我国深空测控设备的发展途径探索

深空测控通信是目前航天测控通信领域中难度最大、技术最尖端的部分,而深空探测将是下世纪继续升温的世界性的航天热点。本文讨论了我国深空探测的必要性,重点从深空测控设备的角度出发,讨论了月球探测中针对ＵＳＢ设备的改造方案以及从长远和发展的眼光出发、针对火星探测的深空测控设备方案和发展方向。     

我国深空探测地面站发射机的发展及展望

随着深空探测任务的发展,对地面站发射机输出功率有了越来越高的要求.在讨论了测控系统地面站发射机的国内外发展现状和应用趋势的基础上,重点分析了未来我国发射机的主要发展方向和趋势,并对其中的关键技术进行了详细描述;提出了我国未来发展深空探测地面站发射机应该开展关键技术、关键元器件或零部件的研究工作,以及一些技术发展方向性的理论研究的建议,为我国深空探测技术的发展提供了参考.     

深空探测中的天线组阵技术

介绍了美国NASA深空网(DSN)天线组阵技术的概况、特点和工作原理,并探讨了其在我国深空测控领域应用的实际意义。     

深空探测器自主技术发展现状与趋势

深空探测器距离地球远、所处环境复杂、苛刻,利用地面测控站进行深空探测器的遥测和遥控已经很难满足探测器控制的实时性和安全性要求。深空探测器自主技术即通过在探测器上构建一个智能自主管理软件系统,自主地进行工程任务与科学任务的规划调度、命令执行、星上状态的监测与故障时的系统重构,完成无人参与情况下的探测器长时间自主安全运行,自主技术已经逐渐成为深空探测领域未来发展的一项关键技术。本文首先分析了传统测控模式对深空探测的约束,回顾了深空探测器自主技术发展的现状,分析了实现深空探测器自主运行的关键技术,包括在轨自主管理系统设计技术、自主任务规划技术、自主导航与控制技术、自主故障处理技术和自主科学任务操作技术。然后结合深空探测工程实施和技术发展需求,提出未来深空探测器自主技术发展的趋势和重点。     

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。     

深空站站址纬度选择问题的分析

探讨了深空站站址纬度选择问题,从测控通信覆盖和深空站大口径天线的工作性能2方面,分析深空站纬度位置选择的原因并得出了最佳结论,对我国深空站的站址选择提出了建议。     

深空导航无线电干涉测量技术的发展历程和展望

结合世界各航天大国和组织所开展的深空探测活动和深空测控系统建设中,对无线电干涉测量技术的开发、应用以及深空导航技术试验验证情况,系统地梳理和总结了深空导航无线电干涉测量技术的发展历程,并通过该技术未来在国际上几个主要深空探测任务中的应用规划,分析了无线电干涉测量领域未来的发展方向.该领域技术的最新发展对我国深空测控网无线电干涉测量系统的后续建设也具有重要的借鉴意义.     

深空测控通信的特点和主要技术问题

分析研究了深空测控通信的特点,对频段提高、灵敏度提高、G/T值提高、EIRP提高、编码增益提高、定轨精度提高、极窄带锁相、低门限接收和调制/解调方式等主要技术问题进行了探讨.     

深空探测器自主技术发展现状与趋势简

 深空探测器距离地球远、所处环境复杂、苛刻,利用地面测控站进行深空探测器的遥测和遥控已经很难满足探测器控制的实时性和安全性要求。深空探测器自主技术即通过在探测器上构建一个智能自主管理软件系统,自主地进行工程任务与科学任务的规划调度、命令执行、星上状态的监测与故障时的系统重构,完成无人参与情况下的探测器长时间自主安全运行,自主技术已经逐渐成为深空探测领域未来发展的一项关键技术。本文首先分析了传统测控模式对深空探测的约束,回顾了深空探测器自主技术发展的现状,分析了实现深空探测器自主运行的关键技术,包括在轨自主管理系统设计技术、自主任务规划技术、自主导航与控制技术、自主故障处理技术和自主科学任务操作技术。然后结合深空探测工程实施和技术发展需求,提出未来深空探测器自主技术发展的趋势和重点。     

CCSDS建议在深空通信导航中的应用研究

结合深空通信导航技术的发展趋势,通过分析CCSDS(空间数据系统咨询委员会)的研究领域、应用CCS-DS建议的空间任务,梳理出与深空通信导航相关的CCSDS建议。详细论述了深空任务中射频与调制、带宽频率调制、再生伪码测距以及相对差分单向测距等技术体制的CCSDS建议内容。并重点分析了CCSDS建议对我国深空测控网建设的影响,提出了我国深空测控设备符合CCSDS标准的技术要求。     

CCSDS在我国深空地面测控设备的应用及建议

介绍了我国深空地面测控设备的技术性能和标准应用原则,指出将与国际标准和国内相关技术规范紧密结合作为深空站的最基本设计原则。重点分析阐述了CCSDS(空间数据系统咨询委员会)建议在我国目前在建的66 m和35 m深空地面测控设备的应用情况,并提出在后续的设备和系统建设中,应用CCSDS标准时应加大合作力度进行更深入细致交流的可行性建议。     

深空测控系统中的射电星校相方法

深空测控系统要求具有角度自跟踪功能,而和差双通道跟踪体制下测控设备在任务前需要进行校相。传统校相依赖标校塔,深空测控系统天线口径大,无法建造满足远场条件的标校塔,从而只能采用其他校相方案。本文通过分析校相过程的机理,并结合射电星具有全天候、分布广、星历精确已知的特点,得到了利用射电星校相的方法。通过前期大量试验证明了该方法的可行性,并已确定应用于深空测控系统的研制。     

JPL深空通信和导航丛书

美国NASA所属深空网的科研管理单位——喷气推进实验室（JPL），总结其40多年的深空测通信技术研究经验，于2003年出版了深空通信和导航系列丛书，目前已出版5部了，该丛书由各领域有多年经验的科学家和工程师撰写，系统深空测控通信的基本原理.     

深空测控链路的大气衰减分析

深空探测的发展对测控链路计算的精度要求越来越高。影响链路计算精度的首要一项就是大气衰减。本文论述了引起大气衰减的因素和计算模型,分析了各个参数对衰减的影响,并引入了概率统计的方法计算大气损耗的概率分布,最后给出了深空站所在地区的大气损耗的计算结果。     

深空测控网信息接口设计及嫦娥三号任务验证

为了对“嫦娥三号”任务以及后续月球与深空探测任务提供测控支持,我国在喀什和佳木斯分别新建了35m和66 m深空测控站,并组成了深空测控网.考虑到新建深空测控网既需要与我国现行航天测控网进行信息交互,又可以为国际上其他国家和组织的月球和深空探测器提供支持,在信息接口设计时充分参考了CCSDS（Consultative Committee for Space Data System,空间数据系统咨询委员会）、ECSS （European Cooperation for Space Standardization,欧洲空间标准化组织）等国际标准.重点介绍了中国深空测控网的信息接口设计,具体接口包括深空测控设备与深空任务中心间接口、深空运行管理中心相关接口以及干涉测量系统相关接口.该接口设计在“嫦娥三号”任务中得到了充分的验证,各类信息传输正确、及时、有效,为任务过程中的决策提供了支持.     

天线组阵技术研究及其在我国深空测控通信系统中的应用

研究深空通信系统中天线组阵技术实现方案,并通过数值仿真对几种基本的天线组阵方案和算法的性能进行比较分析。仿真结果表明,采用SUMPLE算法的全频谱合成技术能够获得很好的合成效率,是适合我国深空探测工程测控通信系统设计的有效方案,有望在我国后续的深空探测工程中得到应用。     

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.     

深空测控通信载波信号二维FFT捕获技术

针对深空测控通信系统中,地面站接收信号的信噪比低、频率动态大,载波信号捕获难度较大的问题,提出一种基于频率和频率变化率进行二维FFT(快速傅里叶变换)搜索的深空载波信号捕获技术,同时结合工程应用提出一种基于时分复用结构的实现方法,并进行仿真。仿真结果表明,该捕获技术在低信噪比和高动态适应能力方面具有优异的性能,能够在载噪比为16dBHz时,完成对频率变化率为800Hz/s的信号快速捕获,其技术成果可应用于我国深空测控通信系统。     

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。