近年来,随着社会和经济的发展,人类在各个领域的活动日益增多。为保障人类在各区域活动的安全性,对区域内进行信息搜集或目标监测就显得尤为重要。因此迫切需要建立基于天基的数据收集系统,即DCS(Data Collecting System)。目前,国际上部分国家利用较为成熟的通信卫星搭载DCS载荷进行实验或应用。但国际上没有一套通用的DCS通信体制。另外,星座系统也大多针对移动通信而不是信息搜集。对人口密集区域覆盖性能良好,缺少对海洋或偏远地区的长时间、稳定覆盖;星上载荷功能也较单一,无法做到全方位的信息搜集。因此,对热点区域的基于天基信息搜集系统的关键技术研究意义重大。针对海空目标监测与数据采集功能,本文从星载DCS通信体制、区域覆盖DCS星座、DCS一体化载荷以及地面站这四个方面进行设计研究。(1)设计了星载DCS通信体制。主要从物理层、链路层、网络层以及传输层进行设计。物理层主要考虑频段选择,信号调制以及编码方式。首先,分析目前海上通信现状以及国际无线电频谱管理。初步设计选择6个UHF载波频点;其次,根据收发信号的特点,设计选择了GMSK、DQPSK以及DS-GMSK调制方式;最后,编码方式采用NRZI编码并设计了信道带宽、信道间隔等物理层主要参数。并分析对比了FDMA+TDMA以及CDMA+TDMA两种通信接入体制,提出了面向各类用户的多频度报文发送机制。链路层设计了协调世界时(UTC)直接同步与前向遥控调整同步的机制。定义了链路激活复原功能以及数据传输的同步协议。网络层设计了多信道的工作模式。利用不同的频点对监测区域进行子网划分。传输层设计了报文分组格式,并且基于多种信号发送接收的情况,设置时隙限制机制,避免数据阻塞。(2)设计了区域覆盖的DCS星座并进行优化。分析传统区域覆盖性能指标;采用点数字仿真法对监测区域进行子网划分;分析卫星各轨道类型特点以及星座各参数,确立了优化参数及其取值范围;结合第二章设计的DCS通信体制,将DCS星座系统的高低频报文业务响应时间作为优化目标。设计了基于多目标特性的嵌套自适应遗传算法。低频(发送频度240s)业务响应时间优化结果为287.5s;高频(发送频度8s)业务响应时间80s;优化结果基本接近理论最优值。(3)在通信体制和星座设计的理论基础上,研究设计了能接收AIS、ADS-B、数据采集平台(Data Collection Platform,简称DCP)信号以及遥控转发功能的一体化载荷。为提高接收性能,设计多天线独立接收报文信息机制。另外,基于各类信号特点,该载荷参考软件无线电的思想从射频前端到基带对四类信号进行收发处理。另外,针对卫星多普勒频偏问题,提出了多子信道处理机制。(4)基于Labview的地面站软件设计以及地面实验验证。包括数据连续解析、遥测数据、科学数据的实时更新显示。设计了以DCS载荷遥控功能为主北斗短报文遥控为辅的遥控方式保证对DCP的稳定监控。最后对一体化载荷以及地面站程序功能做了地面演示实验。实验结果表明,载荷和地面站具备收发信号以及解析数据的功能。