中继卫星系统在我国航天测控中的应用

中继卫星系统高覆盖、数据传输能力强,是航天测控网的重要组成部分。随着我国中继卫星系统的建设和不断完善,其对优化我国航天测控网结构、提升中低轨道航天器测控能力的作用日益明显。本文结合中继卫星系统的特点,分析了我国航天测控任务对中继卫星系统的应用需求,提出了在运载火箭测控、航天器入轨段测控、载人航天测控、卫星在轨长期管理等方面开展中继卫星系统应用的思路,梳理了运载火箭测控、航天器入轨及早期轨道段测控、飞船返回段测控、多址链路测控等方面需要解决的关键技术。     

交会对接任务天基双目标测控通信设计

针对交会对接任务对测控通信提出的高覆盖率和双目标测控等需求的问题,分析2颗中继卫星能够提供的覆盖率,设计双目标测控工作模式以及天地协同机制,计算中继链路的性能,分析表明,天基测控可提供约72%的测控覆盖率,能够支持双目标测控,链路余量满足要求;统计了任务中关键段落的测控通信工作情况,分析结果和实际任务情况验证了天基测控在交会对接任务测控通信中的重要作用;最后提出后续任务改进和完善的建议。     

中继卫星系统链路操作影响因素分析

中继卫星系统链路建立和维持是中继卫星系统的关键技术，其直接影响中继卫星系统为用户提供数据中继服务的质量。影响链路建立和维持等操作的因素较多，有些还存在一定的关联性。本文分析给出了影响中继卫星系统捕获跟踪用户平台性能的几个主要因素，如链路建立时间、链路建立概率、中继卫星对用户平台的程序跟踪误差、中继卫星对用户平台的自动跟踪误差等，并就各种因素对中继卫星系统链路操作的影响进行初步评估。     

通信卫星模拟器通用基础平台设计研究

卫星模拟器主要是对地面测控系统遥测接收和遥控指令发送的工作状态进行检查和验证,验证地面测控系统设备正确性,提高地面测控系统对卫星故障的应急处理能力等。本文从软件系统架构高度对不同卫星各分系统模型共有属性进行抽象提炼和设计研究,提高软件架构及模块的复用性、扩展性和维护性,通信卫星模拟器通用基础平台可同时验证不同卫星对地面测试系统的任务要求,使不同卫星模拟器的建设和地面系统测试支持可以纳入一个规范化、通用化的系统框架中。     

中继卫星S频段多址系统应用服务模式

通过深入分析TDRSS(Tracking and Data Relay Satellite System,跟踪与数据中继卫星系统)多址业务的主要能力、业务类型以及服务对象,概括总结出了TDRSS多址业务的2种应用服务模式,即周计划模式和按需接入模式。在此基础之上,设计了我国中继卫星SMA(S-band Multiple Access,S频段多址系统)的预分配服务模式、周计划服务模式和按需接入服务模式等3种应用服务模式。针对这些,建议:低速测控及数传需求的用户平台在安装S频段中继终端时,考虑兼容S频段单址和多址业务;用户中心S频段低速测控及数传服务尽可能使用SMA;用户在单独使用返向SMA资源时,必须确保中继终端处于开机状态,并指向中继卫星。     

载人空间站工程测控通信系统挑战和机遇

针对载人空间站工程对测控通信系统提出的更高测控覆盖率、更高可靠性、长时间连续测控、高数据传输速率、多目标同时测控等需求,提出了采用天地基相融合的测控通信模式,构建以中继卫星系统为主的天基测控通信模式,利用"北斗"卫星导航系统实现自主可控的高精度轨道确定,合理布局和调度地面测控站,提升地面站工程遥测码速率和双目标支持能力,实现减站增效。对天地基测控资源进行一体化考虑,实现按需调度,完成空间站持续高可靠测控通信任务。讨论了测控数传一体化发展思路,建设Ka频段测控站,同时实现测控和高速数据传输。基于IP(互联网协议)开展天地一体化设计,提出了网络化测控的思路。     

微型飞行器飞行监测系统设计

根据微型飞行器(Micro Aerial Vehicle-MAV)飞行测试的需求,设计了一种飞行监测系统。系统主要由操纵输入数据记录、地面监测计算机和无线测控链路三大部分组成。详细介绍了各部分的功能和设计方法,最后探讨了一种基于nRF401的测控链路实现方案。     

科学实验卫星高速上行链路设计

为保障在卫星与地面之间开展空间量子科学实验的条件,必须为科学实验载荷建立一条星—地高速数据双向传输链路.通过跟踪CCSDS-SLS-NGU（空间数据系统咨询委员会-空间链路业务-下一代上行链路）工作组对NGU的研究进展,结合科学实验卫星有效载荷建立高速上行链路的需求,采用高带宽利用率调制技术、高效信道编码方式及适用的链路数据传输协议,设计了一种传输速率为1Mbit/s、误码率优于1×10-9的高速上行链路方案,并给出星载设备实现方案和地面初步测试结果.该方案在技术体制上兼容已有CCSDS规范,便于地面站及星载接收机实现,完全满足开展空间量子科学实验的需要.     

一种半实物卫星通用测控仿真平台设计与实现

卫星通用测控仿真平台是为了提高测控支持效率和能力而提出的。根据航天测控任务需要以及测控设备的特点，设计了基于半实物的卫星通用测控仿真平台硬件环境。采用面向对象技术，结合喷泉模型进行了软件开发。通过抽象以及采取“穷举覆盖、描述文件、参数表、动态连接库、分支语句”等方法，建立了卫星通用测控仿真平台数学模型。通过与真星比对，该平台在信道的电气性能和数据层与真星具有等价性，并成功地应用于近地和同步卫星的系统联试和任务实施中。     

下一代数据中继卫星系统发展思考

通过系统阐述中继卫星系统的发展过程,给出了主要国家和组织的中继卫星系统技术体制和现状.再结合卫星、载人航天器和深空探索的未来发展趋势,分析了下一代中继卫星系统的发展需求.在此基础上,从体系结构、卫星平台、链路调制体制、网络协议等方面,探讨并给出了下一代中继卫星系统的发展趋势和技术途径.为满足未来近地、深空航天任务,以及临近、低空快速移动用户的不同要求,节约系统成本,下一代中继卫星系统将向专业化和与其他系统融合的方向发展:星间链路将增加激光链路,数据速率可达到10 Gbit/s以上;多址业务成为主用,同时支持用户数能力将极大提高;对于链路调制体制,在采用CR(Cognitive Radio,认知无线电)和SDR(Software Defined Radio,软件定义无线电)技术的基础上,可实现实时自适应调整和根据需求加载配置;数据传输将采用网络化方式,天地间构成一体化DTN(Delay Tolerant Network,容延迟网络).     

无人机系统的卫星中继数据链

针对大中型无人机系统实现远程测控与信息传输的技术需求,在参考国外＂捕食者＂、＂全球鹰＂等先进无人机系统技术体制和实现方案的基础上,提出了利用商业或军用通信卫星作为空中中继平台,建立无人机卫星中继数据链,实现我国远程无人机系统的超视距遥控、遥测和侦察信息实时传输的解决方案,这对延伸无人机系统的作用距离、提高作战效能具有重要意义。文中分析了无人机系统卫星中继数据链的技术体制,提出了工程应用中的关键技术,对具体的工程实现具有一定的指导意义。     

Nontracking antenna performance for inertially controlled spacecraft using TDRSS

A series of tests to validate an antenna pointing concept for spin-stabilized satellites using a data relay satellite is described. These tests show that proper antenna pointing on an inertially stabilized spacecraft can lead to significant access time through the relay satellite even without active antenna pointing. We summarize the test results, the simulations to model the effects of antenna pattern and space loss, and the expected contact times. We also show how antenna beam width affects the results.     

一种低相位噪声频标分配放大器的设计实现

随着测控试验系统对低相位噪声频标指标要求的不断提高,国内市场上的绝大部分相关产品已无法满足要求。本文给出一种低相位噪声频标分配放大器的设计实例,实例采用基于MAX4104增益放大和LMH6609分配放大的2级放大电路结构,充分利用MAX4104的低相位噪声放大特性和LMH6609的大电流驱动分配特性,同时采用先进的PCB（印制电路板）设计技术和有效的电路噪声抑制手段,实现了频标的低相位噪声分配放大输出。最后对实例设计进行了验证分析。本设计相关产品已广泛应用于卫星地面测控系统的时频分系统中,实践证明设计指标满足航天测控和武器试验用户的要求。     

三轴气浮陀螺稳定平台电子模拟器设计

介绍了一种三轴气浮陀螺稳定平台地面测试用电子模拟器的设计方法。针对气浮平台地面测试的应用特点进行数学建模,采用以单片机为核心进行模拟器综合设计,解决了气浮平台地面测试过程中各种输出信号的实时模拟问题。实际应用表明：这种电子模拟器具有使用方便、稳定性好、寿命长的特点,能够代替气浮平台参与系统综合测试,不仅减少了平台使用寿命的消耗,而且显著降低了系统测试过程中故障复现与排除试验的风险。     

C频段统一测控系统非相干测速功能探讨

针对目前国内C频段统一测控系统因不具备测速功能,在发遥控期间无法进行测距,导致其无法对卫星进行连续轨道测量的缺陷,提出了非相干测速方法。非相干测速利用卫星遥测信息中的上行载波多普勒信息以及地面站获取的下行载波多普勒信息,计算得到双向多普勒信息,对双向多普勒进行计算可获得连续的卫星运动速度信息。本文在理论上证明了这种方法的可行性,并以自旋式卫星同步控制过程中天地时延精确修正为例,说明了这种方法的应用价值。     

星锁异常分析方法及处置策略

扩频模式星锁指示是判断上行信号锁定与否的重要参数,它是关系到双捕能否完成的关键.针对地面测控设备跟踪某遥感卫星时星锁异常的问题,采用FTA(故障树分析法)从星地两方面查找原因,找出了造成星锁异常的主要因素是扩频应答机下行测量帧中CRC(交叉冗余码校验)计算错误,诱因归结为扩频应答机FPGA(现场可编程门阵列)存储器中程...     

航天器控制高级语言的设计与实现

针对航天测控任务中存在的卫星控制人员手工操作多、任务准备周期长、自动化水平低等问题,在分析航天器控制流程的基础上,抽象出面向卫星控制人员的航天器控制高级语言,设计语言规范,描述Windows平台的编辑、编译、运行功能的设计与实现。该语言成功应用于某中心的卫星测控任务中,任务准备快速高效,大大减轻了卫星控制人员的工作量,任务过程自动执行,无需人工干预,提高了航天器控制过程的自动化水平。     

基于DAQ和FPGA开发星务软件测试平台

针对航天软件自动化测试和测试通用性要求的不断提高,提出基于DAQ（数据采集）和FPGA（现场可编程门阵列）的星务软件测试平台构建方案,在PXI（PCI eXtensions for Instrumentation,外设部件互联标准在仪器领域的扩展）系统环境下应用NI（美国国家仪器公司）的DAQ板卡和FPGA板卡实现星务软件外围数据的仿真模拟,应用Lab-VIEW编程实现信号的解析和良好的人机交互界面。在实际测试中,它能够很好地完成一系列星务软件的自动化动态测试、故障模拟测试等,大大缩短了测试周期,提高了测试效率。此平台完全满足航天软件现代化测试的要求,具有开发周期短、使用效率高、通用性强等优点。