中继卫星系统在我国航天测控中的应用

中继卫星系统高覆盖、数据传输能力强,是航天测控网的重要组成部分。随着我国中继卫星系统的建设和不断完善,其对优化我国航天测控网结构、提升中低轨道航天器测控能力的作用日益明显。本文结合中继卫星系统的特点,分析了我国航天测控任务对中继卫星系统的应用需求,提出了在运载火箭测控、航天器入轨段测控、载人航天测控、卫星在轨长期管理等方面开展中继卫星系统应用的思路,梳理了运载火箭测控、航天器入轨及早期轨道段测控、飞船返回段测控、多址链路测控等方面需要解决的关键技术。     

航天器中继链路测控通信覆盖性能分析

仿真分析了航天器在不同飞行姿态、不同性能中继终端下的中继链路测控通信几何覆盖率性能,比较了几何覆盖率与有效覆盖率的差异,给出了提高有效覆盖率的建议.     

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。     

引入姿态误差的中继跟踪预报

航天器的姿态控制误差是客观存在的,由于中继终端跟踪能力有限,在某些情况下,姿态误差会导致跟踪中断,从而造成测控资源的浪费并影响正常执行任务。针对姿态控制误差影响中继跟踪的问题,通过对简化姿态旋转矩阵求导,推导出姿态误差与中继终端框架角和角速度的转换关系,得到引入姿态误差的中继终端跟踪预报模型。利用该模型对某航天器中继跟踪情况进行仿真计算,表明：考虑姿态误差情况下,中继跟踪弧段比无扰动情况要短一些,跟踪时间减少的时段发生在天线方位轴与航天器到中继星连线的夹角较小的时候。     

载人空间站工程测控通信系统挑战和机遇

针对载人空间站工程对测控通信系统提出的更高测控覆盖率、更高可靠性、长时间连续测控、高数据传输速率、多目标同时测控等需求,提出了采用天地基相融合的测控通信模式,构建以中继卫星系统为主的天基测控通信模式,利用"北斗"卫星导航系统实现自主可控的高精度轨道确定,合理布局和调度地面测控站,提升地面站工程遥测码速率和双目标支持能力,实现减站增效。对天地基测控资源进行一体化考虑,实现按需调度,完成空间站持续高可靠测控通信任务。讨论了测控数传一体化发展思路,建设Ka频段测控站,同时实现测控和高速数据传输。基于IP(互联网协议)开展天地一体化设计,提出了网络化测控的思路。     

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。     

宽波束赋形天线星地测试技术分析与改进

为满足风云三号 G星长寿命、高可靠、业务化的工作要求,星上数传天线采用通信性能好、覆盖率高的宽波束赋形设计。但宽波束赋形天线测试技术相对复杂,对测试质量有潜在影响。文章重点阐述了风云三号 G星数传天线设计方案的必要性,建立星地链路余量分析,对星载数传天线的仿真和试验结果比对进行分析,验证了天线方向图测试结果的有效性,并对星载天线和地面系统的测试技术提出改进,提高了测试结果的准确性和完整性。相应技术的改进可以为平台方案相近的空间辐射测量基准卫星平台系统综合试验验证技术提供支撑。     

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。     

我国中继卫星系统在交会对接任务中的应用

我国中继卫星系统在交会对接任务中得到了成功应用,显著提升了测控通信覆盖率,充分体现了中继卫星系统在交会对接任务测控通信中发挥的重要作用.结合中继卫星系统特点,分析交会对接任务对中继卫星系统的任务需求;探讨了中继卫星捕获跟踪用户目标、对用户目标测定轨、着陆场直升机缝隙通信等关键技术;最后总结了中继卫星系统抗雨衰影响、多目标支持能力、应急支持能力等方面的经验做法,并提出了后续改进和完善的建议.     

地月空间信息网络体系架构对比研究

针对载人月球探测月面全空域、全时域覆盖的通信需求,对现有直连通信和几种引入中继通信的地月空间信息网络体系架构进行了仿真对比分析,最终确定了引入中继通信并融合近月空间子网和近地空间子网的地月空间信息网络体系架构为最优方案,该体系架构兼具多重月面覆盖、长时地面测控可见时间、海外建站数量少和成本相对较低等优势,可为我国未来地月空间信息网络建设提供参考。     

航天测控站运管系统设计

针对航天测控站管理域内测控、通信、气象、勤务等专业设备需要垂直管理,但节点分散、设备运行状况无法实时获取的现状,设计开发了测站运管系统。该系统涵盖测站管理域内测控设备协议转换、气象设备运行管理、勤务设备运行管理、测控信息检查与测试、综合信息管理以及综合态势展示等功能,实现了各专业设备运行状态采集、信息传输、专业管理、数据处理、信息展现及故障报警的层次化管理模型,建立了标准化的测站管理体系,规范了测站跟踪流程,实现了从准备开始、设备标校、捕获跟踪到数据质量分析的全过程管理,提高了测站管理域的管理质量和自动化运行效率。     

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。     

基于数字多波束天线的多星测控系统

针对多星测控存在的问题和技术解决途径,提出采用数字波束形成技术实现单站多星测控的方案,简要说明了系统的体系结构和工作原理,指出了系统特点和技术难点。基于数字多波束天线的多星测控系统具有良好的技术基础和应用前景。     

INMARSAT测控网故障应对策略

结合INMARSAT-4F1早期轨道支持任务，介绍了INMARSAT测控网的结构和任务配置，给出了测控网发生故障时的处理方法以及实际应用情况。最后根据故障诊断理论，分析了航天测控网的故障特点。     

基于工作流技术的测控信息会签系统设计

为了解决地面测控中心采用纸质方式会签测控信息工作量大、效率低、多航天器支持能力差的问题,论述了测控信息会签系统的设计方法、实施效果。通过分析载人航天测控信息会签的需求和特点,采用工作流技术对测控数据处理过程进行阶段划分和抽象建模,设计用户、岗位和任务的多对多映射方式,规划层次化的会签流程模板,实施会签流程多层次复用和动态组装,构建基于B/S(Browser/Server,浏览器/服务器)模式跨平台的系统架构,以数据库实时同步为基础,建立对称的实时热备工作模式,设计多任务通用的数据库结构,实现了测控信息的在线会签。实际应用表明,基于工作流技术的在线会签系统大幅缩短了测控数据处理周期,提高了航天器上行控制效率,有较高的推广价值。     

对我国商业航天测控管理有关问题的初步探讨

国际商业航天的蓬勃发展带动了国内商业航天的兴起。以实现商业卫星高效便捷管理为目的,调研了国内外商业航天与商业航天测控的发展现状,分析了国外商业航天以及商业航天测控发展对我国商业航天测控管理的有关启示,得出了测控管理多元化大势所趋、适度鼓励商业航天测控发展势在必行等结论。同时,对我国商业航天测控管理中加强航天立法、探索商业航天测控管理新模式、加强商业卫星管理服务等问题进行了初步探讨,建议从国家层面、行业规范层面制定航天法规,卫星任务中心应支持对外联网,并加强商业航天测控地面站的国际合作,从而提高商业卫星频率、轨位、空间目标编目、发射与回收等管理服务能力。     

载人航天飞行任务USB测控网优化配置解决方案

以我国载人航天飞行任务为背景,针对历次任务中USB测控网使用上出现的测站任务准备时间过长、与其他任务测站使用相冲突、测站使用效率不高等问题,在统计和分析实战任务数据的基础上,给出了一个载人航天飞行任务USB测控网优化配置的可行性方案,并提出了任务中选择测站的原则和测站配置确定流程,以期能够在今后的任务中更为合理地分配有限的USB测控网资源,提高其使用效率。     

针对TCP/IP漏洞的航天测控通信网安全防护

航天测控通信网自建成以来,整体运行较为稳定,但在网络安全方面也暴露出了一些问题,为研究和解决目前航天测控通信网中存在的网络安全问题, 在分析TCP/IP (Transmission ControlProtocol/Internet Protocol,传输控制协议/互联网协议)分层协议基本原理的基础上,研究了IP网数据链路层、网络层和传输层的协议漏洞及常见攻击方法,详细介绍了当前航天测控通信网的网络安全部署情况,根据网络现状分别对航天测控通信网上数据链路层、网络层和传输层存在的安全问题进行了纵向分析,针对分析出的各类安全问题,进一步给出了有效的防御措施和防护方法。最后,探讨提出了一套航天测控通信网配置维护管理系统的设计方案,通过建立设备配置信息库、检查信息记录库及网络故障库等,实现了对航天测控通信网安全稳定运行的有效管理。     

航天测控资源应用现状及综合利用研究

针对我国航天测控资源存在“条块分割、设备分散”等问题,进行相应分析并提出解决设想,其目的是找到适合我国国情的航天测控资源合理配置,实现测控资源和空间资源充分共享及综合利用。首先对我国地球同步卫星和近地卫星的航天测控资源应用现状进行分析;其次根据不同卫星的测控特点,提出航天测控资源综合利用的设想,并对其利弊进行了详细讨论;最后结合我国航天测控资源实际情况,指出了实现航天测控资源综合利用需要重点解决测控覆盖范围等关键技术问题。     

基于HLA的航天飞行任务联合仿真系统设计

简要说明了HLA的基本特点,描述了一个已经实现的航天测控仿真系统,并将其结构思想与HLA进行了对照。在此基础上,提出了一个依据HLA标准,对航天员座舱仿真、火箭和飞船仿真、测控网仿真等进行集成的航天飞行任务联合仿真系统框架,分析了各个仿真联邦成员的功能需求和信息接口,并着重介绍了针对任务要求的时间管理、数据通信等关键RTI机制的设计和实现方法,以及参照FEDEP模型和借助商业成品软件工具的系统开发策略。