行星探测测控通信系统技术方案

本发明专利技术提供了一种行星探测测控通信系统，其用于包括火星、木星探测在内的超远程通信场景，包括：两台功放，被配置为均设置高低两档发射功率，其中低功率用于近地段通信，保护地面深空测控系统设备，高功率用于远地段通信，保证足够的发射EIRP；4副天线，每副天线被配置为能够同时发射和接收信号；高隔离度的双工器，被配置为保证每一副天线均可同时用于发射和接收信号；其中在4副天线中进行选择，以及选择两台功放的输出功率，以分别进行多种距离范围内的测控通信。内的测控通信。内的测控通信。

【技术实现步骤摘要】
行星探测测控通信系统


[0001]本专利技术涉及深空探测
，特别涉及一种行星探测测控通信系统。

技术介绍

[0002]测控通信系统应用于小行星探测、火星探测等深空探测卫星中，是卫星与地面之间的遥控指令、遥测信息和载荷探测数据的传输通道，配合地面测控网实现对卫星的跟踪、遥测、遥控、测定轨和载荷数据传输。
[0003]现有的用于深空探测航天器的测控通信系统方案有一些不足之处，例如：
[0004]某火星探测深空航天器的分阶段多码率自适应测控系统有3个不足之处：
[0005]一是天线数量较多，总共需要6副天线，包括4副低增益(宽波束)天线。卫星表面通常需要放置通信天线、太敏、星敏、太阳帆板、推进器和各种载荷仪器等多种设备。小卫星的星体表面积都比较小，而低增益宽波束天线又需要很宽的视场，对小卫星的星体布局带来较大困难；
[0006]二是中增益天线设计成只用于发射，不能用于接收，不利于中等距离阶段及远距离阶段姿态侧偏模式下的测控通信；
[0007]三是功放数量较多，总共需要4台功放，不适合追求低成本小型化设计的小卫星平台。
[0008]某方案只使用一种低增益宽波束天线，只适用于星地距离为千万km量级以下的应用场景，无法应用于包括火星探测在内的超远程通信场景；此外，该方案两台应答机的发射机与两台大功率放大器之间没有微波网络，无法实现交叉连接备份，无法应对发射机与大功率放大器之间的双点故障。
[0009]某方案接收天线只有一副低增益宽波束天线，如果姿态发生故障，比如该天线背向地球，则无法实现遥控通信。此外，该方案的高增益天线只用于发射，即便姿态正常时，也无法使用高增益天线进行相对高码率的数据注入。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于提供一种行星探测测控通信系统，以解决现有方案因天线和功放数量多导致无法实现小型化低成本且星体布局困难的问题。
[0011]本专利技术的目的还在于提供一种行星探测测控通信系统，以解决现有方案中部分中高增益天线无法用于接收、天线增益低故无法支持超远程通信、发射通道与大功率放大器之间无法实现交叉连接备份、应急通信时无法形成全向波束覆盖等问题。
[0012]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种行星探测测控通信系统，其用于包括火星、木星探测在内的超远程通信场景，包括：
[0013]两台功放，被配置为均设置高低两档发射功率，其中低功率用于近地段通信，保护地面深空测控系统设备，高功率用于远地段通信，保证足够的发射EIRP；
[0014]4副天线，每副天线被配置为能够同时发射和接收信号；
[0015]高隔离度的双工器，被配置为保证每一副天线均可同时用于发射和接收信号；
[0016]其中在4副天线中进行选择，以及选择两台功放的输出功率，以分别进行多种距离范围内的测控通信。
[0017]可选的，在所述的行星探测测控通信系统中，还包括：
[0018]两台应答机的发射通道与两台大功放之间设置一个发射微波网络，以提供交叉连接通道，抵抗任意一个发射通道和任意一个大功放的双点故障，微波网络在大功放之前，其插损并不影响最终的发射功率；
[0019]两台应答机的接收通道与天线之间设置一个接收微波网络，任意一副天线接收到的遥控信号进入两台应答机的接收通道，有效应对姿态翻转或某一台应答机接收通道故障的情况。
[0020]可选的，在所述的行星探测测控通信系统中，两台应答机为基于软件无线电的深空应答机，遥测遥控均支持多档速率，用于支持不同星地距离情况下的测控通信；
[0021]遥控接收自适应地面站发射的速率，遥测发射速率根据星载计算机规划的或者地面发送的指令信息进行切换，遥测遥控均采用信道纠错编码技术；
[0022]应答机接收灵敏度为
‑
155～
‑
157dBm，发射功率为0dBm，根据不同的深空探测项目对天线增益及功放发射功率做适应性调整；
[0023]深空应答机采用侧音测距体制，同时具备发送DOR信标信号功能，DOR信标信号作为副载波信号调制在遥测主载波上；DOR信标信号是否发送由地面控制指令进行控制；
[0024]深空应答机除具备支持测距的遥测传输功能外，还设置数传功能，实现有效载荷数据的高速星地传输。
[0025]可选的，在所述的行星探测测控通信系统中，还包括：
[0026]深空应答机A机的第一端与深空应答机B机的第一端均连接所述接收微波网络的第二端；
[0027]所述深空应答机A机的第一端与所述深空应答机B机的第一端均连接发射微波网络的第二端；
[0028]所述深空应答机A机的第二端与所述深空应答机B的第二端均连接星务计算机；
[0029]所述深空应答机A机的第二端与所述深空应答机B的第二端均连接多路复接存储器A与多路复接存储器B。
[0030]可选的，在所述的行星探测测控通信系统中，所述深空应答机A机与所述深空应答机B机能够采用多个遥测遥控速率，用于支持多种星地距离下的测控通信；
[0031]所述深空应答机A机与所述深空应答机B机通过数传模式进行有效载荷数据的高速星地传输。
[0032]可选的，在所述的行星探测测控通信系统中，所述多路复接存储器A与所述多路复接存储器B进行多个载荷数据的接收、存储、数据压缩及复接组帧；
[0033]所述多路复接存储器A与所述多路复接存储器B根据地面遥控指令选择是否将整星低速遥测数据复接到高速数传数据中，以进行单独传输载荷数据，或进行混合传输载荷数据与遥测数据。
[0034]可选的，在所述的行星探测测控通信系统中，所述深空应答机A机与所述深空应答机B机根据地面遥控指令选择下行发送来自星务计算机的整星低速遥测数据，或下行发送
来自所述多路复接存储器A或所述多路复接存储器B的高速数传数据，初始加电时默认发送来自星务计算机的低速遥测数据。
[0035]可选的，在所述的行星探测测控通信系统中，其中在4副天线中，
[0036]3副天线用于姿态正常情况下的星地通信，1副天线用于姿态异常情况下的应急通信；
[0037]4副天线中2副天线为低增益天线，1副天线为中增益天线，1副天线为高增益天线，以分别支持多种距离范围内的测控通信。
[0038]可选的，在所述的行星探测测控通信系统中，还包括双刀双掷微波开关和单刀三掷微波开关，其中：
[0039]对地高增益天线、对地中增益天线及对地低增益天线，分别连接单刀三掷微波开关的第一端；
[0040]对地低增益天线，及所述单刀三掷微波开关的第二端分别连接双刀双掷微波开关的第一端；
[0041]近地段，单刀三掷微波开关切换至对地低增益天线，对地低增益天线和对天低增益天线一起组成全向覆盖波束，在任意姿态情况下实现对地测控通信；
[0042]远地段，单刀三掷微波开关切换至对地中增益天线或对地高增益天线，分别用于姿态偏转小于对地中增益天线的波束宽度时和准本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种行星探测测控通信系统，其特征在于，包括：两台功放，被配置为均设置高低两档发射功率，其中低功率用于近地段通信，保护地面深空测控系统设备，高功率用于远地段通信，保证足够的发射EIRP；4副天线，每副天线被配置为能够同时发射和接收信号；高隔离度的双工器，被配置为保证每一副天线均可同时用于发射和接收信号；其中在4副天线中进行选择，以及选择两台功放的输出功率，以分别进行多种距离范围内的测控通信。2.如权利要求1的行星探测测控通信系统，其特征在于，还包括：两台应答机的发射通道与两台大功放之间设置一个发射微波网络，以提供交叉连接通道，抵抗任意一个发射通道和任意一个大功放的双点故障，微波网络在大功放之前，其插损并不影响最终的发射功率；两台应答机的接收通道与天线之间设置一个接收微波网络，任意一副天线接收到的遥控信号进入两台应答机的接收通道，有效应对姿态翻转或某一台应答机接收通道故障的情况。3.如权利要求2所述的行星探测测控通信系统，其特征在于，两台应答机为基于软件无线电的深空应答机，遥测遥控均支持多档速率，用于支持不同星地距离情况下的测控通信；遥控接收自适应地面站发射的速率，遥测发射速率根据星载计算机规划的或者地面发送的指令信息进行切换，遥测遥控均采用信道纠错编码技术；应答机接收灵敏度为
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155～
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157dBm，发射功率为0dBm，根据不同的深空探测项目对天线增益及功放发射功率做适应性调整；深空应答机采用侧音测距体制，同时具备发送DOR信标信号功能，DOR信标信号作为副载波信号调制在遥测主载波上；DOR信标信号是否发送由地面控制指令进行控制；深空应答机除具备支持测距的遥测传输功能外，还设置数传功能，实现有效载荷数据的高速星地传输。4.如权利要求3所述的行星探测测控通信系统，其特征在于，还包括：深空应答机A机的第一端与深空应答机B机的第一端均连接所述接收微波网络的第二端；所述深空应答机A机的第一端与所述深空应答机B机的第一端均连接发射微波网络的第二端；所述深空应答机A机的第二端与所述深空应答机B的第二端均连接星务计算机；所述深空应答机A机的第二端与所述深空应答机B的第二端均连接多路复接存储器A与多路复接存储器B。5.如权利要求4所述的行星探测测控通信系统，其特征在于，所述深空应答机A机与所述深空应答机B机能够采用多个遥测遥控速率，用于支持多种星地距离下的测控通信；所述深空应答机A机与所述深空应答机B机通过数传模式进行有效载荷数据的高速星地传输。6.如权利要求5所述的行星探测测控通信系统，其特征在于，所述多路复接存储器A与...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄江江，张月婷，王亚敏，
申请(专利权)人：上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：