宽带采集存储回放系统在卫星领域的应用

引言

随着全球卫星产业的快速发展，卫星技术已广泛应用于通信、导航、遥感、气象、侦察等领域。其中，针对卫星信号的采集、存储、回放等需求变得越来越迫切和广泛。作为该领域关键设备的卫星信号采集存储回放系统以其强大的功能特点被应用于卫星在轨测试与验证、空间态势感知、卫星侦听、深空探测任务等场景中。在复杂电磁环境与高动态场景下，卫星系统对射频信号的采集精度、实时处理效率、存储可靠性等提出了严苛要求。本文将针对卫星领域的这些高标准要求，推出自研的国产宽带采集存储回放系统，并深入探讨该系统的特点、功能、优势以及软件定制化解决方案，详细解析该系统如何有效助力卫星射频信号的数据采集、处理、存储与回放。

1卫星应用的需求与痛点

在卫星信号处理领域，以卫星接收机或专用卫星信号采集分析仪为基础的解决方案较为常见。然而，卫星技术的快速发展带来了新的挑战，尤其是对高精度、高带宽、实时处理以及大容量存储的需求日益增长，上述常见方案在高速信号的采集、处理、存储等方面开始暴露出越来越多的局限性。坤驰科技通过较多的实际案例，总结目前卫星应用在信号采集、处理、存储环节面临三大需求与痛点：

1信号保真与复杂环境的对抗

卫星信号通常非常微弱，且易受噪声干扰。各种波段的卫星信号普遍需在电离层扰动、多径干扰、强电磁干扰等复杂环境下保持信号完整性，但现有信号采集设备更多聚焦于信号接收而非高精度采集，导致其在采样精度和动态范围方面存在不足，难以准确捕捉和还原微弱的卫星信号。

2高吞吐量与处理时效的博弈

卫星信号通常具有高数据速率（例如某高分辨率SAR卫星数据速率达1.5Gbps）和复杂调制方式（例如QPSK、16QAM、OFDM等），然而现有数据处理设备更多建立在传统射频仪器或设备的基础之上，在实时处理能力、算法复杂度、并行计算与硬件加速等方面普遍存在不足，难以应对海量数据的实时处理需求。

3存储容量与读写速度不足

卫星应用通常需要长时间连续采集和存储大量数据，例如卫星遥感数据、卫星通信数据等。上述常见方案在存储容量和读写速度方面存在先天的短板，难以满足大量实时数据存储和回放的需求。存储容量不足会导致数据丢失，影响数据完整性和可靠性，读写速度不足会导致数据传输延迟，影响数据处理效率。

2实际案例和解决方案

针对上述需求和痛点，坤驰科技向卫星领域的客户提供了一系列针对射频宽带信号的采集存储回放系统，可以完美解决上述问题。

以某卫星客户的具体案例为例，其低轨卫星的信号范围在950MHz-2.15GHz（比普通L波段1-2GHz的范围略大，简称为“扩展L波段”），这个波段的卫星信号在传输中具有电离层穿透能力强、自由空间损耗低的优势。该卫星主要从事遥感观测和通信服务，每天产生大量的射频信号数据，这些数据需要被高效地采集、存储，并进行实时或事后分析，以支持卫星任务的执行和后续研究。针对该客户的信号采集、存储、回放需求，坤驰科技推荐的产品型号为QTS12331。该产品是一套便携式宽带射频信号采集系统，其主要由射频输入模块、中频采集模块、FPGA信号处理单元、服务器单元和存储单元等组成。

QTS12331系统采用灵活的双形态架构设计，可根据测试场景需求配备便携机版本或服务器版本（如图1所示），为用户提供高效、精准的测试解决方案。便携机版本以轻量化设计为出发点，搭载高集成度硬件模块与抗震加固结构，可在实验室外完成现场环境的实时监测与动态参数调试，特别适合车载测试、野外测试等移动作业场景。当需要进行复杂系统级验证时，采用服务器版本，可实现大规模集成测试，也可搭配客户的其他测试工具，组成包含卫星信号接收、采集、处理、计算、分析、存储等多个流程的完整解决方案。

图 1. ?左边为便携机版本，右边为服务器版本

其配合使用的上位机软件提供丰富灵活的二次开发接口，支持用户根据自身特定需求进行定制化应用开发，拓展软件的功能和应用场景。该软件主要包括：信号采集控制、信号捕捉、参数测量、数据存储、文件管理、数据回放和图形化展示模块，参考下图2所示的上位机部分功能界面。

图 2. 上位机软件的部分功能界面

QTS12331系统对于950MHz-2150MHz频率范围内的模拟量射频信号具备采集、存储记录与回放的功能，且采集与回放信号的瞬时带宽高达500MHz。该系统可将采集的射频信号数字化后转换为数据格式，通过PCIe接口存储至计算机磁盘阵列，并能利用万兆光纤接口将数据传输至本地服务器。此外，用户可以对存储在本地服务器的数据进行自定义处理或重构播放。QTS12331系统不仅可用于记录试验现场数据（如图3所示），还具备实时频谱分析功能以及数据导出功能，支持长时间不间断采集，便于进行事后数据分析和处理，因此是卫星等宽带射频信号采集领域的理想工具。

图3. 某客户在户外使用QTS12331便携机版的场景

3扩展L波段卫星信号采集过程

在客户的某次具体采集任务中，坤驰科技的宽带采集存储回放系统QTS12331被部署在地面站。系统成功采集了卫星下传的射频信号（如图4所示），瞬时带宽设置达到500MHz（如图5所示），数据传输速率高达3.2GB/s。采集的数据被实时存储至本地磁盘阵列，并通过万兆光纤接口传输至服务器进行实时分析。

图4. QTS12331系统采集数据完成图示

图5. 系统采集的带宽设置为500MHz （瞬时带宽）

系统采用先进的存储技术，确保采集到的信号能够高效、可靠地存储在服务器系统的磁盘阵列中。QTS12331可以提供不同大小的存储，用户可以根据实际需求从1TB到256TB进行自由搭配选型，图6显示的是该客户选择了16TB的存储空间。同时，系统还提供了便捷的存储管理功能，用户可以随时查看、删除或导出存储的信号数据。

图6. QTS12331提供16TB的SSD作为存储配置（SSD大小可选择）

当用户需要对采集到的信号进行回放时，只需在系统界面选择相应的信号文件，并设置回放参数。系统即可根据设置的参数将存储的信号数据进行重构播放，供用户进行后续的信号分析和处理，如图7所示。

图7. 数据回放的操作界面

除上述采集-存储-回放三个主要功能之外，客户在数据采集的同时，利用服务器系统对接收到的数据进行了实时处理和分析。通过先进的信号处理算法，系统成功提取了该卫星信号的关键信息，而且这些接收到的数据也为后续的分析决策提供了重要依据。

4结论

在当今数据驱动的时代，传统的卫星接收机或专用卫星信号采集分析仪由于其固有的架构局限性，难以满足日益增长的高速实时数据处理需求。QTS12331系统凭借其基于高速数字化仪的设计，提供了卓越的数据采集和处理能力，为用户带来了更高效、更精准的分析体验。该系统不仅能够应对当前卫星领域海量数据处理的挑战，还为未来的技术升级和应用扩展提供了充足的空间。

对卫星宽带信号采集有需求的客户，通过采用坤驰科技自研的QTS12331，可以实现：

? 提升数据处理效率：实现对来自卫星高带宽传输下海量数据的实时采集和处理，显著缩短分析时间。

? 提高分析精度：该系统利用高速数字化仪的先进特性，获取更精确的信号细节和分析结果。

? 增强系统灵活性：系统具备高度的可配置性和可扩展性，能够根据不同卫星应用的场景进行定制化调整（文中给出的案例只是某扩展L波段的卫星应用，但实际应用场景不限于此，关于其他频率范围的需求，敬请联系本公司相关销售人员）。

? 降低总体成本：相比传统仪器或设备通用且固化的模块与功能，基于模块化仪器搭建系统的另一个好处是能够显著降低成本。模块化仪器在功能与配置上可进一步细化，以及通过软件操作的方式，实质上可提高设备的成本利用率，从而降低采购与使用成本。

综上所述，坤驰科技QTS12331系统在卫星领域可发挥重要价值，通过数个实际案例的成功应用证明其在采集精度、数据处理、存储与回放等方面是不可或缺的工具。随着卫星技术的不断发展，宽带采集存储回放系统有望在未来的航天任务中发挥更为关键的作用。

审核编辑 黄宇