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摘要：低轨卫星通信是一种经济的通信方案，使用卫星链路进行信息传输，可构建无移动公网信号覆盖地区的电力信息采集网络，实现通信盲区的电力数据采集。低轨卫星通信作为传统电力通信模式的补充，为海上作业、偏远山区电站信息采集以及远距离输电线路运维、应急抢险通信等电力业务信息传输提供解决方案。
关键词：低轨卫星;电力系统;应用
1、低轨卫星通信现状
1.1低轨卫星通信系统
低轨卫星通信是通过低轨卫星作中继，转发移动用户间或移动用户与固定用户间用于进行通信的无线电波，实现两点或多点间的通信，可以提供实时数据采集和通信等多种服务。低轨卫星移动通信系统由卫星星座、关口地面站、系统控制中心、网络控制中心和用户单元等组成。
1.2低轨卫星通信特点
低轨卫星通信与传统卫星通信相比，主要具有以下特点：
1）低时延，低轨卫星距离地球较近，通信系统链路传播损耗小，传输延时小，实时性较好;
2）信号接收方便，低轨通信卫星对用户终端的要求低，可以直接与手持用户终端通信，不需要复杂的地面接收系统;
3）冗余组网，小卫星制造和发射成本低，发射灵活，网络的快速部署能力和抗毁能力强。
4）使用费用低，低轨通信卫星可使用的频率、数据带宽都远大于传统卫星通信，用户使用费用低廉。
当然，目前已完成发射的低轨卫星数量不多，未组成覆盖全球的通信网络，商用或民用业务还无法大规模普及。
2、低轨卫星通信技术
2.1低轨卫星的通信方式
低轨卫星通信系统空间段由若干个卫星组成，卫星相对与地面的位置会时刻发生改变。低轨卫星通信过程是：当卫星经过地面发送站上空时，接收发送站发出的信息并存储数据;当卫星经过地面接收站上空时，卫星转发器将数据转到地面接收站;地面站接收到卫星数据后通过地面网络将数据发送给管理主站或客户端。卫星工作在全透明转发方式，即卫星对数据不作任何处理，只作为无线信号的中继站。因为目前低轨卫星数量较少，不能满足实时通信，现阶段低轨卫星通信是非实时的。
2.2低轨卫星通信的调制解调
低轨卫星通信时采用双信道调制解调方式的CDMA系统，系统中传输的圆极化信号由两个互相正交的线极化成分组成，两个信号间相位相差90度，两个信号分别用不同的扩频码扩频，但只有一个被信号调制，这样就出现了由扩频码和数据所标志的左旋或者右旋圆极化信号。在接收端，这两个线性成分通过匹配滤波器被送到一个IQ解码器。两个成分有同样的由多普勒频移和传输端或接收端本地振荡器不稳定所带来的频率变化。这个频率变化通过双信道处理的方法很容易去除，由于不再需要复杂的载波恢复回路和导频信号传输，降低了系统的复杂度。使用互相正交的PN码扩频的目的是避免极化耦合所引起的信噪比的降低，2PSK/DS/CDMA信号的形成过程如图1所示：
2.3低轨卫星通信的信道安全监测
由于卫星通信方式的特殊性和网络协议与系统的弱点，面临着来自于网络内外的各种安全威胁。针对这种问题，根据卫星通信信道监测与安全防护技术，可采用基于Spark和Adaboost算法的卫星信道安全检测算法，实现信道的安全监测，同时数据需要经过安全隔离，采取数据加密、终端加固、身份认证等安全措施，保障业务数据的安全、可靠传输。提升卫星通信网络的安全性和完整性。
为了保证信息在无线通道传输过程中的安全，除了通道自带的信息保密机制外，还需要加入端到端的加密。增加报文加密处理芯片，实现卫星通信短报文的数据加密及解密功能，保障基于低轨卫星通信信息的安全性。
3、低轨卫星通信在电力系统中的应用场景
3.1偏远地区分布式电源数据采集
近几年，浙江分布式电源增长迅速，已经成为浙江电网电能的重要来源。很多分布式小水电建在偏僻山区，无移动公网信号覆盖，电力电量数据无法采集传输。基于低轨卫星通信，通过卫星通信协议与电力通信协议的格式转换，建立一个短报文通信的上传与下发信息的数据传输系统，构建通信盲区的电力信息采集网络，直接使用卫星链路进行信息传输，无需建设专用地面通讯设施，实现偏远山区的电力数據自动采集。
3.2 输电线路在线监测数据采集
输电线路的安全运行是电网可靠性的一项重要指标。输电线路需要在线检测线路的环境温度、湿度、风速，导线的覆冰、温度、舞动情况，杆塔的倾斜度等参数。线路智能巡检终端采集这些传感器的值，将数据传输到中心服务器并进行处理分析，从而掌握各个监测点的输电线路的具体状况。无移动公网覆盖的偏远地区输电线路信息采集可利用低轨卫星通信系统，将卫星数据采集终端与智能巡检终端结合，可进行山区、林区输电线路的智能巡检，当线路出现故障时及时告警，同时可以精确定位故障点，以保障偏远地区输电线路的安全运行。
4、结束语
近年来，低轨卫星物联网成为卫星通信领域发展的热点，建设卫星物联网，使之成为地面物联网的补充和延伸，可为电力物联网信息采集与交互提供新的通信方案。今后，卫星通信系统将与 5G 相互融合，取长补短，共同构建全球无缝覆盖的海、陆、空一体化综合通信网，满足用户无处不在的多种业务需求[12]。卫星通信系统与 5G融合通信技术也将在电力行业中获得更广泛的应用。
参考文献
[1].赵欢，司华奇，郑志兴，李宗元.浅谈5G与低轨卫星互联网时代的同步卫星通信运营——以老挝一号卫星为例[J].卫星应用，2021（03）：56-60.
[2].杨荔琴.基于传播时延的低轨卫星网络星间多址接入协议研究[D].西安电子科技大学，2020.
关键词：低轨卫星;电力系统;应用
1、低轨卫星通信现状
1.1低轨卫星通信系统
低轨卫星通信是通过低轨卫星作中继，转发移动用户间或移动用户与固定用户间用于进行通信的无线电波，实现两点或多点间的通信，可以提供实时数据采集和通信等多种服务。低轨卫星移动通信系统由卫星星座、关口地面站、系统控制中心、网络控制中心和用户单元等组成。
1.2低轨卫星通信特点
低轨卫星通信与传统卫星通信相比，主要具有以下特点：
1）低时延，低轨卫星距离地球较近，通信系统链路传播损耗小，传输延时小，实时性较好;
2）信号接收方便，低轨通信卫星对用户终端的要求低，可以直接与手持用户终端通信，不需要复杂的地面接收系统;
3）冗余组网，小卫星制造和发射成本低，发射灵活，网络的快速部署能力和抗毁能力强。
4）使用费用低，低轨通信卫星可使用的频率、数据带宽都远大于传统卫星通信，用户使用费用低廉。
当然，目前已完成发射的低轨卫星数量不多，未组成覆盖全球的通信网络，商用或民用业务还无法大规模普及。
2、低轨卫星通信技术
2.1低轨卫星的通信方式
低轨卫星通信系统空间段由若干个卫星组成，卫星相对与地面的位置会时刻发生改变。低轨卫星通信过程是：当卫星经过地面发送站上空时，接收发送站发出的信息并存储数据;当卫星经过地面接收站上空时，卫星转发器将数据转到地面接收站;地面站接收到卫星数据后通过地面网络将数据发送给管理主站或客户端。卫星工作在全透明转发方式，即卫星对数据不作任何处理，只作为无线信号的中继站。因为目前低轨卫星数量较少，不能满足实时通信，现阶段低轨卫星通信是非实时的。
2.2低轨卫星通信的调制解调
低轨卫星通信时采用双信道调制解调方式的CDMA系统，系统中传输的圆极化信号由两个互相正交的线极化成分组成，两个信号间相位相差90度，两个信号分别用不同的扩频码扩频，但只有一个被信号调制，这样就出现了由扩频码和数据所标志的左旋或者右旋圆极化信号。在接收端，这两个线性成分通过匹配滤波器被送到一个IQ解码器。两个成分有同样的由多普勒频移和传输端或接收端本地振荡器不稳定所带来的频率变化。这个频率变化通过双信道处理的方法很容易去除，由于不再需要复杂的载波恢复回路和导频信号传输，降低了系统的复杂度。使用互相正交的PN码扩频的目的是避免极化耦合所引起的信噪比的降低，2PSK/DS/CDMA信号的形成过程如图1所示：
2.3低轨卫星通信的信道安全监测
由于卫星通信方式的特殊性和网络协议与系统的弱点，面临着来自于网络内外的各种安全威胁。针对这种问题，根据卫星通信信道监测与安全防护技术，可采用基于Spark和Adaboost算法的卫星信道安全检测算法，实现信道的安全监测，同时数据需要经过安全隔离，采取数据加密、终端加固、身份认证等安全措施，保障业务数据的安全、可靠传输。提升卫星通信网络的安全性和完整性。
为了保证信息在无线通道传输过程中的安全，除了通道自带的信息保密机制外，还需要加入端到端的加密。增加报文加密处理芯片，实现卫星通信短报文的数据加密及解密功能，保障基于低轨卫星通信信息的安全性。
3、低轨卫星通信在电力系统中的应用场景
3.1偏远地区分布式电源数据采集
近几年，浙江分布式电源增长迅速，已经成为浙江电网电能的重要来源。很多分布式小水电建在偏僻山区，无移动公网信号覆盖，电力电量数据无法采集传输。基于低轨卫星通信，通过卫星通信协议与电力通信协议的格式转换，建立一个短报文通信的上传与下发信息的数据传输系统，构建通信盲区的电力信息采集网络，直接使用卫星链路进行信息传输，无需建设专用地面通讯设施，实现偏远山区的电力数據自动采集。
3.2 输电线路在线监测数据采集
输电线路的安全运行是电网可靠性的一项重要指标。输电线路需要在线检测线路的环境温度、湿度、风速，导线的覆冰、温度、舞动情况，杆塔的倾斜度等参数。线路智能巡检终端采集这些传感器的值，将数据传输到中心服务器并进行处理分析，从而掌握各个监测点的输电线路的具体状况。无移动公网覆盖的偏远地区输电线路信息采集可利用低轨卫星通信系统，将卫星数据采集终端与智能巡检终端结合，可进行山区、林区输电线路的智能巡检，当线路出现故障时及时告警，同时可以精确定位故障点，以保障偏远地区输电线路的安全运行。
4、结束语
近年来，低轨卫星物联网成为卫星通信领域发展的热点，建设卫星物联网，使之成为地面物联网的补充和延伸，可为电力物联网信息采集与交互提供新的通信方案。今后，卫星通信系统将与 5G 相互融合，取长补短，共同构建全球无缝覆盖的海、陆、空一体化综合通信网，满足用户无处不在的多种业务需求[12]。卫星通信系统与 5G融合通信技术也将在电力行业中获得更广泛的应用。
参考文献
[1].赵欢，司华奇，郑志兴，李宗元.浅谈5G与低轨卫星互联网时代的同步卫星通信运营——以老挝一号卫星为例[J].卫星应用，2021（03）：56-60.
[2].杨荔琴.基于传播时延的低轨卫星网络星间多址接入协议研究[D].西安电子科技大学，2020.