的GSaaS解决方案。该公司与包括Astrocast,D-Orbit和欧洲航天局(ESA)在内的15多个客户合作,取得了巨大的成功,不仅提高了性能和关键数据的可用性,同时还降低了成本并减少了延迟。

现在,Leaf Space正在将业务扩展到美国,以服务包括Kleos Space,Momentus,Kepler Communications和Swarm在内的现有客户,并将公司的创新GSaaS解决方案引入不断增长的卫星和运载火箭运营商市场。Leaf Space还向现有基础设施中增加了更多地面站,以增强公司以较低的成本为客户提供最优质的地面站服务的能力。

SSC Ground Station

SSC的全球地面站网络

可靠的空间运营的全球连通性

SSC的全球地面站网络专为向地球轨道卫星提供全面的通信和地面支持而设计。我们可靠的地面分段服务可为全球范围内的卫星运营商提供各种各样的服务,并通过我们在全球战略性定位的高,中,低纬度站,为整个卫星任务生命周期以及任何轨道提供支持。

全球范围

SSC的地面网络包括SSC拥有的核心站和战略性地分布在世界各地的协作伙伴卫星站。

每个卫星站在其特定的应用程序和服务方面都是独一无二的,具有一些重叠的功能,从而可以为全球跟踪网络应用程序提供定制的解决方案。大多数情况下,地面站每年365天,每天24小时不间断运行。

AWS Ground Station

2018年,老牌低轨卫星运营商铱星通信公司与AWS合作开发了一个名为“云连接”(CloudConnect)的网络,目标是将物联网设备连接到互联网的市场。

AWS Ground Station 是一项完全托管的服务,可用于控制卫星通信、处理数据和扩展运营,而无需考虑如何构建或管理您自己的地面站基础设施。 卫星广泛应用于各种使用场景,包括天气预报、表面成像、通信和视频广播。地面站是全球卫星网络的核心。  借助 AWS Ground Station,可以直接访问 AWS 服务和 AWS 全球基础设施(包括低延迟全球光纤网络)。

(例如,用户可以使用 Amazon S3 存储已下载的数据,使用 Amazon Kinesis Data Streams 管理从卫星接收的数据,使用 Amazon SageMaker 构建适用于您的数据集的自定义机器学习应用程序。您只需按天线实际使用时间付费,并可以依靠地面站的全球覆盖范围随时随地下载数据,从而节省多达 80% 的地面站运维成本。此外,您无需做出长期使用承诺,而且您还可以根据业务情况按需快速扩展卫星通信规模。)

工作原理:

构建基块

全球天线网络

AWS Ground Station 的全球天线网络允许您在每个轨道上多次与卫星通信。您可以在收集后数秒内将宝贵的卫星数据下连到 AWS VPC,同时命令您的卫星执行下一个任务。地球观测卫星运营商现在可以更频繁地用高分辨率图像更新其档案,以加强监测和变更探测应用,更好地支持森林监测和农业等行业。 

跨区域数据传输

跨区域数据传输允许您使用 AWS Ground Station 的全球天线网络,从单个 AWS 区域同时操作多个联系人。这意味着您只需支付天线接入的分钟数,而不会因在区域之间来回传输数据以进行处理而产生额外费用。使用 AWS 的低延迟、高带宽全球光纤网络,您可以收集实时天气数据以评估全球不断变化的气候模式。

实时处理

您可以在天线系统接收信号后数秒内开始处理卫星数据。这使您能够在几秒钟内将原始数据转换为已处理的信息或分析的知识。如今,合成孔径雷达 (SAR) 运营商正在利用此功能开发情报,供急救人员在主动搜索、救援和恢复操作中使用。

Viasat

官网:https://www.viasat.com/business-and-commercial/space-and-networking-technology/ground-network/

近年来,拥有地球静止轨道卫星的老牌宽带运营商也在扩大其云合作伙伴关系。国际通信卫星组织(Intelsat)、国际海事卫星组织(Inmarsat)和Viasat公司正与微软合作,作为“快速通道”(ExpressRoute)的合作伙伴,帮助将用户数据发送到由光纤连接的数据中心组成的Azure网络。

Viasat Inc.是一家美国通讯公司,总部位于加利福尼亚州卡尔斯巴德,在美国和全球范围内均设有分支机构。Viasat是覆盖军事和商业市场的高速卫星宽带服务和安全网络系统的提供商。

Kongsberg Satellite Services (KSAT)

官网:https://www.ksat.no/ground-network-services/

总部位于挪威的KSAT公司是全球著名的地面站运营商,成立于2002年,但其最早运营地面站是从1967年在其总部所在地Tromsø(北纬69°)建立的第一个遥测站开始的,因此我们也常看到KSAT的宣传说自己有超过50年的地面站运营经验。在KSAT公司成立之前,该公司的前身在1997年就开始建立Svalbard(北纬78°)卫星地面站,而现在我们常常在谈到Svalbard的卫星地面站就自然会想到KSAT,与KSAT在Svalbard的长期耕耘有很大的关系。

2005年KSAT的业务量是每天150次卫星过顶数据接收,2015年达到了每天800次,2018年达到了每年1200次。这与KSAT在全球地面站网的快速扩张不无关系,KSAT在2007年建立了南极站Troll站(南纬72°),使得KSAT具备了独一无二的Pole-to-Pole 的地面站网覆盖能力;2009~2011年,KSAT又着力发展其中纬度地区的地面站覆盖,在新加坡,毛里求斯,迪拜和南非建立了KSAT的地面站系统,从而形成了覆盖全球的地面站网系统。

随着小卫星用户的急剧增加,挪威KSAT公司正在全球加速部署KSATlite地面站网络,以满足小卫星星座发展需求。其全球地面站网络在挪威斯瓦尔巴特群岛建有100副天线。2021年初该公司在那里安装了一副大型Ka波段天线,达到了新的里程碑。

参考资料

Leaf Space

https://spacenews.com/ground-station-startup-leaf-space-plans-capital-raise/

https://www.prnewswire.com/news-releases/leaf-space-a-leading-ground-segment-as-a-service-provider-announces-us-expansion-301254402.html

SSC

SES https://www.satellitetoday.com/ground-systems/2021/04/28/ses-exec-details-ground-station-of-the-future-for-o3b-mpower/

AWShttps://aws.amazon.com/cn/ground-station/

其他:

https://mp.weixin.qq.com/s/luAh9Ac53N-VH-oB2RqGTQ

https://mp.weixin.qq.com/s/YmxtSte0IhC_JaURbtiJnQ

https://mp.weixin.qq.com/s/lgLWKonqmldFKFozdmn9-A

https://en.wikipedia.org/wiki/Ground_station

https://www.usgs.gov/core-science-systems/nli/landsat/international-ground-stations-igs-network?qt-science_support_page_related_con=0#qt-science_support_page_related_con

https://landsat.usgs.gov/igs-network/

By QI

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