一种基于星间太赫兹通信的卫星定姿调姿补充系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于星间太赫兹通信的卫星定姿调姿补充系统。本发明专利技术涉及卫星通信领域，尤其是涉及太赫兹频段的星间通信系统，适应于低轨卫星包括组网卫星之间大容量高速通信及精确定位。包括遥测数据处理计算机，以及设置在卫星上的太赫兹源、太赫兹源接收机、星上接收机、信号调制解调装置、星上处理计算机和太赫兹天线；发射端将太赫兹波进行调制后发射到空间中，通过接收端进行接收并处理，信号处理获取的数据结合包括高精度陀螺在内的其他定姿系统数据计算得出卫星姿态，根据卫星总体技术指标来对卫星姿态进行调整。本发明专利技术利用太赫兹频段波束较Ka波段更窄，准直性更好，而相对于激光更宽，更容易对准，因而可以增加卫星姿态定位的准确性。星姿态定位的准确性。星姿态定位的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于星间太赫兹通信的卫星定姿调姿补充系统


[0001]本专利技术涉及卫星通信领域，尤其是涉及太赫兹频段的星间通信系统，适应于低轨卫星之间大容量高速通信。

技术介绍

[0002]姿态控制系统是保障卫星在轨正常工作的核心部分，由于长期运行于恶劣的空间环境，尤其是敏感器、执行机构等部件长期不断地在执行各类控制操作，极易出现故障，进而会导致不可修复的严重后果，因此卫星姿态控制系统的故障诊断和容错控制技术一直是航天领域研究热点和难点问题。
[0003]姿态控制系统作为卫星最为关键的一个分系统，具有结构复杂、工作环境恶劣、未知干扰及不确定因素多的特点，是发生故障最多的分系统之一。对于在轨卫星来说，姿态控制系统故障往往是致命的。
[0004]卫星姿态控制系统是由多个部分组成，具体包括卫星本体、姿态敏感器、姿态确定算法、姿态控制算法、执行机构等，容错控制技术可以处理姿态控制系统不同环节故障，由于姿态敏感器(太阳敏感器、磁强计、星敏感器及光纤陀螺等)和执行机构(动量轮、磁力矩器等)等硬件决定了卫星姿态控制的效果和精度，也是易出现故障的组部件，亟需探索其故障情况下的容错控制可行方法，因此本文的容错控制问题重点研究姿态敏感器和执行机构等硬件故障的容错控制方法。
[0005]太赫兹波是指频率在0.1THz
‑
10THz(波长为3000μm
‑
30μm)范围内的电磁波，是目前人类尚未完全开发的波谱“空隙”区。太赫兹波的频宽较高，具备高效的传输速率和极低的散射性，方向性好、穿透性好，而且安全度相对较高，，特别适合用于宽带移动通信及空间通信，国际通信联盟已指定0.12和0.22THz频段分别用于下一代地面无线通信(移动电话)和卫星通信。
[0006]太赫兹通信在天基网络应用中具有以下优势。首先，考虑大气层对太赫兹波的吸收作用，太赫兹通信以应用于空间通信为首要应用场合；其次，相对于对于Ku/Ka波段和毫米波，太赫兹频段能够提供高达10GHz以上的频率资源，具有提供更高通信速率的基础；再次，在应用设计过程中由于太赫兹波天然的大带宽特性，不必采用幅度变化的高阶调制技术即可达到更高的传输速率，降低了对收发系统线性度要求，提高了信号质量，同时减小了功放的功率回退需求，获得较高的功率效率；此外，太赫兹波对黑障穿透效果较好，未来针对高超音速飞行器通信也有一定的优势。因此，太赫兹波通信非常适合于卫星这种功率受限系统的应用环境。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题在于利用太赫兹通信高效的传输速率和极低的散射性，以及方向性好、穿透性好、安全度相对较高的特点，把太赫兹通信作为一种卫星姿态的补充方法。
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种基于星间太赫兹通信的卫星定姿调姿补充系统，包括遥测数据处理计算机，以及设置在卫星上的太赫兹源、太赫兹源接收机、星上接收机、信号调制解调装置、星上处理计算机和太赫兹天线；
[0010]发射端卫星的处理：星上接收机用于获取卫星的定位信息，并以预设的更新周期发送至星上处理计算机，星上处理计算机用于根据定位信息解算出轨道参数并发送至信号调制装置；太赫兹源用于产生太赫兹信号发送至信号调制装置；信号调制装置用于将轨道参数调制到太赫兹信号上，并通过太赫兹天线发送出去；
[0011]接收端卫星的处理：太赫兹天线用于接收太赫兹信号，并发送至太赫兹接收机，其中，太赫兹信号中包含卫星姿态偏转信息；太赫兹接收机用于将太赫兹信号进行放大及变频后发送至信号解调装置；信号解调装置用于将接收的太赫兹信号中加载的定位信息解调出来，并以预设的更新周期发送至遥测数据处理计算机；星上接收用于接收遥测数据处理计算机发送的姿态调整结果，调整卫星姿态；
[0012]遥测数据处理计算机用于根据接收端卫星发送的定位信息，判断是否需要调整姿态以及调整的方式，将判断结果发送至接收端卫星的星上处理计算机。
[0013]遥测数据处理计算机用于根据接收端卫星发送的定位信息，判断是否需要调整姿态以及调整的方式，将判断结果发送至接收端卫星的星上处理计算机。
[0014]其中，太赫兹接收机包括接收天线、低噪声放大器、下变频单元、谐波混频器、W波段倍频源和锁相源；
[0015]接收天线用于接收太赫兹信号，由低噪声放大器对太赫兹信号放大，发送至谐波混频器中；锁相源用于输出本振信号，经过W波段倍频源的放大，发送至谐波混频器中；所述谐波混频器用于对输入的太赫兹信号和本振信号谐波进行下变频，把频率搬移到低频段，经下变频单元处理至中频频率，最终解调获得基带信号，将基带太赫兹信号发送至信号解调装置。
[0016]本专利技术相比现有技术的优点为：
[0017](1)本专利技术当卫星相对姿态发生改变时，照射到太赫兹接收天线的太赫兹波束中心位置发生偏转，太赫兹接收机接收到的太赫兹信号中包含了卫星姿态偏转信息。相对于普遍用于调姿对准的激光光束，太赫兹波束的光斑更大，接收天线更容易捕捉到光斑的位置。
[0018](2)本专利技术利用太赫兹频段波束较Ka波段更窄，准直性更好，而相对于激光更宽，更容易对准，因而可以增加卫星姿态定位的准确性。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例利用星间太赫兹通信进行卫星姿态确认补充的示意图。
[0020]图2为本专利技术实施例的流程图。
[0021]图3为本专利技术实例中可使用的太赫兹天线方向图。
具体实施方式：
[0022]下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。
[0023]如图1所示，利用星间太赫兹通信判断卫星姿态的补充系统，包括遥测数据处理计算机，以及设置在卫星上的太赫兹源、太赫兹接收机、星上接收机、信号调制设备、信号解调设备、星上处理计算机和太赫兹天线。如图3所示，为本专利技术实例中可使用的太赫兹天线方向图。
[0024]其中，卫星01和卫星02为建立星间链路的两颗卫星，本专利技术提供一种星间链路两颗同轨但不限于同轨卫星姿态调整补充。具体流程如图2所示。
[0025]发射端卫星的处理：卫星01的星上接收机08用于获取卫星的定位信息，并以预设的更新周期发送至星上处理计算机10，星上处理计算机10用于根据定位信息解算出轨道参数并发送至信号调制设备；太赫兹源07用于产生太赫兹信号发送至信号调制设备03；信号调制设备03用于将轨道参数调制到太赫兹信号上，并通过太赫兹发射天线05发送出去；
[0026]接收端卫星的处理：卫星02的太赫兹接收天线06用于接收太赫兹信号，并发送至太赫兹接收机11，其中，太赫兹信号中包含卫星姿态偏转信息；太赫兹接收机11用于将太赫兹信号进行放大及变频后发送至信号解调设备04；信号解调设备04用于将接收的太赫兹信号中加载的定位信息解调出来，并以预设的更新周期发送至遥测数据处理计算机12。
[0027]遥测数据处理计算机12用于根据接收端卫星发送的定位信息，判断是否需要调整姿态以及调整的方式，将判断结果发送至接收端星上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于星间太赫兹通信的卫星定姿调姿补充系统，其特征在于，包括遥测数据处理计算机，以及设置在卫星上的太赫兹源、太赫兹源接收机、星上接收机、信号调制装置、信号解调装置、星上处理计算机和太赫兹天线；发射端卫星的处理：星上接收机用于获取卫星的定位信息，并以预设的更新周期发送至星上处理计算机，星上处理计算机用于根据定位信息解算出轨道参数并发送至信号调制装置；太赫兹源用于产生太赫兹信号发送至信号调制装置；信号调制装置用于将轨道参数调制到太赫兹信号上，并通过太赫兹天线发送出去；接收端卫星的处理：太赫兹天线用于接收太赫兹信号，并发送至太赫兹接收机，其中，太赫兹信号中包含卫星姿态偏转信息；太赫兹接收机用于将太赫兹信号进行放大及变频后发送至信号解调装置；信号解调装置用于将接收的太赫兹信号中加载的定位信息解调出来，并以预设的更新周...

【专利技术属性】
技术研发人员：段玮倩，崔冬暖，宋瑞良，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：