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来源：我想我思
卫星的分阶段技术认证
模拟在轨环境，解决地面测试难题
低轨卫星互联网规模大，建设周期往往较长，在先期系统建设、未批产定型情况下，为保证卫星在轨通信正常，地面验证阶段在地面构建逼近真实卫星在轨星地信道环境，解决 LEO 复杂星地信道环境下通信系统地面测试的难题。地面试验验证包括内场和外场两阶段，内场主要在实验室环境下对系统功能性能进行验证，外场主要在外场空馈环境下对系统功能性能进行验证，是内场测试的补充和延伸。
验证系统包括被测设备和测试设备，被测设备由通信载荷、信关站、用户站、综合运控中心组成，测试设备为信道模拟器、导航信号模拟器、平台接口模拟器等专用测试设备，以及信号源、频谱仪、示波器等通用测试仪器。
星地信道环境模拟：采用信道模拟器，模拟星地上下行链路动态多普勒、时延、衰减等信道特性，将信道模拟器接入信关站和通信载荷之间以及用户站和通信载荷之间，使构建的测试环境更接近实际星地通信环境。
系统同步：低轨卫星互联网通信载荷、信关站、用户站统一采用 GPS/BDS时间信息，保证系统时间同步。地面验证阶段，采用导航信号模拟器通过有线或无线的方式提供模拟导航信号，从而保证整个通信系统时间统一。
卫星平台接口模拟：在整星环境下，卫星平台需要给通信载荷提供机械、供电、信息接口。而通信系统地面验证阶段卫星仅有通信载荷参与，需要配套相应的平台接口模拟器以及供电系统，模拟器卫星平台与通信载荷通信及控制接口，保证试验阶段通信载荷安全、正常工作。
图1 地面验证环境
发射试验卫星，观察在轨性能变化
卫星在轨测试指利用地球站对在轨道上运行的通信卫星有效载荷所进行的电气性能测试，由监测站向通信卫星发射信号，用站内设备测量收发信号参数（如信号的功率和频率等），通过专业算法扣除监测站设备性能因素、通信卫星与监测站之间电波传输路径因素、天气因素等对信号的影响，得出在轨卫星通信设备的性能参数；再对获得的性能参数进行分析，对比发射前后的参数变化，或者通过定期的检测，分析在轨运行通信卫星性能的变化趋势。
根据时间段不同，在轨验证可分为以下几类：
电路开通前测试：在卫星电路开通前进行测试，将在轨测试数据与发射前在地面的测试数据进行比较，从而验证卫星经过发射进入运行轨道后，性能参数是否变坏或者出现偏差。
电路开通后测试：在通信卫星正常的寿命期间内进行定期的检测，了解通信设备性能变化的趋势。
故障测试：在通信卫星发生故障或设备性能参数恶化时进行测试，寻找故障点，及时通过遥控的方式对通信设备进行维护处理和补救。最后，测试通过的通信卫星还可以执行其他的测试任务，如对地球站进行入网验证测试和地球站开通测试等。
航天测控“一体化”趋势尽显。自 2019 年开始，多家商业卫星运营公司正从空间技术验证阶段逐渐转入业务型卫星密集部署阶段，成本低、稳定性高、专业性强的商业测控服务已成为市场的明确要求。由于占据先发与技术优势，航天驭星、天链测控等企业的产业链一体化优势凸显，就此提出从星座的整体论证、测运控管理、应用开发等一体化解决方案。例如，截至 2020 年 11 月，航天驭星已服务卫星 61 颗，其中长管卫星 30余颗，其提供的一体化测控解决方案包括：测运控服务、数传服务、星上通信终端、地面站、基带、测控中心及测控软件等天地通信一体化解决方案，帮助用户降低运营成本，从而降低综合成本；西安寰宇在十四五规划中指出将通过并购等方式向产业链上下游延伸，形成“卫星测控、卫星应用、信息系统集成”三大业务领域协同发展的产业生态。
采用“单层”与“多层”组网架构，实现天地一体化
随着卫星网络的规模逐渐扩大，海量节点使得网络管控难度增加，超大型卫星星座需要高效的网络管控方式来协调大规模的网络节点，将 SDN“数控分离”的思想引入大规模卫星网络，可以提高网络的灵活性与可扩展性。通过将控制平面和数据平面分离，提升了卫星组网的灵活性与可扩展性，降低了对星上处理能力的要求与卫星网络的建设成本，节省了星上资源。在此基础上，根据参与组网卫星的轨道高度以及网络的物理结构，可将卫星网络架构分为两种：
“LEO 单层卫星网络架构”“LEO/GEO 或 LEO/MEO/GEO 多层卫星网络架构”。LEO 卫星的轨道高度较低，导致其单星覆盖范围较小，仅 LEO 单层卫星进行组网的布局比较分散，网络管理和控制较为困难，因此引入 SDN 可以增强网络的管理控制能力。
然而，将覆盖范围较大且动态性较低的高层轨道卫星与 LEO 卫星进行分层组网，将网络分为管理平面、控制平面与数据平面，将管理平面部署在地面数据中心，负责星上路由规则的计算、网络功能虚拟化服务、移动性管理等，在 GEO 卫星上部署控制平面，负责数据平面路由规则的传递和星上链路状态信息的收集，LEO 卫星作为数据平面进行数据报的存储转发。该方案有效减少了地面站的数量，具备更高效的管理规划能力，更好地推进星地异构网络的融合与演进。
图2 SDN 分层管控架构
低轨卫星产业链垂直整合，芯片-天线-载荷一体化设计
整合卫星生产链，做到工业化标准化管理。目前国内的商业航天企业纷纷发力运载火箭和卫星的研发、制造、发射及运营的各个环节，甚至以全产业链布局的创新模式完成自身的商业闭环，为中国自己的“星链”计划提供强劲支撑。微小卫星创新研究院等方面为整合卫星生产链，做到工业化标准化管理，研发人员用数字化方法，重构了从设计、研发、生产、测试到在轨运维的全过程，建设了涵盖设计开发、工艺制造、集成测试等环节的先进技术研发平台，实现了设计–工艺–生产全流程数字化。这就要求商业航天要推动卫星制造从“定制化研制”到“批量化生产”的转变，卫星密集发射同时带动火箭发射向高可靠、低成本、灵活发射的方向发展。
选用工业级元器件，标准化、模块化、规模化的量产模式
探索工业级器件快速筛选途径，形成低成本批量化卫星质量管控方法体系，促进批量化卫星生产。SpaceX 对传统定制化卫星研产模式产生颠覆性影响，通过工业化生产制造、批量化发展部署将卫星成本降至 50~100 万美元/颗。为满足我国太空发展战略和国家安全需求，低成本规模化研产能力提升是亟需解决的问题。中科院微小卫星创新研究院已建立低成本元器件数据库，探索工业级器件快速筛选途径，形成低成本批量化卫星质量管控方法体系，示范线具备年产 100 颗卫星的能力。
量产 AIT 完成从“实验室定制研发模式”向“工业化批量生产模式”的转变，实现降本增效。卫星批量生产不仅能使成本大幅降低、生产大幅提升，而且也是构建大规模卫星星座必要的基础条件。以国内少有的商业航天企业盈利案例时空道宇为例，借鉴成熟的自动化装配技术及批量化制造管理模式打造智能柔性脉动式生产线可实现每天出厂 1~2 颗卫星，推动供应链自动化及产品化进步，整体成本有望下降超 45%，提高卫星产品的市场竞争力。
激光通信链路
对于卫星互联网而言，为了适应大容量数据的传输，星间链路发展的趋势是采用激光通信链路，以代替原来的星间微波通信链路，构成卫星互联网的核心网部分。区别于微波通信，卫星星间激光通信链路技术是一种利用激光作为载体在空间进行信息传输的技术，具有高吞吐率、高传输带宽、高安全性等特性，该技术通过在卫星之间建立激光链路，实现高速数据传输和轻量级载荷、低能耗通信，为空间任务提供了更高效、更可靠的数据传输方式，也成为国内外卫星间通信的主要发展方式之一。
星间链路构建结合“路由技术”实现全球互联
为了提供覆盖全球的通信服务，卫星激光网络需要在卫星之间建立星间链路，并通过星间链路和路由协议实现全球互联。星间链路主要分为轨内链路、轨间链路、层间链路 3 种。同一轨道的卫星通过轨内链路连接。当临近高纬度时，邻近卫星间的邻接关系发生变化，星上装置需要 180°转向，追踪邻近卫星，维持轨间链路的通信。也可以在邻近节点发生变化时，切断原有链路，重建链路的连接。如果在轨卫星数量和星间链路数量都相同，就可以通过轨道间链路和轨道内链路构成一个具有规则网状结构的卫星通信网络。
星间激光通信路由技术
卫星互联网通信，尤其是低轨卫星互联网，信息在多个连接之间传输，需要一定的策略来确定传输的方向，以确保信息能在端与端之间可靠传输，这就是路由问题。星间激光通信的路由，需要经过以下几个流程：
链路状态感知：首先卫星要具备感知与其他卫星的链路状态的状况，这是路由选择的基础。
单个链路的路由：如果某个卫星在某个时刻的条件下，对外只有一条链路，这样的条件下别无选择，采取的策略应该是“尽快传输”，将需要发送到其他卫星的信息通过星间激光通信链路发送出去。
多条链路的路由：在某个卫星对其他相邻卫星具有多条链路的情况下，需要通过网络空间地址判断信息需要传送的地理区域，然后确定需要传送的方向，在中间的多个连接链路中，遵循同样的原则，渐进地逼近到达的用户端。
参考阅读：低轨卫星通信技术（上）
来源：海通证券研究报告