航天飞机S波段通信技术方案

航天飞机S波段通信系统为航天飞机提供了经由地面航天跟踪和数据网(GSTDN)的直接对地通信或经由跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS,经同步卫星转发轨道器的信息)的对地通信能力。S波段通信是航天飞机任务从发射到再入/着陆各阶段直接对地和经由TDRSS的主要通信线路。在轨道段,当TDRSS的Ku波段通信不能使用,轨道器姿态不利于Ku波段通信,或载荷舱门关闭时,轨道器都得使用S波段线路。本文介绍航天飞机S波段通信功能要求、轨道器上通信设备结构和NA-SA的S波段通信网。阐述了需要在S波段设备研制中采用专门新技术的要求和实施方案。其中包括(1)数字式话音△调制,(2)卷积编码/Viterbi解码,(3)使用Cost-as环路接收机的临界相位调制指数,(4)连续波调频的最佳数字数据调制参量,(5)副载波测距和时分复用数据信道的交调效应,(6)射频覆盖,(7)低信噪比下的解扩技术。本文评述了这些独特新型通信信道的性能,给出了性能分析和实验结果。     

我国航天测控通信网的展望

一、前言航天测控通信网由通信传输手段、时统系统、数据传输系统和调度指挥系统四部分组成,是一个相对独立的测控勤务保障系统。该网的特点是专业面广、涉及台站多、通信基线长以及可靠性高等。随着我国对外开放、航天事业进入国际市场,对本网提出了更高的要求。我国航天测控通信网的任务是:为各发射场区、各跟踪测控台站、海上测量船的测控设备提供标准时间、标准频率信号,并使它们保持同步;完成测控网内各种数据的实时可靠传输;保障任务过程中的统一调度指挥和测控业务协调通信。     

基于任务弧段的测控通信任务可靠性建模方法

基于对任务的弧段划分,建立了测控通信任务的可靠性模型.根据任务执行时序图,参与任务的测控通信资源及任务成败标准,将测控通信任务划分为不同的任务弧段,定义了正常任务弧段和空闲任务弧段,基于Markov过程,提出了正常任务弧段和空闲任务弧段的可靠性建模方法.提出了在考虑测控通信资源的开机准备时间和停机时间的情况下的可靠性建模方法,对测控通信任务重新划分任务弧段,各任务弧段依据相应方法单独建立模型,依次求解各模型可得整个任务的可靠性.最后以具体的测控通信任务为例,计算并分析了不考虑资源开机准备时间和停机时间、仅考虑资源开机准备时间、仅考虑资源停机时间以及考虑资源开机准备时间和停机时间的任务可靠性,验证了模型的正确性.      

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。     

我国空间站运行的测控通信工作模式初探

在分析我国载人空间站在轨运行的任务特点和对测控通信提出的新要求的基础上,对测控通信工作模式进行了探讨。针对任务中心,采用分布式模式进行任务的组织和实施,建立常态化工作体系;针对测控通信资源的使用,对资源进行简化、优化,发挥天、地基各自优势,并实现天地基资源统一调度;针对在轨故障诊断和应急处置,提出了“天地联合,以地为主”的载人航天故障诊断模式和实现途径;针对空间站遥操作需求,提出了一套工作模式和实施流程;针对测控通信长期执行任务的可靠性,提出了任务中心容灾备份工作模式和通信路由的备份模式。以期为后续任务工作模式设计提供参考。     

MSL测控特点以及自主火星探测测控关键技术

火星科学实验室任务测控通信与导航技术代表了目前该领域的最新方向。在结合火星科学实验室任务特点并对其对测控通信系统设计性能、导航性能进行分析的基础上,以未来的自主火星探测以及火星采样返回任务为潜在工程应用目标,结合我国月球和深空探测测控系统的现状,梳理了我国未来自主火星探测中火星中继网络、火星探测器精密定轨,以及火星大气进入、下降和着陆过程中的信号检测与估计等关键技术。该研究对后续的自主火星探测测控通信系统的设计具有一定的参考价值,对推进我国深空探测测控系统的发展具有重要意义。     

验证Internet技术用于空间通信

NASA哥达德航天中心 (GSFC)正在进行一项被称作“将任务作为Internet节点来操作 (OMNI)”的计划 ,以验证将Internet通信技术用于空间通信的可行性。其目的是为将来的空间任务提供全球寻址能力、标准网络协议及Internet应用能力。 2 0 0 2年 8月进行的航天飞机飞行对这样的通信结构和操作概念进行了配置和测试 ,该实验被穿插在一项称作“航天飞机上的通信导航论证 (CANDOS)”的任务中进行。该任务使用装在航天飞机舱内的一部小型可编程收发机 ,与NASA地面跟踪站以及NASA中继卫星系统进行通信。这种收发机包括一个运行Lunix操作系…     

月地及月地以远测控通信与若干关键技术发展趋势

通过研究国内外主要测控通信技术现状与发展动态,梳理出了目前我国在月地及月地以远距离测控通信技术遇到的挑战:面临测量精度尚不能满足科学探测更高的要求,数据传输能力难以满足更高的数据传输速率需求,关键器件自主可控较为薄弱,激光通信高精度快速捕获手段单一,以及星载终端设计与关键技术在轨验证较少等。针对这些问题,提出了对天线组阵、激光测控通信技术、Ka波段及毫米波低温接收机、超导纳米线单光子探测器、深空光学跟瞄系统、窄线宽激光光源的产生技术、光通信调制技术和高功率低噪声放大器的迫切需求,并介绍了国外最新的用于深空测控通信的新概念与前沿技术,即一体化微波/光学混合通信系统与微波光子射频信号稳相传输技术。最后,结合我国现状,讨论了我国测控通信重点发展方向及其关键技术的建议,可供构建月地及月地以远测控通信系统参考。     

国际空间站测控通信系统研究

测控通信系统是国际空间站的重要组成部分,可靠的测控通信系统是确保空间站长期稳定在轨运行的基础。对国际空间站测控通信系统进行了较为深入的研究,介绍了国际空间站测控通信系统的组成,梳理了国际空间站中继S系统、中继Ku系统、空空通信系统的链路特性与工作方式,并总结归纳了国际空间站测控通信系统多手段备份、采用高性能编码等特点,以及对我国的启示,能够为我国测控通信系统的发展提供借鉴与参考。     

美国跟踪和数据中继卫星系统的成就

美国航空航天局的第一颗跟踪和数据中继卫星(TDRS-1)于1983年4月4日用航天飞机发射,经过对卫星本身及设在白沙的地面站进行全面测试后,于1984年底开始正式供用户部门使用。TDRS-2因挑战者号航天飞机失事而未能入轨,接着在1988年9月和1989年3月分别成功地将TDRS-3和TDRS-4发射入轨。于是,在1989年10月25日宣布由两颗工作星和一颗在轨备份星组成的基本TDRSS系统投入运转。1985年到1989年间,TDRSS已经为用户提供了150万分钟的通信,为航天飞机和陆地卫星等用户提供了高速率数据传输,为太阳散逸层探测器(SME)和地球辐射平衡观测卫星(ERBS)等用户提供了低速率数据传输。1985年以来,单单航天飞机和太空实验室的飞行已经采集了17万分钟的数据。 TDRSS系统的成功使NASA局能够按计划关闭许多全球布设的地面测控站,并从老的地面测控网逐步过渡到天基测控网,以保障近地轨道航天器的任务。已用TDRSS系统保障的航天任务演练了所有的基本测控业务,证实了系统方案的正确性,NASA局评价了TDRSS系统5年测控工作,并确定了两个参数以衡量系统传送用户遥控指令和遥测数据的能力。这两个参数是可用性和成功率。可用性是系统在每周7天,每天24小时内能满足任一个或所有用户航天器测控要求的准备程度。成功率是系统实际完成测控业务的能力,是实际提供的保障与预期安排的保障之比。     

靶场实时测控软件系统现状与发展趋势

实时测控软件系统是航天测控系统的信息处理中心，在航天任务中担负着实时信息处理、设备数字引导、指挥显示和安全控制等任务。随着计算机与通信技术的飞速发展，实时测控软件系统向信息融合、分布处理、高可靠性和逼真的多媒体显示等方向发展。本文介绍了实时测控软件在航天任务中的地位厦作用，详细阐明了实时测控软件系统的发展历程、系统组成、功能特点和未来的发展趋势。     

HERMES航天飞机的导航

Hermes航天飞机任务的具体规定对导航系统的要求有影响;本文描述并说明了这些要求。航天飞机导航系统的说明阐明了解决Hermes导航问题所采取的办法。本文对该系统的各项性能进行了评述。最后,介绍了1995—2000可利用的各种导航系统的指标(性能和适用范围)。本文还评述了Hermes导航方法的选择结果。     

空天地一体化飞行器测控通信网技术探讨

未来对飞行器的测控已从单一的航天测控通信发展到对中低空的无人机、高空及临近空间的飞行器、卫星以及深空探测的航天器等飞行器的测控与通信体系结构。针对空中及空间飞行器系统对空天地一体化测控通信网络的需求,提出了利用宽带通信导航链路进行组网的总体思路,对其系统体系结构以及相应的关键技术进行了简要介绍。     

空间运输系统对空军卫星控制网的影响

二十多年来,空军卫星控制网(AFSCN)为许多军用航天器和发射运载器提供了实时跟踪、遥测和遥控支持。随着国防部航天任务测控要求的变化,空军卫星控制网的测控、通信和数据处理能力的扩展和现代化都已稳步增长。空间运输系统的发展促进了空军卫星控制网的发展。本文介绍了为满足空间运输系统的要求对空军卫星控制网目前已进行的和预期进行的一系列改造。     

SLE服务在测控设备中的应用研究

针对CCSDS(空间数据系统咨询委员会)建议的SLE(空间链路扩展)服务并不完全适应现有测控设备运行管理体系和数据交互体系的问题,在介绍SLE服务体系和我国航天测控设备运行管理体系的基础上,对测控设备接口关系、SLE业务对现有测控设备的要求以及SLE服务在测控通信领域的发展等方面进行了重点研究,提出了应用SLE服务的测控设备接口方案和相关设备设计要求,并建议逐步在深空站等具备条件的地面站配置和使用自主开发的SLE服务。     

飞行器测控通信技术发展趋势与建议

在研究国内外测控通信技术现状与发展动态的基础上,梳理出未来测控通信发展趋势：将走向综合化网络、高精度和航天器自主导航,发展光学测控通信技术,提升跟踪与数据中继能力,建设天基靶场,加强安全防护,以及设备高度综合化、数字化、软件化和低成本等;结合我国测控通信技术发展遇到的技术“瓶颈”与挑战,探讨了当前我国测控通信发展面临的主要任务：制定顶层规划,继续提升技术水平,满足新平台新任务测控需求,探索新概念与前沿技术等;最后,提出了我国测控通信重点发展方向及其关键技术的建议.     

Ka频段宽带测控通信与抗干扰技术探讨

介绍了建设Ka频段飞行器测控通信网的需求以及国内外发展情况,对宽带测控通信传输的抗干扰方法和技术研究方向进行了讨论。     

激光测控通信技术研究进展与趋势

激光测控通信技术作为航天测控通信领域的一项新技术,具有作用距离远、测量精度高、通信速率快、抗电磁干扰能力强等优势。介绍了美国、欧盟、日本和俄罗斯在激光测控通信技术领域的最新研究进展和计划,总结了典型激光测控通信系统的主要性能指标,分析了激光测控通信技术的发展趋势,并结合我国激光测控通信技术研究现状提出几点发展建议。     

美国航天测控通信网的现状和发展

本文叙述了目前的NASA通信网(NASCOM)以及该网为所有NASA航天计划提供长途工作通信的发展过程。还介绍了为满足90年代NASA测控通信要求而正在实施的一些方案和技术。     

航天飞机通信线路射频覆盖分析和性能评价

本文介绍了NASA约翰逊航天中心目前对航天飞机计划中的通信和跟踪无线电线路所作的射频覆盖分析和性能评价工作。综合应用轨道、天线数据、地面站和航天飞机硬件特性以及射频线路数学模型,预测航天飞机的三个基本飞行段的射频线路性能——上升段、在轨段和返回段。结果表明早期设计有许多不足,需要重新配置地面站。目前,性能已能满足要求。