面向大规模星座的多波束测控天线及应用

大规模卫星星座的出现给传统测控模式带来了巨大挑战.利用机械扫描式的测控天线对卫星进行的一对一测控已不能很好满足大规模卫星星座的测控需求,具备快速指向能力的多波束测控天线是解决大规模星座测控的有效手段.通过对国内外多波束测控天线的调研,介绍了多波束测控天线的发展概况,对其技术特点进行了分析和研究,指出了多波束测控天线在星座测控中的优势,并提出基于多波束测控天线的星座测控建议.     

一种满足静止气象卫星测控要求的天线设计方案

提出了满足新一代静止气象卫星测控要求的测控天线设计方案,采用测控天线斜装实现卫星变轨时天线波束覆盖。在FEKO电磁仿真软件中进行了仿真,讨论了单天线的性能及整星状态星上布局条件对测控天线的影响,并对方案进行了优化。结果表明:所选测控天线设计方案可行,满足卫星测控需要。     

提高GEO卫星测控覆盖区域的技术途径研究

星载测控天线是地球静止轨道卫星测控分系统的重要组成部分,对于星地测控链路通畅至关重要。根据地球静止轨道卫星测控任务的特点,简要介绍了测控天线的设计原则;基于单副天线的覆盖区分析,提出了采用两副天线组阵工作以提高测控信号覆盖区的建议,并分析了两副单元天线异频组阵与同频组阵工作模式,提高测控天线覆盖区的技术方案及对测控天线...     

太阳同步对日定向卫星的测控天线布局设计

对日定向姿态卫星在轨没有固定指向地球的一侧,若采用在卫星对天面和对地面反向对称各安装一副测控天线以实现准全向覆盖的传统布局设计,在测控弧段中地面站方位跨越测控天线组合方向图干涉区的过程中,测控链路极易受到该区域天线增益的剧烈波动而出现链路中断,从而对测控任务产生较大影响。太阳同步轨道具有轨道平面和太阳矢量保持相对固定夹角的特性,若运行于太阳同步轨道的卫星采用对日定向姿态,则可利用该轨道特性,结合我国地面站主要位于北半球的特点,通过优化测控天线在星上的布局,减少测控天线干涉区对测控链路的影响。通过仿真分析给出该设计的具体实现过程,并给出不同轨道高度和降交点地方时对应的测控天线推荐安装角度,可为运行在太阳同步轨道上的对日定向姿态卫星提供测控天线布局参考。     

太阳同步轨道卫星中继测控天线覆盖特性优化研究

我国天链一号数据中继卫星系统的初步建成,大大提高了低轨用户卫星的测控效率,但用户卫星中继测控天线有限的波束角影响了其对数据中继卫星系统的覆盖率。为此,文章提出一种垂直于卫星轨道面方向的准半球状增益中继测控天线布局方式,适用于整星尺寸较大或使用晨昏轨道的太阳同步轨道(SSO)卫星。这种方式充分利用该方向对中继卫星的长时间可视弧段,能有效提高中继测控的覆盖率,对天链一号数据中继卫星系统的覆盖率在95%以上。同时,单个中继测控弧段的平均时长约为60min,弧段之间的平均等待时间约为20min。其覆盖特性的各项指标相比于常规的对天面中继测控天线具有明显的优势,能显著提高中继测控任务的实时性和灵活性。     

一种提高我国空间站中继测控覆盖率的方法

根据中继卫星的定点位置,对我国中继卫星-空间站的几何覆盖率进行了分析,并对提高空间站中继测控覆盖率的途径进行了研究,提出了一种采用不同舱段的2副中继天线融合使用,并通过调整天线安装布局提高中继测控覆盖率的方法。经理论分析和仿真验证,该方法能够有效地提高空间站中继测控覆盖率,可为我国空间站中继天线的安装布局设计提供参考。     

圆极化卫星测控天线

介绍了一种与DJS—1卫星平台及我国卫星测控网相适应的圆极化卫星测控天线。设计充分考虑三化要求,辐射单元采用了能够实现“轴向型”宽波束方向图的小口径喇叭,只要在卫星指地面和背地面各装一副天线,就可组成双向方向图。在喇叭之后加一个正交模耦合器,就可实现正交辐射;在喇叭和馈电部件之间加入一个圆极化器,就可实现圆极化辐射。从而实现了卫星测控天线的模块化和通用化。     

测控天线系统防御台风的措施

通过处理1989~2018年台风路径数据，对登陆海南的台风源地、移动路径以及登陆台风的时空分布特征进行了统计分析，然后结合测控天线抗风力等级和测控任务要求，提出了海南地区卫星测控天线系统防御台风的具体措施。研究表明：（1）登陆海南的台风源地为菲律宾以东洋面和南海海域，登陆时间集中在6~10月，登陆地点集中在海南的东部和南部；（2）登陆海南的台风风力在8级以上的数量占89.13%，按照测控天线“8级风保精度，14级风不破坏”的抗风力等级要求，遇有台风正面登陆且监测风速大于17.2m/s时应申请退出航天测控网，对天线进行收藏和插锁；（3）针对台风降雨引起的卫星下行信号衰减问题，需要采取去衰减的应急操作，提高跟踪信号的AGC电压，确保测控天线满足自跟踪条件     

MEO卫星有源微波天线机电热一体化设计与应用

针对中地球轨道(MEO)卫星微波天线连续工作时间较长带来的温度一致性问题,兼顾卫星减重的需求,文章提出了一种天线机电热一体化设计方法。从分析MEO热环境出发,筛选出极端低、高温工况,采用纳米膜、高导热石墨板和分布式测控温系统相结合的手段,提出了一种新的天线热控方法,节省了传统的有源安装板,优化了2/3的测控温线缆。经过有限元仿真和模块级试验,验证了该方法的有效性,试验结果表明：该机电热一体化设计方法能够满足温度一致性要求,对短时高热耗的天线热控具有重要的借鉴意义。     

在轨跟踪与数据中继卫星测控关键技术(上)

根据卫星轨道根数，研究了跟踪与数据中继卫星（TDRS）对用户星的精确跟踪规律，并据此分析了TDRS对卫星平台姿态和天线运动范围的要求。介绍了TDRS测控中的关键技术，如螺旋扫描算法在TDRS搜索用户星时的应用、TDRS对近地卫星的覆盖率、TDRS跟踪多用户星的资源分配准则、星蚀和日凌计算，以及轨道位置保持控制策略等。相关控制策略的正确性已在我国地球同步轨道卫星的在轨测控应用中得到了证实，可用于未来TDRS的工程测控和业务应用。     

中继终端:天基测控搭建太空“天路”

正神舟十一号飞船成功发射后,要确保与地面通信的实时畅通,就必须依靠中国航天科技集团公司五院西安分院研制的中继终端。通过与中继卫星天链一号实现"太空握手",中继终端成为天基测控的重要终端。中继终端的应用,使我国的天基测控通信得以成为现实,从而在太空中搭建了地面与卫星,卫星与飞船之间的"天路"。当神舟十一号飞船进入预定飞行轨道时,中继终端将计算出中继终端天线的指向数据。之后,中继终端中的转动设备将天线指向中继卫星天链一号,这样     

高分多模卫星测控分系统设计与验证

高分多模卫星(GFDM-1)敏捷机动范围达到了单轴45°,机动速度达到了4.5(°)/s,大角度高速机动可能造成接收机失锁与接收星数下降导致非定位问题。文章提出了双天线同时参与解算的双频双模星载导航定位定轨体制,有效解决了姿态机动过程中接收星数减少问题,并实现了星载导航连续高精度定位。同时,采用了异构的测控分系统设计,提高了测控分系统可靠度,实现了卫星全球测控能力以及星地测控抗干扰能力。     

应用于深空探测的小卫星测控系统方案研究

针对深空测控任务的特点,分析了小卫星平台典型测控方案用于深空测控存在的问题,包括天线组阵存在干涉区、有效全向辐射功率(EIRP)和接收灵敏度不足、系统电磁自兼容性(self-EMC)较弱、不支持高精度定轨测量的差分单向测距(DOR)功能等。为解决这些问题,文章进行了方案的设计改进,提出了一种小卫星深空测控方案,通过仿真及计算分析,验证了设计方案的可行性,结果表明:改进后的深空测控方案,可为小卫星及其它航天器进行深空探测提供参考。     

低轨航天器中继测控终端固定宽波束天线覆盖研究

数据中继卫星运行在地球静止轨道,可作为低轨航天器在地面站视距外测控通信的数据中继接力。针对中继小型测控终端的需求,文章设计了两种不同的固定安装的宽波束中继终端天线,一种为简单锥形波束,另一种为赋形的复杂环锥形波束。结合低轨航天器不同倾角的轨道特性和终端天线不同的方向图类型,应用STK卫星仿真软件进行了不同组合的链路仿真分析,给出了不同轨道倾角的航天器与中继卫星长时间建立链路的最优天线方向图及其设计特性。链路仿真的参数包括总的建立链路时间、建立链路的次数及建立链路的区域等,仿真结果对于低轨中继终端的应用具有重要的指导意义。     

LEO至HEO多阶段任务小卫星测控系统方案

针对部分需要在多种不同轨道高度和轨道类型下分阶段执行差异性工作任务的小卫星,对常规测控系统方案进行改进,提出应用于近地轨道(LEO)至高椭圆轨道(HEO)多阶段任务小卫星的测控系统方案。该方案集成度高,采用高灵敏度遥控接收,设置高/低2档发射功率,引入信道纠错编码,设置多档遥测发送速率,单独设置无合成干涉效应的大功率发射天线,采用支持"漏信号法"的高灵敏度全球导航卫星系统(GNSS)接收机等,可有效应对不同阶段星地距离大尺度变化和卫星姿态的指向变化。以中欧合作"太阳风-磁层相互作用全景成像"(SMILE)卫星为实例,验证了改进测控系统方案的可行性。改进后的测控系统方案,可应用于LEO至HEO多阶段任务的小卫星及其他航天器。     

实践四号卫星测控系统的设计特点

实践四号卫星是一颗比较特殊的空间探测卫星,运行轨道是在200～36000km高的大椭圆轨道上,要求全面。本文围绕卫星的要求,提出测控系统设计原则、设计特点,表现在跟踪、遥测、遥控、数传、时间码设计、天线设计各个方面,设计系统达到了可靠性和经济性的要求。     

Ka频段大口径测控天线无人机校相方法设计与验证

面向Ka频段航天测控设备天线标校工程应用需求,分析了大口径测控天线相位校准方法原理,论证设计了轻量化、模块化的组合式测控应答机无人机装载模式,提出了基于无人机的S频段天线自跟踪叠加偏置进行Ka频段天线快速校相的方法,并进行了跟踪精度分析。计算了在不同地面测控天线口径下进行相位标校的链路余量,规划了无人机飞行航路和试验步骤,并进行了Ka频段天线快速校相、电轴一致性测试试验,每次相位标校得出的交叉耦合和灵敏度系数指标均满足天线对无人机信标的闭环自跟踪要求。结果表明,基于无人机平台的大口径测控天线相位校准方法能够为Ka频段测控设备标校提供一种新的手段,具有良好的工程应用前景。     

海事卫星系统在载人航天数据中继的应用

对海事卫星系统用于载人航天器数据中继的基本方法及可能性进行了讨论。从海事卫星系统的构成、链路能量和天线跟踪等方面论证了使用海事卫星系统中继载人航天数据的可能性。论述了工程实施中的关键技术和解决措施。提出了采用导频接收机来实施多普勒频移补偿的解决方案。最后认为使用海事卫星中继载人航天数据是可行的，可有效提高载人航天器的测控通信覆盖率。     

卫星射频接收机电磁兼容防护设计方法

射频接收机是卫星测控、导航、有效载荷等分系统的重要组成设备,也是对电磁干扰最为敏感的设备,在对卫星进行电磁兼容性（EMC）设计时,必须充分考虑射频接收机的EMC防护,以保证其在卫星电测、发射和在轨运行时能够在其所处电磁环境中正常工作.文章描述了卫星射频接收机典型的EMC防护设计方法,从屏蔽、电磁泄露防护和天线耦合防护等方面进行了阐述.     

基于PID的卫星发射主动段遥测接收系统

本文重点针对卫星发射主动段存在遥测盲区问题，开展卫星发射主动段遥测数据接收方法的研究，突破发射场通信建立、地面测控天线指向控制、卫星发射主动段遥测接收系统搭建等关键技术，提出了一种基于PID的卫星发射主动段遥测接收系统，进而高质量实现卫星发射主动段遥测数据全时段接收与监测。提出的方法在大气环境监测卫星发射任务中得到了试验验证，结果表明卫星发射主动段遥测数据接收完整且有效。