利用数字直接综合技术的空地链路指令数据编码

空地链路分系统(SGLS)在航天器与地面站之间提供全双工通信链路,完成遥控、跟踪、遥测和测距。上行指令信号是-S波段载波,用频移键控(FSK)指令数据对其调相。指令数据格式为三元(空,1,0)信号。指令数据速率为1,2和10Kb/s。本文所用方法利用数字直接综合技术(DDS)来产生SGLS指令数据和时钟信号。三元指令数据和时钟信号都输进编码器,数字式产生一个FSK副载波,该副载波带幅度调制的时钟。指令数据速率确定S,1,0单音的频率。数字直接综合技术能确保相位连续性,频率稳定度取决于微处理器晶振精度。从直流到2MHz以上范围内,频率分辨率可保持在几周以内。这就可以产生1和2kb/s指令格式,以及更新的10kb/s格式。软件加以修改即可适应其它指令格式。利用数字技术使编码器具有更强的自测试和更完善的出错报告能力。     

美国研究用中继卫星支持靶场安全

靶场安全是发射场提供的维持发射系统(飞行器和地面设备)完整、避免威胁人身安全的业务,是所有靶场(发射场)都要进行的一项工作。当前美国各靶场采用的指令炸毁和遥测方法要求地基天线系统与飞行器之间维持一条特高频(UHF)射频链路。由于某些发射场中靶场安全系统的作用范围已扩展到入轨段,因此要在很大的范围内布设多套下靶场停飞系统(FTS)。 尽管美国各靶场现有的安全系统具有出色的安全记录,但其大量支持设施的操作和维护费用极高,因此限制了发射周转时间、发射场的灵活性以及覆盖区域。为克服这些缺陷,NASA哥达德航天中心(GS-FC)正在研究将NASA天基网(SN)/跟踪与数据中继卫星(TDRSS)用做天基平台支持一次性运载器(ELV)和重复使用运载器(RLV)的靶场安全通信,提供一种灵活的、高效费比解决方案。该计划的重点是     

航天飞机的通信和测控系统

航天飞机轨道器的射频系统和数据业务包括以下内容:一台S波段相位调制(PM)发射/接收机、一台Ku波段发射/接收机、两台独立的S波段调频(FM)发射机,一台S波段载荷询问发射/接收机以及一台Ku波段交会雷达。另外,轨道器通信设备和数据系统还包括:一个计算机系统(作为载荷和射频系统之间接口的专用处理器)以及电视和磁带记录系统。地面保障系统包括地面航天跟踪和数据网(STDN)、航天指控中心(MCC)和载荷操作控制中心(POCC)。轨道器处于再入飞行轨道时,用五台雷达进行跟踪,用国内通信卫星将NASA跟踪系统连接起来。建立的话音通信系统可同时提供两条独立的双向话路,“测站会议和监视装置”可以在遍布世界的370个话音终端之间完成交换任务。航天飞机要经过四次飞行试验,进行约1100项实验。试验结束后,航天飞机将进入实用阶段:为付款的用户把卫星和其它设备送入太空。     

载人航天逃逸安控系统优化设计

为进一步提高载人航天飞行任务中逃逸安控系统指令发送的安全性、可靠性,提出优化设计方法。将火箭接收逃逸指令的通道和接收安控指令的通道进行一体化体制换代,升级为多音组合编码调频(主字母)体制,对箭上、地面逃逸安控系统进行一体化设计。同时,继续保留USB设备向飞船发送逃逸指令的通道。通过对比,优化设计后的逃逸安控系统在指令安全保密性、设备覆盖性、系统可靠性等方面得到了全面提升。     

开发TDRSS对政府和商业运载火箭的全球覆盖能力

NASA天基通信网—TDRSS可为哈勃太空望远镜、Compton天文台、TOPEX以及航天飞机等多种低轨道飞行航天器提供跟踪和通信服务。当前NASA正集中研究采用最经济的办法完成其各项航天任务,这就促使它加倍努力,寻求从其TDRSS独特资源获得更大价值的一切可能性。现已证明利用3颗地球同步卫星加上高增益S波段跟踪天线能为一次性运载火箭(ELV)的发射阶段提供近全球覆盖能力。 运载火箭在上升和级间分离期间,由TDRSS提供遥测覆盖要比利用高级靶场测量飞机(ARIA)或多个航区站费用低得多。 TDRSS可望承担各类运载火箭的发射服务,其中包括德尔它、大力神/顶上级、飞马座、民兵、改进型火箭(EELV)和海射火箭以及国外运载火箭。对于装有相应转发器的顶上级,可以覆盖到转移轨道段。还在研究利用TDRSS波段前向链路传递靶场安全指令,从而还可能得到明显的经济效益。 本文详细介绍TDRSS为大力神/半人马座和阿特拉斯/半人马座发射提供通信保障所获得的经验,并叙述为各种运载火箭发射服务的余量、发射机和天线特性以及费用和前景。     

遥测信号和噪声

本章介绍各种遥测信号的特性。所涉及的论题如下: 1)数据质量 5)基带频谱特性 2)调制前滤波 6)射频频谱特性 3)发射机和副载波振荡器频偏 7)线路分析 4)接收机滤波器选择 8)调频解调器噪声特性本章既介绍时分多路复用也介绍频分多路复用信号。时分系统使用不同的时隙传送不同的信号。脉码调制(PCM)和脉幅调制(PAM)就是时分系统的实例。频分系统使用不同的频率间隔同时发送不同的信号。调频/调频体制中用不同的信息信号调制几个副载波振荡器,这是频分系统的一个实例。混合系统是在同一系统里既使用时分也使用频分体制。混合系统的实例     

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。     

测控网遥控指令处理系统概述

本测控网遥控指令处理系统(NCPS)是一个使用多总线/68030微处理器的航天器遥控系统,由Bendix现场工程公司为美国航空航天局(NASA)地面测控站研制的。该系统将安装在全球地面站上,为航天计划操作控制中心(POCC)提供对航天器(如LANDSAT,跟踪与数据中继卫星和雨云-7卫星)操作的遥控能力。该NCPS要与POCC及本地操作员相互协作,共同处理配置请求,产生调制的上行序列,并向用户报告地面遥控线路的状态。本文分两部分介绍NCPS,第一部分叙述系统功能和硬件,第二部分叙述若干软件设计问题,包括:灵活的、可扩展的用户界面的实施,最大限度采用可复用软件模块以及Bendix现场工程公司设计的开发工具的验证。     

小卫星/小运载可重构多核计算机设计

通过共用小卫星与小运载的电子系统,能够降低卫星发射成本、实现卫星与运载的快速集成及测试、减少卫星的发射与入轨时间,从而达到快速响应自然灾害等突发事件的目的。传统航天器电子系统难以兼顾运载段任务的高实时性和在轨段任务的高可靠性要求,因此本文将多核处理器技术、可重构技术和航天器电子系统设计相结合,提出了基于可重构技术的小卫星/小运载多核计算机设计方案。该设计方案分为运载和在轨两种工作模式,通过现场可编程门阵列(FPGA)的快速重构来实现计算机两种工作模式的快速切换。其中运载模式将FPGA配置成并行构架的三核处理器,通过3个处理器并行计算来提升计算机的处理能力;在轨模式将FPGA配置成冗余构架的三核处理器,通过3个处理器互为冗余备份来提升计算机的长期可靠性。经过基于Markov过程理论的系统可靠性分析,表明系统在轨段的长期可靠性得到显著提升。同时经过地面半物理仿真系统仿真测试,运载段的控制周期可以达到10ms,满足运载段任务的实时性要求。     

美计划研制大推力火箭

美国太空探索技术公司4月5日宣布,该公司正在研制＂猎鹰重型＂大推力火箭,其发射载荷能力可达航天飞机的2倍多,发射成本却大大降低。这种火箭一次可以将53t的物资运往轨道,比满负荷的波音737可装物资的重量还要大。＂猎鹰重型＂火箭是除了实施登月的＂土星＂Ⅴ号运载火箭之外,运载能力最强的航天器,     

波音757-200无线电高度表指示异常分析与维护

无线电高度表系统是现代飞机中较重要的自备式电子设备，其主要作用是测量飞机与地面之间的实际高度，它的工作范围为－２０～２５００ｆｔ，此高度区间通常为飞机的起飞或进近着陆阶段，所以无线电高度表系统工作的正常与输出信息的准确对于飞行人员或自动驾驶仪操纵飞机来说都至关重要。Ｂ７５７－２００飞机无线电高度表系统由三套设备组成，每套设备均包括一个发射天线、接收天线和收发机。其测高原理采用普通调频连续波式，即收发机将等幅调频信号经发射天线发出，电波被地面反射后由接收天线接收，发射出去的信号与接收回来的信号相比…     

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。     

遥测发射系统特征

本章简要介绍遥测发射系统,然后讨论系统选择准则和依据。遥测发射系统主要由下列分系统组成: 1)信号源(通常称传感器) 2)信号调节 3)信号多路复用(频分和/或时分) 4)信号编码(如果使用) 5)甩多路复用的信息信号(或记录在磁带上的信息信号)调制载波信号 6)发射天线这些分系统必须正确地相互联接,设计必须合理才能传递所需的信息。发射系统还必须与接收、记录和数据处理设备相兼容。     

基于VLBI的上行组阵标校技术研究

天线组阵能否完全替代大口径天线有一个关键性难题,就是天线阵是否支持上行链路组阵。深空航天器无法将不同地面天线的上行信号对齐,所以上行链路信号的调整必须在地面完成。针对上行组阵发射机相位调整问题,提出一种基于VLBI(Very Long Baseline Interferometry,甚长基线干涉测量)技术的接收模式天线上行组阵标校方案,并对标校精度进行了简要分析。将上行链路时延分解为几何时延和发射系统时延,建立了几何时延模型,通过标定接收时延和发射时延,便可以得到天线阵元间的相位标校值。理论分析结果表明,该方案具有一定的可行性,对上行组阵相位标校的研究具有一定的借鉴意义。     

TRKI-12遥测接收/记录机组中几个重要方面的进一步改进

本文考查了目前安装在东靶场的TRKI—12检前接收/记录机分系统中的几项主要性能,并考交了预期进一步改进的项目。介绍了两个系统的性能特点,这两个系统是由不同的厂商按同一规格分别生产的。几个需着重研究的方面是:接收部分、记录部分以及辅助测试和校准设备。 1962年,为接收/记录机分系统提出任务书的时候,就作出了这样的决定,即要求将接收机与另外一些部件分成若干组件。评述了该决定所碰到的问题及其产生的优点,但侧重于涉及即将改进的若干问题。本文最后简要列出了需进一步改进的项目。为了满足对遥测接收/记录所提的要求,这些改进是完全必要的。     

美国空军研究下一代航天飞机第一级方案

<正> 美国空军考虑在下一代航天飞机的远期方案中,将可重复使用的火箭系统(RBS)组合上面级的轨道飞行器(航天飞机)方案,替代现在一次性使用的火箭系统组合上面级方案。美国航天飞机现在均由一次性的运载火箭垂直发射升空,完成任务后由驾驶员操作返回发射场跑道。这种方式的最大缺点是,助推系统的一次性使用带来的高发射成本。为此,美国空军一直在考虑由无人驾驶的航天飞机直接从发射场跑道上起飞着降的可能性。     

GPS转发记录和接口系统

15年来,一直在用GPS转发信号跟踪美国海军的三叉戟导弹的试验发射。经检验其实时绝对定位精度总在20米以内,事后在8米以内。为美国陆军“大气层外再入体拦截器分系统”(ERIS)计划已研制出一种40立方英寸的弹载GPS转发器,现已可供美国以及北约盟国政府的各种试验靶场使用。但是,目前用来接收GPS转发信号、计算目标位置和速度的用户地面设备,体积大而昂贵。这就限制了GPS转发器的更广泛使用。为此,美国空军西靶场与“3S”公司订合同,投资设计一种主要利用商品化遥测设备的廉价GPS转发处理器。本文介绍了如何构成工作样机,以验证这种“转发记录和接口系统”(TRIS)的可行性。样机表明该系统可以由下列部件构成,即现有商品化遥测设奋、为美国空军靶场应用联合计划办公室开发的GPS设备以及少量用户设备配件。     

全球定位系统及其在航天器导航中的应用

洛克威尔国际公司为国防部研制的全球定位系统(GPS)的出现将开劈导航的新纪元。GPS用户可以以前所未有的高精度连续实时地在运载器上计算状态矢量(位置、速度和时间)。GPS卓越的性能为下列航天活动带来了很大好处,即航天器导航,卫星运送,实验定位,资源测绘,载荷部署和回收,推进剂节省,数据处理和航天任务规划。本文概述了GPS系统,介绍了一些确定低轨航天器GPS导航系统设计方案的用户系统参数,较详细地讨论了在航天飞机轨道器导航方面的具体应用,包括使用GPS系统能获得的预期好处。     

盘点航天飞机的风雨30年

随着＂阿特兰蒂斯＂号2011年7月8日升空,美国航天飞机迎来了最终谢幕的时刻。回顾其30年历程,有人称赞它为人类探索宇宙立下功劳,也有人斥之为劳民伤财。无论怎样评价,一个时代即将落幕。1登场与谢幕1957年苏联第1颗人造卫星发射,拉开了美苏太空竞赛的序幕。按照美国的设想,航天飞机是一种像飞机一样水平着陆、往返于太空和地面之间、可重复使用的航天器。在＂阿波罗＂登月的1969年,时任美国总统尼克松宣布启动航天飞机项目。1972年美国开始建造航天飞机。4年后,首架航天飞机＂企业＂号问世,它只进行大气层内滑翔试飞。     

基于软件无线电的VOR射频激励源研究

在对机载VOR接收机进行测试与维护时,需要提供可以模拟地面台射频信号的激励源;目前使用的射频激励源一般为传统的专用硬件设备,存在调制参数固定、无法灵活调节等问题。为解决该问题,对VOR射频信号原理进行了分析,基于软件无线电原理,对VOR射频激励源进行了设计;采用零中频软件无线电结构,在计算机上实现对VOR射频信号的正交调制,从而能够对调制参数进行灵活调节,并通过通用的硬件平台发射VOR射频信号;系统可通过人机交互界面、网络或GPIB方式进行控制。使用频谱仪对系统进行了测试,并将输出的射频信号进行记录后,导入到Matlab进行分析验证。结果表明,系统误差在允许的范围内,能够为VOR接收机提供符合要求的射频信号。