小卫星测控通信技术发展与趋势

小卫星测控通信系统和技术在近些年呈现出一些新的发展变化。文章对国内外在轨卫星的典型测控通信系统配置和发展历程进行了调研分析,梳理和总结出测控通信技术的发展现状。结合小卫星对测控通信在应急通信、通用化产品、商业卫星、巨型星座等方面的需求,归纳出未来小卫星测控通信产品向着抗干扰/抗截获、批产化/模块化、一体化/低成本、自主测控等几个方向发展的趋势,并进一步指出需要发展和重点突破的相应关键技术。

带多约束条件的次最优中制导律设计

针对使用捷联式导引头的制导弹药,设计了次最优中制导律,以满足卫星制导与激光制导两种模式的交接要求。由于涉及到时变系统的解析求解,一般情况下,带多约束条件最优制导律的设计非常困难。利用以下的方法来解决这一问题:首先根据最优控制理论确定次最优中制导律的结构框架,然后根据该框架反向推导出变参数的合理常数替代值。利用设计的次最优中制导律,在交接段,导引头量测视线偏差角远小于视场角,并考虑了控制能量和落地时脱靶量等方面的约束要求,具有非常简单的形式,仅较比例导引律多出一项,减少了制导指令计算对弹载计算资源的占用。

大着地角三维次最优制导律研究

二维的制导律组合,无法实现三维的大着地角要求。基于二维大着地角次最优制导律的制导原理,采用矢量计算的方法,对二维次最优制导律进行了拓展,给出了考虑着地角、脱靶量和控制能量等多约束条件的三维次最优制导律。利用设计所得三维制导律,进行了制导炮弹六自由度全弹道仿真。在初始方位角偏差较大的情况下,将计算结果与另外两种制导律模式进行了比较:纵向横向都使用比例导引律时,所得弹道已经不能满足制导炮弹的要求;纵向使用次最优制导律横向使用比例导引律时,由于ZY面上的弹道倾角要求无法体现,着地角会明显减小,制导精度将受到影响;而使用设计所得三维制导律时,在一定范围内,弹道末段可以在三维空间保持大的着地角,一方面能够满足制导的精度要求,另一方面可以降低需用过载以满足控制要求,提高了制导炮弹的打击效果。

一种小型S波段无源相控阵天线及其在小卫星上的应用

为满足卫星平台小型化、低功耗、高集成度设计要求,提出一种新型的小型化S波段相控阵天线,用于卫星与中继星返向测控链路建立。通过优选体积小的四臂螺旋天线为天线阵元、对天线阵列规模和间距进行优化设计、优化天线波束区域划分、采用新型时延网络代替传统移相器、在单片集成芯片上实现复杂波控算法等多项关键技术,设计并实现了一个小型化、高增益、低功耗的无源相控阵天线。实测数据表明,该相控阵天线在波束覆盖范围内阵列增益可达7d Bi以上,天线阵列重量仅250g,在达到相同发射EIRP指标条件下,对整星功耗需求仅为采用传统中继发射天线时的40%。

采用eMMC的新型小卫星大容量存储技术研究

为了满足小卫星对星载存储器大容量、低成本、高集成度的需求,以目前主流存储芯片为研究对象。从管理方式、读写效率、可移植性等方面进行分析,提出用具备自主管理坏块、错误监测与纠正能力的内嵌式多媒体存储卡来代替目前常用的闪存阵列的方案。针对星载设备的应用模式及空间环境特点,结合内嵌式多媒体存储卡芯片特点及星载存储器使用模式,研究星载存储的容错保护技术。在此基础上给出基于内嵌式多媒体存储卡芯片的星载大容量存储器实现途径,设计结果表明所提方案是一种适用于小卫星星载平台的低成本、可容错保护、高吞吐率的新型存储方案。

应用于深空探测的小卫星测控系统方案研究

针对深空测控任务的特点,分析了小卫星平台典型测控方案用于深空测控存在的问题,包括天线组阵存在干涉区、有效全向辐射功率(EIRP)和接收灵敏度不足、系统电磁自兼容性(self-EMC)较弱、不支持高精度定轨测量的差分单向测距(DOR)功能等。为解决这些问题,文章进行了方案的设计改进,提出了一种小卫星深空测控方案,通过仿真及计算分析,验证了设计方案的可行性,结果表明:改进后的深空测控方案,可为小卫星及其它航天器进行深空探测提供参考。

本振信号相位噪声对星载扩频应答机影响研究

扩频微波统一测控系统已广泛应用于我国航天测控领域,其中扩频应答机是卫星测控系统的重要组成设备。由于扩频应答机中的本振电路需要为其中的数字基带、接收通道、发射通道提供高稳本振信号,因此扩频应答机中本振信号的好坏,尤其是其相位噪声特性的好坏,将直接影响扩频应答机的功能和性能。通过对本振信号相位噪声特性的变化对扩频应答机性能的影响进行理论和仿真分析,以及通过模拟本振信号相位噪声干扰试验验证,表明相位噪声特性变化会对扩频应答机的遥控遥测造成影响,相位噪声越大,遥控遥测通道的误码率会越高,严重时会导致上下行遥控遥测通道失锁。

希望-2卫星及在轨应用

2014年和2015年，全球成功发射了小卫星数量分别为162颗和149颗，所以从整体来讲，小卫星发射活动仍然继续保持活跃，并且从高速增长阶段迈入平稳发展阶段。现代小卫星技术发展日新月异，传统小卫星系统不断更新换代，新兴小卫星已逐步具备业务服务能力，其管理模式也推动了创新，使其成为世界航天器发射群体的重要组成部分和航天高技术竞争的热点之一。为此，本刊特推出“小卫星专题”，以飨读者.

立方体卫星的发展与应用

随着微型器件与部件、一体化多功能结构、空间即插即用、集成化综合电子等技术的发展及其在微小卫星上的大量应用。给微小卫星的设计带来了新的机遇和挑战。立方体卫星（CUbeSat）是近年来微小卫星领域的热点，据统计，目前小卫星发展最具活力的是立方体卫星，近年来微小卫星发射形成井喷态势，2013年全球成功发射了75颗立方体卫星，2014年全球共成功发射103颗立方体卫星。

一种基于MBSE的小卫星测控分系统建模设计方法

基于模型的系统工程MBSE思想和信息化手段,以模型为核心、关系追溯为手段,集合测控分系统技术指标、设计经验等知识信息,提出一种基于MBSE的小卫星测控分系统建模设计解决方案。利用模型承载文档,显性化经验、信息、关系,形成基于模型的知识管理工具,提高工作效率,解放设计师,实现知识经验的数字化模型化承载,为小卫星测控分系统由经验设计向仿真设计转变,由基于文档到基于模型的研制模式转变,由实物验证向虚拟和实物验证相结合转变进行了探索和尝试。

适用于多星并行测试的应答机设计方法与验证

为了提高星座的测试效率、降低测试成本,提出一种适合多星并行测试的应答机设计方法,通过地面测试设备和星上测控应答机复用星上的遥控RS422接口、遥测RS422接口的方式,突破了多星并行测试的瓶颈。新方法已经成功应用于某卫星星座的并行测试,降低了测试成本、提高了测试效率、缩短了星座的测试周期。

一种Ka频段单通道调制器的设计与实现

随着航天事业的不断发展,卫星平台及有效载荷的轻量化、小型化是未来航天系统的发展趋势。单通道单脉冲跟踪系统在航天器中有着广泛的应用,而单通道调制器是单通道单脉冲跟踪系统的重要组成部分。为顺应星载自跟踪系统轻量化、小型化发展趋势,根据工程化要求,采用多芯片微组装技术,通过合理的系统分析和仿真设计,在厚度为0.254mm、相对介电常数为2.2的ROGERS 5880介质基板上设计实现了一种Ka频段单通道调制器。该调制器实现了小型化和集成化,采用BJ260波导作为输入,其和通道增益大于30dB,噪声系数优于2.5dB,载波抑制大于50dB,调制抑制大于30dB,经过地面各项试验及在轨飞行验证,其各项指标满足要求。

一种提高卫星扩频测控链路抗干扰能力的方法

扩频测控通信系统的抗干扰性能关系到卫星在战时复杂电磁环境中的生存能力。针对目前测控通信系统抗干扰能力完全取决于扩频增益的现状,分析了卫星扩频测控链路的抗干扰能力,研究了一种时频结合的干扰抑制算法。该算法在频域完成干扰的检测和滤波器设计,在时域完成干扰消除,重点阐述了干扰检测方法以及可变FIR滤波器的设计及实现方法。仿真结果表明,该算法可提升系统抗干扰能力30 dB以上,信噪比损失小,在无干扰时可以做到零损失。