1.2.1　空間段

海事四代BGAN衛星通信系統的空間段共有4顆靜止軌道衛星，分別為亞太（Asia-Pacific，APAC）衛星、歐非衛星、中東和亞太衛星、美洲衛星，各衛星的相關信息如表1.2所示。每顆衛星包含1個全球波束、至少19個區域波束和228個窄點波束，波束的層次結構如圖1.2所示。每顆衛星的發射重量為6000kg，太陽能翼展為45m，轉發器的功率為14kW。海事四代BGAN衛星通信系統的用戶鏈路采用L頻段、饋線鏈路采用C頻段，衛星在兩頻段之間進行透明轉發。

海事四代BGAN衛星通信系統的通信衛星由空間平臺和有效載荷兩部分組成，如圖1.3所示。其中，空間平臺又稱為衛星公用艙，不僅包括承載有效載荷的艙體，還包括用來維持有效載荷在空中正常工作的保障系統（如結構、電源、軌道控制、溫度控制及跟蹤遙測指令等分系統）；有效載荷是指用于提供業務的設備，主要包括天線分系統和通信轉發器。

從功能上講，海事四代BGAN衛星通信系統中的通信衛星主要由電源部分、控制部分、遙測指令部分、通信部分和天線部分（遙測指令天線和通信天線）組成，如圖1.4所示。

（1）電源部分：通信衛星的電源體積小、重量輕、壽命長。常用的電源有太陽能電池和化學能電池，平時主要使用太陽能電池。當衛星進入地球的陰影區（星蝕）時，使用化學能電池。太陽能電池由光電器件組成，由太陽能電池直接供出的電壓是不穩定的，必須經電壓調整后才能供給負載；化學能電池可以進行充電和放電，如鎳鎘蓄電池。

（2）控制部分：控制部分包括位置控制和姿態控制兩部分。位置控制部分用來消除“攝動”的影響，以便使衛星與地球的相對位置固定，該部分利用裝在星體上的氣體噴射裝置按照地面控制站發出的指令進行工作。當衛星有“攝動”現象時，衛星上的遙測裝置就發給地面控制站遙測信號，地面控制站隨即向衛星發出遙控指令，以進行位置控制。姿態控制使衛星對地球或其他基準物保持正確的姿態。衛星姿態是否正確，不僅影響衛星上的定向通信天線是否指向覆蓋區，還會影響太陽能電池帆板是否朝向太陽。

（3）遙測指令部分：遙測指令部分分為遙測和遙控兩部分。

①遙測部分的作用是在地球上測試衛星通信系統中各種設備的工作情況，包括表示有關部分電流、電壓、溫度等工作狀態的信號；來自各傳感器的信息；指令證實信號及作為控制用的氣體壓力等。上述各種數據通過遙測部分送往地面監測中心，這些數據傳送的方法與通信過程相似，即先通過多路復用、放大、編碼等處理后再調制和傳輸。

②遙控部分包括對衛星進行姿態和位置控制的噴射推進裝置的點火控制指令，行波管高壓電源的開關控制指令，發生故障的部件與備用部件的轉換指令，以及其他地面對衛星內部各種設備的控制指令等。指令信號由地面的控制站發出，在衛星轉發器內被分離出來，經檢波、解碼后送至控制設備，以控制各種執行機構實施指令。

（4）天線部分：天線部分包括通信用的通信天線（微波天線）和遙測指令部分用的遙測指令天線（高頻或甚高頻天線）。海事四代BGAN衛星通信系統的通信天線根據波束的寬窄又可分為全球波束天線、區域波束天線和窄點波束天線。

（5）通信部分（轉發器）：海事四代BGAN衛星通信系統的主體為轉發器，轉發器是海事四代BGAN衛星通信系統中最重要的組成部分，它能起到衛星通信中繼站的作用，其性能直接影響衛星通信系統的工作質量。海事四代BGAN衛星轉發器的天線為口徑9m的拋物面天線，其實質是一組寬頻帶收發信機，對其要求是工作穩定且可靠，附加噪聲小。

海事四代衛星的有效載荷在L頻段與C頻段之間實現信號轉發的過程如圖1.5所示。前向鏈路上，海事四代衛星的有效載荷進行C-L頻段信號的轉發，C頻段接收天線接收來自衛星接入站（SAS）的C頻段信號，依次經過C頻段接收天線、C頻段有效載荷接收部分、C頻段下變頻器、前置處理器和L頻段有效載荷接收部分的處理，最終經L頻段發射饋電陣和L頻段反射器將L頻段信號發射至地面終端。反向鏈路上，海事四代衛星的有效載荷進行L-C頻段信號的轉發，L頻段接收天線接收來自地面終端的L頻段信號，依次經過處理器和L頻段有效載荷發射部分、后置處理器、C頻段上變頻器、C頻段有效載荷發射部分的處理后，最終經C頻段發射天線將信號發射至衛星接入站（SAS）。

（1）在前向C-L頻段的鏈路上，其工作過程如下。

C頻段接收天線先接收來自衛星接入站（SAS）發出的信號，后經濾波傳送到C頻段接收機，信號經過放大和再次濾波后由C頻段下變頻器進行下變頻，其次經過必要的模數轉換后被饋送到數字信號處理器（DSP）并分成合適的200kHz信道，負責給每個信道分配正確的波束成形系數。信道化的波束成形信號在經過模數轉換后被饋送到L頻段前置處理器，該處理器采用聲表面波（SAW）技術濾波并將信號轉換到L頻段，最后饋送給多端口放大器（MPA），MPA由輸入網絡（SSPA）和輸出網絡組成，用于放大信號并將其饋送給合適的饋線單元。MPA的功能是確保裝載更多的各類SSPA。

（2）反向L-C頻段鏈路的過程與前向C-L頻段鏈路是逆向對稱的，其工作過程如下。

由L頻段天線接收的信號被低噪聲放大器（LNA）放大，并饋送給L頻段后置處理器，該處理器完成必需的信號濾波和下變頻，生成基帶信號，然后傳送到DSP的模數轉換器。DSP具有必需的信道化和波束成形功能，并把信號傳給數模轉換器，然后饋送到C頻段上變頻器。高功率SSPA被用于C頻段輸出部分，以便向C頻段天線提供必需的功率。

為了保證SSPA的激勵電平保持在指定范圍內，而且能夠保持其線性，衛星采用功率控制環路對由前向鏈路L頻段SSPA激勵的電流進行采樣，并控制C頻段接收機的增益。而反向鏈路上的自動電平控制電路被應用于C頻段SSPA組上，該有效載荷結合前向和反向鏈路上的完好性檢測設備，檢查每個移動單元路線的連續性。對于前向鏈路來說，一個C頻段測試載波供給每個L頻段移動單元路線使用，在輸出網絡的輸出端口分發，并路由到C頻段鏈路完好性檢測器（CLIC），CLIC感應120個單元路線的信號并將其饋送給C頻段分路器，其輸出通過C頻段下行鏈路傳回SAS，這允許SAS用最少的星上硬件來檢查每個發射線路的連續性，在反向鏈路中采用類似的處理過程。

除了主要的有效載荷，海事四代衛星還攜帶1個導航有效載荷，用于支持星基增強系統的運作，它將以GPS L1、L5頻率發送衛星導航信號，并為在軌的全球導航衛星通信系統（如GPS和GLONASS）實時轉播來自地面監測網絡的完好性和定位精度增強數據的信息。