Ka频段卫星通信雨衰分析及解决对策

Ka频段卫星通信中,降雨引起的信号衰减对通信链路的通断起着非常重要的作用.本文在阐述雨衰原理的基础上,分析了Ka频段雨衰对信道特性的影响,提出了Ka频段抗雨衰的各种对策,并通过实例说明了对策的有效性.     

哥达德航天中心天基、地基测控网的Ka频段过渡计划

1　工作于Ka频段的驱动因素NASA天基测控网 (SN)目前通过TDRSS卫星和白沙设施 (WSC)的地面设备以S和Ku频段为各种近地轨道科学卫星提供通信服务。同样 ,NASA地基测控网 (GN)利用分布于全球的地面站通过直接对地的S和X频段为科学卫星提供通信服务。按NASA预测许多科学卫星提出的测控需求 ,需要 1Gbit/s或更高的数传速率 ,这些快速上升的数据吞吐速率不可能以现用的Ku和X频段来满足。此外 ,NASA分配给TDRSSKu频段前、返向链路频率在国际电信联盟 (ITU)只是二级用户 ,固定卫星业务 (主用户 )地球站地球 -空间方向的发射会给…     

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。     

运载火箭测控系统技术与发展

针对中国新一代运载火箭发射轨道多样、外部环境日益复杂、上行控制和空间环境安全要求逐步提高等发展特点,以及高码率、高覆盖、高精度的测控需求,研究了天基测控、多音组合编码安控、高效遥测和测控数传一体化等几种运载火箭测控新技术的应用前景;从工程的角度,提出了中国运载火箭测控系统发展思路和天地一体化的测控体系结构;并就测控系统资源配置与使用模式、新型测控体制和测控手段、遥测和安控频段等重点发展方向简述了作者的观点。     

深空通信Ka频段数传发射机的研究

针对我国今后深空探测任务的发展需求,提出了应用于深空通信的Ka频段数传发射机技术设计方案,给出了整机关键输出特性结果。采用一体化设计和数字化技术,Ka频段数传发射机实现了轻小型化和高效率。基于CCSDS(空间数据系统咨询委员会)的相关建议标准,信道编码采用级联纠错编码技术和低、中、高速率数传码分段对应选择PCM/BPSK/PM(脉冲编码调制/二相相移键控/调相)、NRZ/BPSK(非归零/二相相移键控)和SRRCQPSK(平方根升余弦-四相相移键控)的数据调制模式。Ka频段发射机采用KaSSPA(Ka频段固态功率放大器)实现了在31.84 GHz中心频率输出信号功率大于2.0 W,QPSK(四相相移键控)调制时支持最大码率2 Mbit/s。     

深空X频段测速数据误差分析

X频段是深空测控的主用频段,其多普勒测速精度远高于S频段,这一结论在"嫦娥二号"任务X频段深空测控技术试验中得到了验证,测速精度约为1mm/s。针对X频段高精度测速,本文分析了目前采用的径向速度近似计算公式,理论分析其产生的误差在地月转移和环月轨道段可达1cm/s。通过"嫦娥二号"任务X频段测控技术试验,以事后精密轨道为基准进行残差分析,结果表明,相比精确公式,近似公式计算测速数据的残差会增加1mm/s,已与X频段测速精度本身相当,因此,多普勒测速近似计算在X频段测量中已不再适用,应使用本文中列出的精确计算公式。     

异地遥测对接可行性探究

针对现有飞行器测控系统遥测对接试验周期长、效率低的不足,提出一种异地遥测对接方法.通过构建异地遥测对接系统结构,得到异地遥测对接信号链路模型.基于系统时钟抖动的频率、相位和采样时间表达形式,对异地遥测对接链路中的信号进行了具体推导.在此基础上,从频率和相位2个方面,定量分析了系统时钟抖动对异地遥测对接信号相参性的影响.分析结果表明：对于Ka频段信号,当应答机端异地遥测对接系统的时钟短期频率稳定度优于1×10^-11时,异地遥测对接系统引入的频率抖动△f≤0.6 Hz,相位抖动△φ≤0.075 rad,可认为异地遥测对接信号的相参性不受影响,异地遥测对接可行.     

卫星测控系统多通道地面测试平台设计

一般地面测试平台无法同时支持卫星对地测控测试和中继测控测试,需要开发多通道地面测试平台满足卫星测试需求.基于此,对卫星测控系统多通道地面测试平台设计进行讨论,采用彼此相对独立的2套地面测试设备,通过特定连接关系同时接入卫星对地测控链路和中继测控链路中,实现卫星多通道测控并行测试和地面测试设备的双机备份,在无须更改外部连接关系的基础上,通过模式选择、参数配置,可适用于不同模式下卫星测控通道地面测试需求.经过分析,该平台具有功能完善、适用性广、稳定性好等优点,已应用于某卫星的地面测试.测试结果表明,平台运行稳定,具有良好的使用效果.     

S频段统一测控系统无塔静态校相方法研究

在卫星测控系统中，目前多使用的有塔标校技术具有一定的局限性。为了克服这种局限性，本文针对已有的S频段统一测控系统设备提出一种静态无塔标校方法，给出了具体无塔校相的实现方法。     

用户星中继终端在轨应用策略

在介绍在轨用户星中继终端的分类、功能和使用现状的基础上,重点对用户星中继终端多约束条件进行了梳理分析。为缓解常态化应急测控带来的资源紧张矛盾,提出了用户星中继终端在轨应用策略,即Ka/S模式下影随测控,小S模式下定时捕获。针对Ka+小S模式下实现影随测控的可行性问题,利用STK(Satellite Tool Kit,卫星开发工具包)软件进行了仿真计算分析,结果表明:为实现影随测控,满足测控快速响应需要,要求星载S频段中继测控天线对中继卫星的覆盖范围,应大于星载中继数传天线对中继卫星的覆盖范围。     

临近空间飞行器信息系统一体化载荷平台

介绍了临近空间日趋受到各国的关注和研究、临近空间的概念以及临近空间飞行器的概况。从高超声速临近空间飞行器设计层面分析了临近空间飞行器信息系统多任务需求和现有设计的矛盾,指出研究临近空间飞行器一体化综合电子系统信号交链和多任务一体化协同技术是解决此矛盾的有效途径。通过对临近空间飞行器信息系统一体化载荷平台的研究,构建了采用冗余备份技术的包括信号处理模块、控制模块的统一开放的柔性系统平台架构。     

基于被动相位噪声补偿的自由空间光学频率传递

针对自由空间光信号传输更易受到环境影响的特点，提出了一种被动相位噪声补偿技术。该方法利用探测往返传输的光信号与发射端参考信号拍频获得链路引入的相位噪声，在发射端通过声光移频器（acousto-optic modulator, AOM）对待传递信号移频取共轭即可在接收端获得相位稳定的光学频率信号。该方法避免了使用复杂的鉴相和伺服控制电路，使系统具有更快的补偿速度且没有鉴相范围的限制。实验结果表明，150 m的室外自由空间链路的平均时间1 s的附加频率不稳定度约为1.9×10-16，平均时间1 000 s的附加频率不稳定度约为4.6×10-19。该相位噪声补偿技术为高精度的自由空间光学频率传递提供了一个简单可靠的方案。     

临近空间飞行器推进系统预冷器关键技术

临近空间由于其在现代战争中的重要战略意义已成为各国航空航天领域的研究重点,高超声速飞行器更是国家临近空间军事实力的一个重要标志。由于吸气式高超声速飞行器具有较高的飞行高度与马赫数,预冷技术已成为高超声速飞行器推进系统中的一项关键技术,而高性能预冷器设计是预冷技术的一个重要研究方向,预冷器的可靠性与流动传热特性是预冷系统的重要影响参数,对于紧凑、高效、高可靠性先进预冷器的研究具有十分重要的意义。基于目前公开的临近空间高超声速飞行器的主要动力形式及其对预冷技术的刚性需求,对预冷器设计中的关键技术与发展方向做了详细的阐述。     

基于预警卫星系统的临近空间飞行器跟踪简

 系统地研究了如何对临近空间飞行器进行有效实时跟踪的问题,并提出了一种基于约束总体最小二乘与自适应交互式多模型（CTLS-AIMM）滤波相结合的实时跟踪滤波算法。首先考虑到临近空间飞行器的特点,选择使用红外预警卫星系统探测目标飞行器,并使用约束总体最小二乘算法（CTLS）对目标进行粗定位;然后在粗定位信息基础上,使用自适应交互式多模型滤波算法（AIMM）对目标飞行器进行实时跟踪。在AIMM中,根据临近空间飞行器机动特性,合理选择目标模型集,并使用迭代最小二乘算法对模型参数进行自适应调整。通过仿真,验证了该跟踪滤波算法的可行性。     

导航辅助下基于LAS码的天基多目标测控

中继卫星的天基测控是解决中低轨道航天器大范围、长时间、多目标测控的有效途径,但用户星到中继卫星的时延误差、多普勒频移校正误差等参数会对多目标测控带来干扰。针对该问题,首先分析了定位误差引起的时延误差、多普勒频移校正误差等因素,设计了天基多目标前向链路遥控SMA(S-band Multiple Access,S频段多址)信号形式和反向遥测链路SMA信号形式,选择与时延校正误差相匹配的LAS(Large Area Synchronous,大区域同步)码作为反向遥测信息的扩频码,建立了导航辅助的终端时延和频率预校正方案模型,可以有效消除多用户干扰。仿真表明,当Eb/N0≥10.5dB时,前向遥控信息误码率pe≤1×10~(-6),反向遥测信息误码率pe≤1×10~(-6),使用LAS码比Gold序列约有2dB性能改善,为基于我国天链卫星的中低轨道卫星稳定运行、载人航天交会对接以及后续空间站建设等任务的测控提供重要参考。     

A Method for Selection of an Optimum Communication Link

A method is presented for the selection of a communication system based upon optimization of both frequency-dependent and frequency independent parameters. The indicator of quality used is the effective radiated power per cycle per second of information bandwidth. The method involves consideration of the frequency-dependent qualities such as system temperature and propagation losses independently from the frequency-independent quantities such as modulation loss, signal-to-noise ratio, performance margin, etc. Except for temperature and propagation loss effects, the method is made frequency-independent by considering the spacecraft antenna in terms of area while the ground terminal antenna is treated in terms of gain, thus removing wavelength from the transmission equation. An example is presented of the application of the method to the selection of a system for transmission of wide-band video signals over a satellite to earth link. The example illustrates the exchanges that can be made between the frequency-dependent and -independent quantities in order to arrive at an optimum system.     

基于预警卫星系统的临近空间飞行器跟踪

系统地研究了如何对临近空间飞行器进行有效实时跟踪的问题,并提出了一种基于约束总体最小二乘与自适应交互式多模型（CTLS-AIMM）滤波相结合的实时跟踪滤波算法。首先考虑到临近空间飞行器的特点,选择使用红外预警卫星系统探测目标飞行器,并使用约束总体最小二乘算法（CTLS）对目标进行粗定位;然后在粗定位信息基础上,使用自适应交互式多模型滤波算法（AIMM）对目标飞行器进行实时跟踪。在AIMM中,根据临近空间飞行器机动特性,合理选择目标模型集,并使用迭代最小二乘算法对模型参数进行自适应调整。通过仿真,验证了该跟踪滤波算法的可行性。     

运载火箭数据总线技术发展概述

随着航天技术的迅猛发展,运载火箭1Mb／s的数据传输带宽已无法满足越来越大量的信息数据传输应用需求,发展高速数据总线势在必行。为适应新型运载火箭数据传输需要,通过对现今国内外航空、航天器应用的数据总线进行研究,对各类数据总线的性能和特点进行对比分析,并依据运载火箭控制系统的功能、性能要求,初步认为光纤通道总线是下一代运载火箭数据总线的首选,提出今后运载火箭应用光纤通道总线尚需开展的主要工作。