美国“深空网”简介

美国的深空网是一个很先进的测控网,为NASA局行星探测飞学器提供跟踪、数据获取和通信服务。深空探测任务的测控需求将该网的能力和性能推到这样一种水平,即必须不断使空间远程通信系统和技术处于领先的地位,新技术不断地在深空网中迅速投入应用,该网由加里福尼亚州喷气推进实验窒(JPL)代为NASA管理和操作。该实验窒也进行了一系列先进系统开发计划,使该网的能力成功地保持在最高水平上。     

深空网通信技术的发展

深空网(DSN)是由国家航空航天局(NASA)空间操作办公室(OSO)资助的,它为NASA的深空任务、月球及远地轨道任务提供通信和导航支持。深空网的设施在不断发展,其设备也用于行星探测、无线电科学以及射电天文学。在过去的30年中,深空网的通信和导航性能提高了许多个数量级。其接收灵敏度和无线电测量的数据精度接近目前可达到的最高水平,并可根据任务需要、技术发展以及资源用途进行改进。尽管一直在进行技术革新,但为了满足各种任务的要求,其操作不但要做到高度可靠,而且.还要具有通用性。 为了提高未来深空网的能力,正在积极开发先进技术。这些先进技术将在深空网中实施,将会为在通信和导航能力与航天器的质量和功率之间进行折衷提供更大的自由度。目前正在开发的主要领域有Ka波段(32GHz)技术、波束波导天线、低噪声放大器、编码、导航技术、大功率发射机以及光学技术。 本文介绍了目前正为深空网开发的技术及其在90年代中期和以后可能发挥的效益。     

欧空局深空网的现状和发展趋势

随着深空任务的发展 ,欧空局 (ESA)正在建设自己的全球深空网。该网主要由欧洲航天操作中心和三个深空地面站组成 ,其中位于澳大利亚珀斯附近的新诺舍 35m深空站已投入使用 ,位于西班牙马德里附近的塞布里洛斯深空站将于 2 0 0 5年初建成。欧空局正为在经度相隔 12 0°左右的地方建设第三个深空地面站选点。三个站的性能指标基本相同。本文介绍了欧洲航天操作中心和新诺舍 35m深空站的组成、功能及技术指标     

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。     

基于X频段深空应答机的石英晶体性能需求

根据X频段深空应答机载波锁相环路的实际应用,分析了应用于压控晶体振荡电路的石英晶体性能需求,给出了石英晶体存在频率跳变的原因和对X频段深空应答机的影响,并提出了对石英晶体的筛选方法和判据：对石英晶体进行激励功率依赖性扫描,在激励功率10～300 μW内,频率跳点小于0.2脉冲/min,曲线重复性小于0.4脉冲/min,且石英晶体电老练试验前后的激励功率依赖性曲线相似.将该筛选方法和判据应用于嫦娥三号X频段深空应答机研制中,结果表明该措施可行、有效.     

深空测控站无线电干扰保护门限分析

由于深空测控站具有天线口径大、工作频段多、接收灵敏度高、辐射功率大、工作时间长等特殊性,与一般地球卫星测控站选址相比,必须对站址周围电磁环境、地质、水文气象等方面提出更高的要求。本文在对国外深空测控站选址要求进行研究的基础上,以类似白高斯噪声(WGN)的干扰信号为分析对象,探讨了深空测控站无线电干扰保护门限的计算方法。     

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。     

NASA局空地通信系统商业化的设想与机遇

１９９５年１１月美国航空航天局（ＮＡＳＡ）负责空间通信的副局长指示哥达德航天中心采办通信业务，该业务“等同”于当前由ＮＡＳＡ拥有的深空网２６米子网所提供的业务，并且在１９９７年９月３０日办完。作者领导一个小组利用以性能为基础的固定价格合同法完成了这一项任务。这种方法采取了一些新措施，以简化评估过程。这项工作以１９９６年３月向工业界发布求购草案而结束。此后不久，哥达德航天中心发布了一份为对地观测系统     

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.     

美国深空网的无线电跟踪测量新技术

本文介绍了美国航空航天局所属深空网(DSN)在无线电跟踪测量方面已采用的新技术的应用情况,探讨了这些技术对于我国发展深空导航技术的实际意义。     

NASA深空网的TT＆C网络简化计划（NSP）

喷气推进实验室 (JPL)的深空任务系统给大量的深空任务提供了跟踪、遥测和遥控 (TT&C)服务。深空网 (DSN)中的TT&C设备正在进行大范围的升级和技术改造 ,升级改造完成后系统性能将更强大 ,并实现数据存取和交互支持的接口标准化。网络简化计划 (NSP)作为改造任务的一部分 ,已经对TT&C的结构和实现进行了重新审查。目前的TT&C功能是通过六个不同的子系统来实现的 ,每个子系统都有各自独立的控制单元 ,这些控制单元的设计没有考虑到不同功能之间的相互作用。NSP正在实现遥测和遥控设备的现代化 ,并重新设计测距处理程序以及跟踪数据…     

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。     

研究与开发天基深空通信跟踪（C＆T）网的倡议

文章简要回顾了当代以陆基为立足点的深空Ｃ＆Ｔ网的技术特点。随着下世纪深空探测活动的逐渐加强，文中指出了陆基深空Ｃ＆Ｔ网存在的主要缺点，提出了研究天基深空Ｃ＆Ｔ网的建议，即将现行的陆基深空Ｃ＆Ｔ网搬到地球静止轨道（ＧＥＯ）上，只需两颗地心角间距大于３４．６２４°的Ｃ＆Ｔ星即可连续覆盖考察太阳系行星的所有深空航天器。     

深空网通信技术的发展

深空网（ＤＳＮ）是由国家航空航天局（ＮＡＳＡ）空间操作办公室（ＯＳＯ）资助的，它为ＮＡＳＡ的深空任务，月球及远地轨道任务提供通信和导航支持。深空网的设施在不断发展，其设备也用于行星探则，无线电科学以及射电天文学，在过去的３０年中，深空网的通信和导航性能提高了许多人数量级，其接收灵敏度和无线电测量的数据精度接近目前可达到的最高水平，并可根据任务需要，技术发展以及资源用途进行改进，尽管一直在进行技术革     

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。     

JPL实现标准化TT＆C客户支持的发展计划

JPL通信与任务操作管理局(TMOD)为各种深空任务的实施提供跟踪、遥测与指令遥控业务。这些业务系统正在被重新设计成TMOD深空任务系统(DSMS)中的端到端业务。DSMS TT＆C地面系统包括来自深空网(DSN)的数据业务单元和来自高级多任务操作系统(AMMOS)的任务业务单元。地面系统提供跟踪数据(至航天器的距离和载波多普勒测量值)、航天器遥测数据和上行指令业务。DSN通信系统     

舰艇抗冲击设计中正负三角波冲击谱分析与应用

前联邦德国国防军舰建造规范BV043/85规定由冲击反应谱转换到正负三角波载荷,加载该载荷考核舰船设备抗冲击性能,文章通过理论推导得到其具体应用公式;阐述了该正负三角波的冲击谱特性,其在低频等位移段提高了反应谱值,在中频段和高频段(等速度段和等加速度段)降低了反应谱值。以水面舰艇甲板安装设备为例,应用该载荷进行设备抗冲击分析,与反应谱方法的结果进行比较,应用反应谱分析方法得到的设备最大位移和应力值约是应用正负三角波方法的1.2～1.3倍。     

中国深空网首次△DOR联合测轨试验分析

通过分析中国深空网首次△DOR（Delta Differential One way Ranging,双差分单向测距）联合测轨试验的干涉测量事后数据,重点从观测量随机精度、闭合时延等方面讨论了国内深空网与国内VLBI（Very Long Baseline Interferometry,甚长基线干涉测量）观测网、国内深空网与国际深空网的联合干涉处理情况,并与ESOC（European Space Operation Center,欧洲空间操作中心）数据处理结果进行了比对.试验结果表明：我国深空网已具备独立或联合开展深空探测器导航测轨的系统支持能力;深空站系统具备高速率数据接收、采集、记录、传输能力,采集数据处理精度优于1 ns;深空网干涉测量信号处理中心具备多体制信号的干涉处理分析能力,其分析精度与ESOC处理精度差异在0.1 ns量级.