深空测控通信技术发展趋势分析

为满足21世纪我国深空探测任务的需要，参考国外深空测控通信系统的先进技术，归纳和总结了未来相关技术发展的7个趋势，为我国深空测控通信技术的发展提供一些参考。     

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.     

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。     

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。     

NASA月球激光通信演示验证试验

为满足日益增长的大数据量、高数据速率传输要求,NASA(National Aeronautics and Space Administration,美国国家航空航天局)正开启采用激光技术进行空间通信的新时代,并于近年相继开展了多项自由空间激光通信技术研究项目。针对该情况,重点介绍LLCD(Lunar Laser Communications Demonstration,月球激光通信演示验证)项目的系统组成和工作状况:该项目由NASA实施,首次采用激光作为载波在绕月飞行器和地面接收机之间进行双向激光通信,通过飞行演示验证了下行速率为622 Mbit/s和上行速率为20 Mbit/s的月地双向空间激光通信,以及端到端DTN(Delay Tolerant Networking,容延迟网络)数据传输,并验证了作为激光通信链路副产品的高精度测距技术,试验成果超出预期。最后展望LLCD后续发展,供我国相关研究工作参考借鉴。     

深空通信信道编译码技术研究

初步分析了深空通信的信道特点,参考国外深空通信系统信道编译码方案。结合我国的现状,提出了我国未来深空通信系统应采用的编译码方案,并分析了实现的难点及关键技术。同时,根据信道特点和数据传输速率的要求给出了深空通信的调制方式。     

空间激光通信现状、发展趋势及关键技术分析

针对目前空间激光通信的背景需求,介绍了国内外星、空、地、海等平台间的空间激光通信研究与试验现状。通过对空间激光通信现状的分析,并结合科研实践,归纳出空间激光通信的高速率、网络化、多用途、一体化、多谱段5个未来发展趋势。在此基础上,从空间激光通信系统的光学结构、通信收发以及环境影响等方面,着重分析了高质量光学系统设计、高精度捕获对准跟踪、大气信道影响补偿、高速率高功率发射、高灵敏度低误码探测、一对多通信网络、平台振动与姿态补偿、器件部件空间适应性8项关键技术,并提出相关技术的解决方法和途径,进而给出须进一步深入研究的方向,展示了空间激光通信良好的应用前景。     

2030年前航天测控技术发展研究

根据2030年世界航天技术的发展战略,尤其是2015年～2030年期间逐步进入应用阶段的军用航天技术发展情况,分析了我国航天测控技术未来发展的能力要求。并在分析美国2005年～2030年NASA空间通信与导航体系结构发展计划的基础上,对我国航天测控技术未来发展方向与发展重点进行了梳理,如天地一体化测控与信息传输、深空测控通信、航天对抗、航天应急,以及进一步提高测控距离、数传速率、测轨精度,覆盖率、空间信息综合处理能力、系统效费比等。最后提出了发展建议,如航天测控网与空间目标监视网、天文观测网三网合一、发展寂静测控技术和即插即用测控技术等,从而提高航天测控技术在一体化联合作战中的快速响应和支撑能力,对抗条件下的生存能力,满足未来多层次、多样式的需求。     

空间激光通信进展及在天基网中应用构想

在分析国内外空间激光通信技术研究进展和试验验证的基础上,按照"全球覆盖、重点支持、便于组网、便于管理"的原则,重点对未来激光链路卫星星座构型进行研究,提出了基于已有轨位的4节点GEO(Geostationary Earth Orbit,地球静止轨道)星座、基于已有轨位的6节点GEO星座以及激光/微波卫星共存下空间激光宽带网络发展构想;采用高效资源分配算法和智能化运行管理系统,支持我国数百个航天器、非航天器的在线管理和高速数据传输服务,可以满足我国天基平台和全球骨干节点的高速数据传输需求。通过分析论证,提出构建我国的空间激光宽带网络,需要在超长距离激光通信技术、激光链路自主建立技术、星地激光大气效应研究、空间激光宽带网络协议、卫星星座智能管理技术等关键技术和重点研究方向上集智攻关,取得突破性进展,并对未来发展进行了展望。     

NASA选定三项航天技术飞行演示验证提案

为加速实现空间通信、深空导航和空间推进能力变革，NASA近期选择了三项技术领域提案作为飞行演示验证项目，投入资金约1．75亿美元。这三项技术领域提案包括：（1）激光通信中继演示验证。该任务将飞行验证一种可靠的、高性能、高效费比的光学通信技术，数据传输速率将是当前通信系统的100倍。（2）深空原子钟演示验证。     

天基测控系统应用发展趋势探讨

基于中继卫星的天基测控系统将在我国航天测控系统中扮演越来越重要的角色,研究天基测控系统应用发展趋势,对支撑天基测控系统发展、引导技术及应用研究都有着重要意义。本文从我国基于中继卫星的天基测控系统应用需求分析入手,介绍了国内外天基测控系统应用现状,对我国天基测控系统应用发展趋势和相关关键技术进行了深入探讨,指出今后应加强中继链路设计分析与模拟验证工作,建议重点开展抗干扰抗截获技术、更高码速率传输技术以及多用户网络化技术等关键技术的研究和应用。     

面向测控IP网的测量船测控信息交换模式研究

对基于消息中间件的测量船测控信息交换模式进行研究,首先对消息中间件技术进行探讨,然后基于测量船应用需求,从测控信息交换体系结构、测控软件系统软件部署、测控消息流管理3个方面展开基于消息中间件的测量船测控信息交换模式设计．最后对基于该模式的测控信息交换的可靠性、实时性以及易管理性等优势进行了分析。     

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。     

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).     

美国下一代深空网发展计划探析

为适应未来美国深空探测的任务,此前美国NASA(National Aeronautics and Space Administration,国家航空航天局)对它的深空网发展的技术现状与能力进行了评估,梳理出了它们在未来深空任务中上下行通信速率需求,从而制定了美国下一代深空网的发展战略.针对此战略,梳理分析了美国深空网近年在深空通信导航领域开展的多项重大技术革新与演示验证试验,并从中剖析总结出了它的下一步的技术发展路线,期冀为我国深空测控网技术发展策略的制定提供参考.     

载人月球探测深空站布局体系

针对载人月球探测,在我国现有深空测控资源的基础上,结合其他航天组织,如NASA (National Aeronautics and Space Administration,美国国家航空航天局)、ESA(European Space Agency,欧空局)等分布在全球的深空测控资源,提出了全球深空站布局体系.该体系包括我国深空站在内的8个地面站,大体形成“南四北四,均匀分布”的格局.并以美国“重返月球”计划深空站布局为参照,对比分析了布局体系的测控覆盖、三向测量和干涉测量共视弧段,讨论了布局干涉测量不同观测站三角的测角精度,可以为后续载人月球探测任务提供支持和参考.     

基于BDD的航天测控系统任务可靠性分析

针对航天测控系统任务可靠性分析问题,提出了基于二值决策图（BDD）的航天测控系统任务可靠性分析模型和算法。将航天测控系统视为一个多阶段任务系统,采用任务剖面描述任务时序逻辑关系。根据各阶段的可靠性逻辑结构建立了单阶段的BDD,依次对各阶段的BDD进行运算得到系统的BDD,据此计算系统的可靠度。最后给出了一个算例,验证了算法的有效性。     

Space power by ground-based laser illumination

Reducing energy storage requirements of space power systems by illuminating the photovoltaic arrays with a remotely located laser system is addressed. It is proposed that large lasers be located on cloud-free sites at one or more ground locations and that large lenses or mirrors with adaptive optical correction be used to reduce the beam spread due to diffraction or atmospheric turbulence. During the eclipse periods or lunar night, the lasers illuminate the solar arrays to a level sufficient to provide operating power. Two applications are discussed: illumination of geosynchronous orbit satellites and illumination of a moonbase power system. Issues for photovoltaic receivers for such a system are discussed